開蘭特大橋臨時支架地基處理方案優(yōu)選

李青，葉朝良，趙任龍

(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043)

開蘭特大橋臨時支架地基處理方案優(yōu)選

李青，葉朝良，趙任龍

(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043)

鄭州至徐州客運專線開蘭特大橋采用臨時支架進(jìn)行現(xiàn)澆梁體的施工。梁體自重較大，天然地基承載力低，無法滿足承載力及變形控制要求。因此，現(xiàn)澆梁臨時支架的地基處理對確保橋梁線形控制和施工安全至關(guān)重要。本文結(jié)合開蘭特大橋臨時支架地基處理工程實例，從適用性、承載力、沉降控制、工程造價等多方面對高壓旋噴樁、CFG樁、柱錘沖擴(kuò)樁和灰土墊層4種地基處理方案進(jìn)行比選，最終選取高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方法為最優(yōu)方案。

臨時支架 地基處理 方案優(yōu)選 高壓旋噴樁

臨時支架法現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在橋梁工程中是一種較為常見的施工方法，最近幾年，隨著公路、鐵路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，采用臨時支架法進(jìn)行橋梁施工也越來越普遍［1］。臨時支架的地基處理方法繁多，同一工程會有很多適宜的處理方法。目前，對于臨時支架地基處理方法的研究較少［2-6］。地基處理方案優(yōu)選對工程質(zhì)量、工期及成本控制有著極其重要的作用。地基處理方案的恰當(dāng)與否，關(guān)系到整個工程的安全、質(zhì)量、投資和進(jìn)度，其重要性已愈來愈多地被人們所認(rèn)識［7］。通常地基處理方案優(yōu)選是以經(jīng)濟(jì)為單目標(biāo)優(yōu)化準(zhǔn)則做出的，由于地基的特殊復(fù)雜性，其方案的確定應(yīng)將地質(zhì)條件、施工條件、環(huán)境條件及工程經(jīng)濟(jì)條件等綜合考慮［8］。

鄭州至徐州客專開蘭特大橋采用臨時支架進(jìn)行施工。臨時支架地基處理對橋梁施工及其線形控制極其重要，嚴(yán)格控制地基沉降的同時還應(yīng)保證地基處理方案的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性。

1 工程概況

鄭徐客專開蘭特大橋位于開封至蘭考段內(nèi)，橋址范圍內(nèi)地勢較為平坦。為了縮短工期，采用臨時支架進(jìn)行梁體現(xiàn)澆施工。臨時支架剖面如圖1。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬13.4 m，底寬7.0 m，高5.20～9.20 m。梁體截面面積大，自重大。天然地基承載力低，地下水埋深較淺，在梁體荷載作用下變形大，無法滿足承載力及變形控制要求。

圖1 開蘭特大橋臨時支架剖面(單位:cm)

臨時支架采用鋼筋混凝土矩形基礎(chǔ)，寬度為18.8 m，長度根據(jù)不同梁高和分段梁體重量分別采用6，8，10 m 3種?；A(chǔ)埋深0.3 m，基底均布壓力為160 kPa。地基土層多由粉土、粉質(zhì)黏土，細(xì)砂組成，各土層名稱、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)

2 地基處理方案比選

根據(jù)工程情況及地質(zhì)特征初步提出4種地基處理方案:①高壓旋噴樁復(fù)合地基;②CFG樁復(fù)合地基;③灰土墊層;④柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基。為了保證高壓旋噴樁法、CFG樁法和柱錘沖擴(kuò)樁法各方案的可比性，其初步設(shè)計參數(shù)(樁長12，16，20 m;樁徑600 mm;樁間距1.8 m;樁布置成三角形式)完全相同。

灰土墊層寬度的確定，除應(yīng)滿足壓力擴(kuò)散的要求外，還應(yīng)考慮側(cè)面土的強度條件。墊層頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊應(yīng)大于z tanθ，且不得小于300 mm，如圖2所示。

圖2 墊層寬度取值示意(單位:mm)

2.1 適用性比較

高壓旋噴樁復(fù)合地基對淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、流塑或軟塑黏性土、砂土、黃土、碎石土、素填土和人工填土都有良好的處理效果。具有設(shè)計方法簡單靈活、施工機(jī)具簡單、施工速度快、以及施工中基本不產(chǎn)生環(huán)境污染等優(yōu)點。CFG樁復(fù)合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基。具有施工速度快、工期短、質(zhì)量易于控制且工程造價低等優(yōu)點。灰土墊層適用于處理各類淺層(3 m以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)合理)軟弱地基。對于大面積換填處理，一般需采用大型機(jī)械設(shè)備;地基土體地下水位高時，需要采取降水措施。施工土方量大、棄土多，工程費用增高，工期拖長，對環(huán)境的影響增大。柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基對地下水位以下的飽和土層沖孔時塌孔嚴(yán)重，有時甚至無法成孔，成樁過程中地面隆起嚴(yán)重，樁底和樁間土擠密效果不明顯，樁身質(zhì)量較難保證［9］。

本工程中，臨時支架地基土體處理深度范圍內(nèi)多為粉土、黏性土、砂土，且地下水埋深較淺，距地面1 m左右。根據(jù)工程情況及地質(zhì)特征，初步擬定高壓旋噴樁法、CFG樁法、灰土墊層法3種方案。

2.2 地基承載力對比

復(fù)合地基承載力的確定有2種方法［10］。

1)樁土應(yīng)力法

式中:m為面積置換率;fs為天然地基承載力;n為樁土應(yīng)力比。

2)規(guī)范法

式中:qpk為樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;qsik為樁端端阻力標(biāo)準(zhǔn)值; up為樁身周長;li為第i層巖土厚度。

式中:η為樁身強度折減系數(shù);fcu為樁體材料抗壓強度。

根據(jù)上述計算方法，高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力為208.6 kPa，CFG樁復(fù)合地基承載力為324.7 kPa，均滿足基底承載力要求。通過壓力擴(kuò)散原理計算地基土體各分層處土體總應(yīng)力，計算結(jié)果顯示加固區(qū)和下臥層承載力也均滿足要求。

灰土墊層厚0.5，1.0和2.0 m時，墊層底部不滿足承載力要求。厚度為3，4和5 m時，墊層底部滿足承載力要求。

2.3 沉降控制

處理后地基沉降量S由兩部分組成，加固區(qū)土層壓縮量S1和下臥層沉降量S2。

1)加固區(qū)土層壓縮量S1

將加固區(qū)按天然地基土層進(jìn)行分層，分別計算各層復(fù)合土體的壓縮量，按式(5)求得加固土層壓縮量。

式中:Pzi為第i層復(fù)合土層頂面的附加應(yīng)力值;Espi為第i層復(fù)合土層的壓縮模量。

復(fù)合土層的壓縮模量Esp等于天然地基壓縮模量Es的ζ倍，ζ值可按下式確定

式中:fak為基底下天然地基承載力特征值;fspk為復(fù)合地基承載力特征值。

2)下臥土層沉降量S2用應(yīng)力面積法進(jìn)行計算。

采用高壓旋噴樁和CFG樁處理后，地基沉降計算量對比如圖3。采用3.0，4.0，5.0 m灰土墊層處理后，地基沉降量如圖4所示。

圖3 高壓旋噴樁、CFG樁法地基沉降量

圖4 灰土墊層法地基沉降量

從圖3可看出，增加樁長可明顯減小地基沉降量，但樁長由16 m變?yōu)?0 m時，對地基沉降量的影響不大。樁長、樁徑、樁間距相同時，CFG樁法處理后地基沉降量比高壓旋噴樁法處理后的地基沉降量小，沉降控制效果更好。由圖4可知，灰土墊層法地基沉降量較大，沉降控制效果不明顯，在此不予采用。

2.4 工程造價方面

CFG樁法沉降控制效果優(yōu)于高壓旋噴樁法，但是CFG樁造價明顯高于高壓旋噴樁。對于樁徑為600 mm的樁體，高壓旋噴樁造價大約80～130元/m，CFG樁造價大約為120～250元/m。對于灰土墊層，墊層挖方量及填方量均較大，工程造價相對較高，不經(jīng)濟(jì)。

3 方案優(yōu)選結(jié)果分析

1)通過適用性分析，初步擬定高壓旋噴樁法、CFG樁法、灰土墊層法3種方案。

2)承載力驗算表明:高壓旋噴樁法、CFG樁法均滿足承載力要求?；彝翂|層厚度＞3 m時，地基滿足承載力要求。

3)通過沉降控制比選:墊層法沉降控制效果不明顯，在此不予采用;CFG樁法和高壓旋噴樁法均可滿足沉降控制要求，而且CFG樁法的沉降控制效果略優(yōu)于高壓旋噴樁法。

4)高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方法造價明顯低于CFG樁法及灰土墊層法。

最終選取高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方法為最優(yōu)方案。其不但滿足工程對承載力和沉降控制的要求，而且施工簡單，工程造價相對較低。

4 結(jié)語

結(jié)合鄭徐客專開蘭特大橋臨時支架地基處理工程實例，對高壓旋噴樁、CFG樁、柱錘沖擴(kuò)樁和灰土墊層4種地基處理方案，從適用性及技術(shù)可靠性、承載力、沉降控制效果、工程造價等方面進(jìn)行了比選，最終選取高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方法為最優(yōu)方案。不但滿足工程對承載力和沉降控制的要求，而且施工簡單，工程造價相對較低。

［1］劉東海，楊健，方軍．復(fù)雜地形條件下滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁的應(yīng)用［J］．橋隧工程，2013(11):362-365．

［2］邱福平，呂忠明，夏來福．關(guān)于淺水、軟地基現(xiàn)澆箱梁滿堂支架地基處理施工工法的研究［J］．交通科技，2010(增2):26-28．

［3］劉永利．滿堂支架地基處理［J］．民營科技，2008(12):170-171．

［4］王鳳龍，張靜．滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁地基處理工藝淺析［J］．重慶建筑，2012，11(7):41-43．

［5］武雪艷．現(xiàn)澆箱梁橋施工支架的地基處理研究［J］．北京水務(wù)，2014(1):42-45．

［6］符強，李延強．ANSYS在貝雷梁施工支架檢算及變形量預(yù)測中的應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2012(6):30-33．

［7］田微微，李洪濤．地基處理方案的模糊相似優(yōu)選［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(16):4698-4702．

［8］張軒，呂培印．用模糊相似優(yōu)先比決策法確定深基坑支護(hù)方案［J］．遼寧工學(xué)院學(xué)報，1999，19(5):49-52．

［9］盧信雅．復(fù)合地基悖論——深攪樁樁體作用及實體基礎(chǔ)設(shè)計方法［C］//全國巖土與工程學(xué)術(shù)大會論文集．北京:人民交通出版社，2003:877-881．

［10］中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［11］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011．

(責(zé)任審編趙其文)

TU472

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．09

1003-1995(2015)04-0031-03

2014-05-15;

2015-01-09

李青(1988—)，女，河北石家莊人，碩士研究生。