軟土地區(qū)250 km/h箱梁存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)方案研究

王 金 香

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

1 概述

鹽通鐵路南通西至張家港段工程位于江蘇省南通市和張家港市境內(nèi)，為設(shè)計(jì)速度250 km/h的高速鐵路。線路北起在建滬通鐵路南通西站，自南通西站兩側(cè)分別單線引出，合為雙線橋后接入滬通鐵路長(zhǎng)江特大橋，從橋上雙線接出并在接入張家港站前分為兩單線兩側(cè)外包接入張家港高架站。

張家港制存梁場(chǎng)主要負(fù)責(zé)站前Ⅱ標(biāo)DK173+972.014～DK191+269.484段長(zhǎng)江特大橋南引橋梁預(yù)制箱梁的制備和存放。該梁場(chǎng)位于長(zhǎng)江南岸，區(qū)域河網(wǎng)縱橫，水系發(fā)達(dá)，場(chǎng)區(qū)地質(zhì)屬于軟弱富水地層，因此梁場(chǎng)的設(shè)計(jì)則尤為復(fù)雜。在最優(yōu)的梁場(chǎng)平面布置形式下，并保證梁場(chǎng)安全適用、經(jīng)濟(jì)合理，選擇恰當(dāng)?shù)牡鼗幚泶胧┮詽M足承載力和沉降控制的要求則成為本工程的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

本文針對(duì)雙層900 t的箱梁存梁臺(tái)座地基處理方案比選及論證，在軟土地區(qū)采用預(yù)應(yīng)力管樁加固措施施工效率高、處理效果好且較為經(jīng)濟(jì)，可為類似工程提供參照和借鑒。

2 工程地質(zhì)概況

該梁場(chǎng)位于長(zhǎng)江南岸，坑塘遍布，水系發(fā)達(dá)，地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層素填土，第四系全新統(tǒng)沖積層粉土，海陸交互沉積層粉砂、粉質(zhì)黏土與粉土交互層、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，第四系上更新統(tǒng)沖積粉砂、細(xì)砂。工程地質(zhì)條件屬深厚軟土地層，地基壓縮性較高，基本承載力普遍較低。自上而下主要地層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 主要地層物理力學(xué)指標(biāo)

3 地基處理方案比選

張家港梁場(chǎng)作為大型臨時(shí)工程，主要承擔(dān)鹽通高速鐵路通張段站前Ⅱ標(biāo)橋梁架設(shè)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的制備、試驗(yàn)和存放的功能。在該區(qū)域軟弱富水地層下，進(jìn)行地基處理以滿足梁場(chǎng)沉降控制要求則顯得非常重要，初步考慮采用預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁、CFG等剛性地基處理設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選。

3.1 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁可分為后張法預(yù)應(yīng)力管樁和先張法預(yù)應(yīng)力管樁。先張法預(yù)應(yīng)力管樁是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制成的一種空心筒體細(xì)長(zhǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件，主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁代號(hào)為PC，PC樁的混凝土強(qiáng)度不得低于C60。主要適用于非抗震設(shè)計(jì)和抗震設(shè)防烈度6度～8度地區(qū)的工業(yè)與民用建筑等的低承臺(tái)樁基礎(chǔ)工程，可用于基礎(chǔ)變形控制嚴(yán)格的軟弱地基加固，不適用于含孤石或障礙物較多且不易清除的地基和樁端以上存在難以穿透堅(jiān)硬地層的地基。施工時(shí)主要有柴油錘擊打或靜力壓樁兩種，柴油錘要根據(jù)承載力合理選用錘重和沖擊能量，原則是重錘低擊優(yōu)于輕錘高擊，輕錘高擊容易打爛樁帽。打入式成樁主要控制有樁長(zhǎng)和最后三陣貫入度或兩者雙控。靜力壓樁選用壓樁重約為特征值的2.2倍～2.5倍，靜力壓樁比較直觀，成樁后承載力比較有保證。

3.2 鉆孔灌注樁

灌注樁系是指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。處理深度及施工地質(zhì)條件基本不受限制。

3.3 CFG樁

由水泥、粉煤灰和碎石或石屑形成的一種可變強(qiáng)度樁，與褥墊層形成一種剛性復(fù)合地基?？捎糜谔幚眇ば酝?、粉土、砂土和自重固結(jié)的素填土等地基，不適用于淤泥地基。對(duì)淤泥質(zhì)土、泥炭土及夾有塊石或碎石、卵石層的地基，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。CFG樁處理地基后可以顯著降低地基沉降，提高地基承載力。處理深度最大能達(dá)到25 m。施工主要有長(zhǎng)螺旋鉆孔成孔及沉管灌注成樁兩種工藝，軟土地基處理方式比較表見表2。

表2 軟土地基處理方式比較表

課題組對(duì)250 km/h的預(yù)制箱梁雙層存梁臺(tái)座基礎(chǔ)地基處理方案，按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，綜合考慮該工程的地質(zhì)條件、施工工藝、工期要求、環(huán)境影響等因素，進(jìn)行多方案比選，最終確定采用預(yù)應(yīng)力管樁地基處理設(shè)計(jì)方案，張家港存梁場(chǎng)平面布置圖見圖1。

4 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)方案

4.1 存梁臺(tái)座設(shè)計(jì)檢算

4.1.1承載力計(jì)算

根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范,計(jì)算敞口預(yù)應(yīng)力空心樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk。

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpk(Aj+λpAp1)。

當(dāng)hb/d<5時(shí)，λp=0.16hb/d；當(dāng)hb/d≥5時(shí)，λp=0.8。

其中，qsik為樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk為樁極端端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Aj為空心樁端凈面積；Ap1為空心樁敞口面積；hb為樁端進(jìn)入持力層深度；d為樁外徑。

存梁臺(tái)座地基處理采用預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑0.5 m，壁厚0.1 m，樁長(zhǎng)31 m，單樁承載力特征值為1 100 kN。

兩側(cè)樁承臺(tái)承受兩個(gè)箱梁自重，則每端樁承臺(tái)上部的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8 200×2/2=8 200 kN。

單側(cè)承臺(tái)自重為6×2.2×1.5×25=495 kN。

每根樁承受的荷載為(8 200+495)/8=1 086.9 kN<1 100 kN,滿足要求。

4.1.2沉降計(jì)算

按照單樁沉降計(jì)算簡(jiǎn)化法，單樁沉降主要是由樁身材料壓縮變形ΔC與樁底土層的壓縮變形ΔK組成，即：S=ΔC+ΔK=NLEA+NCA,其中,N為作用于樁頂?shù)呢Q向壓力；E為樁身材料的受壓彈性模量；L為樁的長(zhǎng)度；C為樁底處土層的豎向抗力地基系數(shù)；A為樁的橫截面面積。

按照旁邊的橋梁鉆孔地質(zhì)資料進(jìn)行計(jì)算，S=3.12 mm<10 mm,滿足沉降要求。

4.2 設(shè)計(jì)方案

預(yù)應(yīng)力管樁+承臺(tái)組成的樁板結(jié)構(gòu)是一種新型路基基礎(chǔ)工程，在目前高速鐵路設(shè)計(jì)中為保證路基工后沉降要求，該種結(jié)構(gòu)體系得到了廣泛應(yīng)用，但在大臨工程設(shè)計(jì)中采用的比較少?；谠搱?chǎng)地地基差、軟土分布比較深，為保證雙層梁體存梁的穩(wěn)定、沉降要求，在兩側(cè)端部設(shè)置預(yù)應(yīng)力管樁(摩擦樁)+承臺(tái)+支撐墊石的結(jié)構(gòu)形式。其中預(yù)應(yīng)力管樁采用10G409圖集中PC-500-A-100,承臺(tái)厚度1.5 m，墊石0.8 m高。存梁臺(tái)座立面、平面布置詳見圖2。

4.3 成樁檢測(cè)及運(yùn)營(yíng)開通效果

為了保證加固效果，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力管樁分別采用了靜載荷試驗(yàn)對(duì)單樁承載力進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果單樁承載力均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

該梁場(chǎng)已于2019年10月取得生產(chǎn)許可，目前基本完成梁體的加設(shè)，施工質(zhì)量良好。

5 結(jié)語

工程所處屬海相沉積的軟土地區(qū)，具有高含水量、高液限、高壓縮性、孔隙率大、力學(xué)強(qiáng)度低的特點(diǎn)。文中綜合比較了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、CFG樁及鉆孔灌注樁三種地基處理方式，從地質(zhì)條件、施工工藝、工期要求、環(huán)境影響及工程經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行綜合比選后，采用的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案既安全可靠同時(shí)在造價(jià)上具有一定的優(yōu)勢(shì)，皆有施工工期短、施工質(zhì)量易于控制，該項(xiàng)目采用的方案實(shí)施效果良好，目前已完成全面梁體施工加設(shè)。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在處理該類海相深厚軟土且對(duì)沉降要求比較高的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加固中較為合適。但對(duì)于夾有中厚層礫狀地層時(shí)，存在施工難度大甚至需要增加引孔措施方可實(shí)施，具有一定的局限性，可考慮采用鉆孔灌注樁方案。