可倒用式獨立基礎的應用

黃義紅

【摘 要】本文結(jié)合南京地鐵三號線起點段預應力簡支箱梁現(xiàn)澆施工，總結(jié)了可倒用式獨立基礎的設計與使用經(jīng)驗，提出了基礎沉降的控制措施，為地鐵及輕軌地面箱梁現(xiàn)澆施工提供借鑒。

【關鍵詞】倒用 獨立基礎 沉降

1 工程概況

南京地鐵三號線起點段有97孔單線及雙線簡支箱梁，均采用支架法現(xiàn)澆施工。箱梁高度均為1.8m，單線梁寬5.2m，雙線梁寬9.0m。梁底距地面高度大部分為4～10m。單片箱梁重約300t。沿線地貌類型為長江Ⅰ級階地崗地區(qū)，地形平緩，起伏小。橋位處地表覆蓋厚度0.4～2.6m雜填土，工程性質(zhì)較差；其下為粉質(zhì)粘土，多呈黃褐色、棕黃色，可塑～硬塑狀，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，工程性質(zhì)較好，適合采用獨立基礎作為支架基礎。

2 支架布置方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)澆支架擬采用獨立基礎+鋼管立柱+貝雷梁的結(jié)構(gòu)型式，共布置4排臨時墩，邊墩均支承在承臺上，中間兩排臨時墩支承在獨立基礎上，跨徑布置有9+9+9m及12+3+12m兩種方案，如圖2.1所示：

兩種布置方案對貝雷梁影響及對沉降適應性對比見表1：

由于沿線地質(zhì)情況較好，為減少貝雷梁內(nèi)力，大多數(shù)孔選擇方案一布置支架；對于地質(zhì)較差的局部地區(qū)，為減少沉降，選擇方案二。橫橋向每排布置兩個基礎，間距2.8m。

3 基礎設計

3.1 基礎尺寸

基礎尺寸的確定應綜合考慮以下因素：

（1）基礎應滿足地基承載力要求。在荷載效應標準組合下，基底壓力應小于沿線大部分地段設計持力層的地基承載力特征值。由于軟粘土層在高應力時壓縮性迅速增大，為減少基礎沉降，當條件允許時，可控制荷載效應準永久組合下對應的基底附加壓力小于。（2）基礎應滿足倒用要求。基礎重量應小于現(xiàn)場常用機械的起重運輸能力，各部分尺寸均不得妨礙基礎的運輸?shù)跹b。（3）基礎各部分尺寸應滿足受力和構(gòu)造要求，比例合理且便于安裝。

以本線箱梁施工為例，沿線大部分地段設計持力層為粉質(zhì)粘土層，地基承載力特征值，對應荷載效應標準組合時中間墩基礎反力約為70.5t（考慮1.05倍脹模系數(shù)），對應準永久組合時約為64t。按地基承載力控制設計時基礎面積（埋深按1.0m計）；按沉降控制設計時，后者約比前者面積大10%左右?；A底面設計為正方形，底面邊長，取。確定基礎截面內(nèi)力和尺寸時，應按荷載效應基本組合計算基礎反力?；A高度由柱與基礎交接處的受沖切承載力確定，上臺階高度綜合考慮柱尺寸及沖切角要求，下臺階高度由基礎變階處的受沖切承載力確定，臺階寬高比宜小于2.5。具體計算方法參照地基規(guī)范或設計手冊。本工程基礎總高度60cm，上臺階高25cm，平面尺寸為1.2m×1.2m，下臺階高35cm，平面尺寸為2.0m×2.0m，基礎立面如圖3.1所示。基礎重量約4.4t，可以用汽車吊或履帶吊安裝，調(diào)整對中時也可用挖機移動?；A頂面設置預埋件，便于與其上的鋼管立柱連接。

3.2 基礎配筋

基礎底板配筋應按抗彎計算確定。計算時可連接柱角與基礎角，將基礎底板分成四塊梯形板，各板視為固定在柱周邊的梯形懸臂板。矩形基礎長寬比時，為雙向受彎，需在兩個方向配置受力鋼筋。具體計算方法及構(gòu)造要求參照地基規(guī)范或設計手冊。

一般獨立基礎可僅在底板配置鋼筋。由于本基礎需要頻繁加載、卸載、吊裝及堆放，采用上述方式配筋時易損壞基礎。根據(jù)現(xiàn)場使用經(jīng)驗，建議在各臺階頂面配置構(gòu)造鋼筋，沿基礎立面配置受拉鋼筋。基礎頂面設置吊耳，便于吊裝，詳見圖3.2所示。

4 基礎沉降計算

基礎沉降計算主要用于預估地基在施工期間的變形值，為支架預壓方案制定及預拱度設置提供參考，亦可根據(jù)沉降計算結(jié)果調(diào)整基礎尺寸及附加應力大小?；A沉降計算有多種方法，規(guī)范法較為系統(tǒng)實用。本文選取ZB46-ZB47跨為例計算。基礎處地面以下0～1.5m為①-2素填土層，1.5～6.2m為③-1b-2粉質(zhì)粘土層，6.2～8.4m為③-2b-3粉質(zhì)粘土層。因上層土質(zhì)不好，選擇工程性質(zhì)較好的③-1b-2層作為持力層，基礎埋深1.5m。沉降計算深度取5.0m，最后一層。附加壓力，計算結(jié)果見表4.1。

，計算深度滿足要求。當量壓縮模量，則沉降經(jīng)驗系數(shù)，最終沉降量。

以上計算結(jié)果為地基在設計荷載作用下最終固結(jié)完成時的沉降量。由于箱梁施工期較短，至拆模時實際僅完成部分沉降量。低、中壓縮性地基可按照太沙基一維固結(jié)理論估算施工期基礎沉降量，高壓縮性地基應按沉降組成估算瞬時沉降及施工期主固結(jié)沉降。具體計算可參照文獻3或相關手冊。

當缺少相關參數(shù)難于計算時，可參照地基規(guī)范相關條文：一般多層建筑物在施工期間完成的沉降量，對于砂土可認為其最終沉降量已完成80%以上，對于其他低壓縮性土可認為已完成50%～80%，對于中壓縮性土可認為已完成20%～50%，對于高壓縮性土可認為已完成5%～20%。預估結(jié)果可由現(xiàn)場預壓試驗檢驗修正。根據(jù)本支架預壓試驗的觀測結(jié)果，加載完成10天后，獨立基礎沉降量約11～13mm，完成總沉降量40%左右。

5 沉降控制措施

（1）控制基底附加壓力。如上文所述，在布置支架時，可通過調(diào)整跨徑布置、基礎數(shù)量，控制單個基礎的反力大小，從而控制基礎附加壓力。在設計基礎時考慮僅利用地基土部分強度，采用較大的基底面積。對于部分軟弱地基段，可通過在基礎下鋪設面積較大的混凝土板或型鋼框架來減小附加壓力。如本線施工時部分孔在基礎下設置了3.0×3.0×0.3m混凝土板，大幅減少了基底壓力及基礎沉降，取得了良好的效果。

（2）選擇較好土層作為持力層。由表4.1計算結(jié)果可知，沉降主要集中在基礎下3m范圍內(nèi)，約占總沉降量的80%。國內(nèi)外亦有很多資料認為方形基礎影響深度約為2倍基礎寬度。故布置基礎時，選擇承載力高，壓縮性低的土層作為持力層能大幅減少基礎沉降。無合適持力層時可對地基土進行處理，如基底為松散砂礫層時，可以壓實或夯實；如為軟弱粘土層時，可采用換填墊層法（換填深度一般不超過3m）。其他影響深度較大的地基處理方法因耗資耗時一般不采用。

（3）支架預壓。當基礎沉降超標時，可以通過預壓消除部分沉降。由于全跨預壓耗資較大，當以消除基礎沉降為主要目的時，可僅對跨中支點進行預壓，以提高預壓效率，降低造價。預壓數(shù)據(jù)還可作為立模時設置預拱度的依據(jù)，通過設置合適的預拱度抵消基礎及主梁的部分變形，進一步改善箱梁線形。

6 其它事項

6.1 基坑處理

基坑應選擇無雨時方可開挖，開挖尺寸應每側(cè)較基礎邊外擴0.2～0.5m，以方便基礎安裝為限。距基底20cm高度范圍采用人工開挖，避免擾動基底土層，降低地基承載力。開挖完成并驗槽合格后在基底鋪設5～10cm厚M10砂漿用于基底調(diào)平，然后在其上滿鋪一層彩條布，用于防水和隔離基礎與砂漿墊層，便于基礎二次倒用。彩條布應沿坑壁伸至基坑臺階頂，并用砂漿或粘土壓實。擴大基礎安裝到位后，基礎四周與坑壁應立即用石粉進行回填至基礎頂面。待鋼管立柱安裝完成后應用粘土繼續(xù)回填，直至回填土高出周邊地面為止，避免基坑積水，如圖6.1所示。

6.2 鋼管立柱與基礎連接

考慮到基礎需多次倒用，鋼管與預埋件采用焊接連接時不方便拆除。當支架不太高，基礎不會受到拉力時，可采用加勁板連接，即鋼管立柱放置在預埋件上（端頭加封板），但不與預埋件焊接。鋼管周圍均勻布置加勁板，加勁板分別與鋼管和預埋件焊接。拆除時割除加勁板即可。這種連接方式抗彎能力較弱，應在近地面處設置連接系，增強鋼管立柱穩(wěn)定性。另外，鋼管立柱安裝及接長時均應嚴格控制垂直度，其垂直度偏差應不大于1/500。當支架較高時，可采用雙法蘭連接，即在基礎與鋼管立柱之間設置一個雙法蘭頭鋼管，增強連接的抗拉抗彎性能。兩種連接如圖6.2所示。

7 結(jié)語

可倒用式獨立基礎多用于搭設支架等臨時施工設施，適用于荷載不太大，地基較好的場合。使用方便，施工快速，費用低廉。通過精心設計和施工控制，應用在地鐵三號線箱梁施工中取得了良好的效果，可在多孔梁支架法現(xiàn)澆施工中推廣應用。

參考文獻

[1]《建筑地基與基礎設計規(guī)范》GB50007-2002.

[2]趙明華，俞曉，王貽蓀.土力學與基礎工程.武漢理工大學出版社，2006.

[3]《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》JTG/T D31-02-2013.