后插鋼筋籠CFG樁在斜坡地基處理中的應(yīng)用

黃太武

(海峽(福建)交通工程設(shè)計(jì)有限公司，福建福州350004)

后插鋼筋籠CFG樁在斜坡地基處理中的應(yīng)用

黃太武

(海峽(福建)交通工程設(shè)計(jì)有限公司，福建福州350004)

高速鐵路對(duì)路基穩(wěn)定及不均勻沉降要求極高，斜坡地段的地基因其水平應(yīng)力大而極易發(fā)生變形破壞，需采取加固措施。本文以合肥至福州高速鐵路一斜坡地段路基工點(diǎn)為例，介紹了采用后插鋼筋籠CFG樁加固斜坡地基的設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)及對(duì)鋼筋籠插入裝置的改進(jìn)。采用的加固方法安全、高效、經(jīng)濟(jì)，可供類(lèi)似工程設(shè)計(jì)及施工參考。

高速鐵路 無(wú)砟軌道 斜坡地基 后插鋼筋籠CFG樁

高速鐵路對(duì)路基的穩(wěn)定及沉降要求極高，尤其是對(duì)不均勻沉降。在斜坡上修筑的路基主要形式為半填半挖路基，基底橫向介質(zhì)不均一，易產(chǎn)生較大的水平應(yīng)力，進(jìn)而使路基形成不均勻沉降，影響后續(xù)無(wú)砟軌道的鋪設(shè)。

后插鋼筋籠水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)通過(guò)在CFG樁灌注施工剛完成、樁體材料尚未完全凝固時(shí)插入預(yù)先制作好的鋼筋籠而成樁，對(duì)提高樁體上部的整體強(qiáng)度、增加樁體側(cè)向抗力具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)相比鉆孔灌注樁而言，又具有成本低的優(yōu)勢(shì)。該樁型在市政基坑圍護(hù)工程及地基加固中已有應(yīng)用［1］。本文結(jié)合合福高速鐵路403路基工點(diǎn)的高水平應(yīng)力斜坡地基的設(shè)計(jì)與施工，介紹采用后插鋼筋籠CFG樁進(jìn)行地基加固的設(shè)計(jì)計(jì)算方法及施工要點(diǎn)。

1 工程概況

合福高速鐵路系雙線(xiàn)無(wú)砟軌道客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km。斜坡路基工點(diǎn)位于DK590+731.62—DK590+835.00段，前接將口大橋，后接庵源山隧道，路基面寬13.6 m，全長(zhǎng)103.38 m，屬過(guò)渡段路基。線(xiàn)路左側(cè)傍山，右側(cè)下方為旱地、水田，地勢(shì)左高右低，地面橫坡坡率1∶(1.4～2.0)。線(xiàn)路中心地面標(biāo)高198.46～203.32 m，路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高199.842～199.141 m。

工點(diǎn)主要地層從上至下依次為:(2)2粉質(zhì)黏土夾碎石，褐紅色，硬塑，厚3.4～5.2 m;(7)1長(zhǎng)英角閃片巖，黃褐色，全風(fēng)化，厚4.5～26.0 m。(7)2長(zhǎng)英角閃片巖，灰褐色，強(qiáng)風(fēng)化，厚2.6～4.8 m;(7)3長(zhǎng)英角閃片巖，青灰色，弱風(fēng)化，厚度未揭穿。地下水主要為孔隙潛水，不發(fā)育，地下水無(wú)侵蝕性［2］。

本工點(diǎn)屬典型的斜坡地基。工點(diǎn)路基左側(cè)挖方，右側(cè)填方。因?qū)龠^(guò)渡段路基，路基本體材料采用級(jí)配碎石+3%水泥填筑。由于右側(cè)填方高斜坡地基過(guò)陡，地基產(chǎn)生的水平力大，需要采取加固措施。

2 加固設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

①路堤穩(wěn)定安全系數(shù)K:考慮列車(chē)荷載(ZK荷載)時(shí)K≥1.25，架橋荷載條件下K≥1.15，預(yù)壓荷載條件下K≥1.15;②工后沉降不宜＞5 mm;③右側(cè)為深谷，需設(shè)支擋工程收坡。

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

地基加固設(shè)計(jì)計(jì)算主要從穩(wěn)定及沉降兩方面考慮。

1)穩(wěn)定計(jì)算

穩(wěn)定計(jì)算采用如下公式［3］

式中:Q為路堤自重，kN/m;P為列車(chē)換算土柱荷載，kN/m;α為滑動(dòng)面與水平面的夾角;φ為滑動(dòng)面上土體內(nèi)摩擦角;C為滑動(dòng)面上土體黏聚力，kPa;L為滑動(dòng)面全長(zhǎng)，m。

2)沉降計(jì)算

工后沉降計(jì)算采用分層總和法計(jì)算，計(jì)算公式為式中:s為最終沉降量;ψ為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù);ψe為樁基等效沉降系數(shù)(C20鉆孔灌注樁加固處理沉降計(jì)算用);p0為換填底面處附加應(yīng)力，kPa;zi，zi－1分別為換填底面或鉆孔灌注樁樁端至第i層、第i－1層土底面的距離，m ;分別為換填底面或鉆孔灌注樁樁端計(jì)算點(diǎn)至第i層、第i－1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù);Esi為換填底面下第i層土的壓縮模量，MPa。

計(jì)算中壓縮模量取值分別為:(2)2粉質(zhì)黏土，Es=5 MPa;(7)1長(zhǎng)英角閃片巖，全風(fēng)化，Es=8.5 MPa。CFG樁加固區(qū)取復(fù)合地基壓縮模量，復(fù)合地基分層與天然地基相同。本工點(diǎn)計(jì)算中需要分別計(jì)算路基左右側(cè)及中心的工后沉降。

2.3 方案選擇

在方案比選中首先考慮采用C20鉆孔灌注樁，樁身為C20鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑，樁徑0.6 m，樁間距2.0 m，樁長(zhǎng)12.5～25.5 m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化層0.5 m。鉆孔灌注樁加固方案可靠，但成本高。經(jīng)比較改用后插鋼筋籠CFG樁加固，樁徑0.5 m，樁間距1.8 m，樁長(zhǎng)與鉆孔灌注樁相同，鋼筋籠長(zhǎng)度進(jìn)入計(jì)算滑面以下3.0 m。為確保路基的整體穩(wěn)定，在后插鋼筋籠CFG樁上增設(shè)了筏板，典型設(shè)計(jì)斷面圖見(jiàn)圖1。本工點(diǎn)采用后插鋼筋籠CFG樁加固，相對(duì)鉆孔樁成本節(jié)約近30%。

圖1 典型斷面加固處理設(shè)計(jì)(單位:m)

3 施工流程及施工裝置改進(jìn)

采用后插鋼筋籠CFG樁進(jìn)行高水平應(yīng)力斜坡地基處理的施工工藝流程見(jiàn)圖2。整個(gè)工點(diǎn)施工完畢后，待樁土混合料強(qiáng)度達(dá)到齡期強(qiáng)度的80%后，清除樁頂保護(hù)土層，鑿除樁頭至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，再進(jìn)行樁基常規(guī)檢測(cè)［4］。

該種樁型施工工藝在樁體材料制備、成孔及灌注等方面與普通CFG樁施工工藝基本相似［5-6］，主要增加了鋼筋籠的制備及鋼筋籠插入兩道工序。

本次施工中對(duì)插入鋼筋籠的設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)并開(kāi)發(fā)了平板振動(dòng)插入器［7］，對(duì)鋼筋籠底部構(gòu)造也進(jìn)行了改造。在常規(guī)平板振動(dòng)器下部焊接一塊底板，然后在底板中間焊接一根垂直的鋼管。鋼管外徑8～10 cm，長(zhǎng)度根據(jù)鋼筋籠的長(zhǎng)度確定，一般取8～15 m。鋼管端部封閉，鋼管上部根據(jù)鋼筋籠的長(zhǎng)度焊接2塊鐵塊卡銷(xiāo)，鐵塊尺寸5 cm×5 cm×5 cm。平板振動(dòng)插入器底部的鋼管穿入鋼筋籠中，置于鋼筋籠底部的錐籠中心(鋼筋籠底部間隔抽取3根鋼筋彎曲焊接成錐籠)，鋼筋籠頂部利用在鋼管上焊接的2個(gè)突出的鐵塊卡銷(xiāo)卡住上部3根徑向鋼筋(圖3)。通過(guò)該裝置與鋼筋籠連接，然后垂直起吊，利用激震力下放鋼筋籠至設(shè)計(jì)深度。

利用此改進(jìn)裝置，可以較好地將鋼筋籠插入至設(shè)計(jì)深度。

圖2 后插鋼筋CFG樁施工工藝流程

圖3 平板振動(dòng)插入器插入鋼筋籠示意

4 結(jié)語(yǔ)

該工點(diǎn)施工完成后，經(jīng)自檢及第三方質(zhì)檢各項(xiàng)指標(biāo)合格，路基狀況良好。利用后插鋼筋籠CFG樁進(jìn)行高水平力條件下斜坡地基的加固處理，施工安全、高效，成本低，在高速鐵路斜坡地基處理中不失為一種有效的嘗試，但尚需進(jìn)一步加強(qiáng)內(nèi)部受力狀態(tài)的試驗(yàn)測(cè)試及數(shù)值分析，為更有效地配置鋼筋籠提供技術(shù)支撐。

［1］汪國(guó)鋒．長(zhǎng)螺旋成孔壓灌混凝土成樁后插鋼筋籠施工工藝及配套裝置在北京地鐵施工中的應(yīng)用［J］．地質(zhì)裝備，2007 (5):27-29．

［2］王抒陽(yáng)，何文春．合福高速鐵路DK590+731.62—DK590+ 835.00深路塹及陡坡路基施工圖［Z］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010．

［3］鐵道部建設(shè)司．鐵路工程設(shè)計(jì)手冊(cè)·路基［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1992．

［4］鐵道部工程管理中心．客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路地基處理技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2009．

［5］曾召田，呂海波，尹闖，等．CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理及工程實(shí)例分析［J］．鐵道建筑，2014(1):79-81．

［6］雷通文，郭興文．既有鐵路高邊坡挖方施工防護(hù)技術(shù)［J］．鐵道建筑，2014(7):103-105．

［7］葉春林，黃太武，何文春，等．后插鋼筋籠CFG樁成樁工法專(zhuān)利文件［Z］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2011．

(責(zé)任審編李付軍)

U416.1+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．29

1003-1995(2015)04-0110-03

2014-09-15;

2014-10-27

黃太武(1973—)，男，湖北利川人，高級(jí)工程師。