沿海超厚超軟地質(zhì)條件下預(yù)制場(chǎng)提梁龍門(mén)基礎(chǔ)方案比選

■李當(dāng)

（中交一公局廈門(mén)工程有限公司，廈門(mén)361004）

沿海超厚超軟地質(zhì)條件下預(yù)制場(chǎng)提梁龍門(mén)基礎(chǔ)方案比選

■李當(dāng)

（中交一公局廈門(mén)工程有限公司，廈門(mén)361004）

濱海灘涂淤泥覆蓋層較厚，地質(zhì)條件差，天然地基一般都需要處理才能作為構(gòu)筑物地基使用，處理方案如何選擇，與施工成本關(guān)系密切。本文結(jié)合臺(tái)州灣大橋及接線工程T S10標(biāo)段T梁預(yù)制場(chǎng)的施工條件，通過(guò)方案比選，在確保技術(shù)條件滿足的前提下，找到相對(duì)經(jīng)濟(jì)的提梁龍門(mén)基礎(chǔ)處治方案。

軟土梁廠地基方案比選

1 前言

臺(tái)州灣大橋及接線工程TS10標(biāo)段，起訖樁號(hào)為K151+806～K159+875.5，路線里程8.07km。本標(biāo)段預(yù)制T梁共計(jì)3679片，共設(shè)置2個(gè)大型T梁預(yù)制場(chǎng)，T梁預(yù)制臺(tái)座共設(shè)置120個(gè)，每個(gè)梁場(chǎng)各60個(gè)。

考慮到本預(yù)制場(chǎng)的重要性，結(jié)合本合同段的梁板預(yù)制數(shù)量的情況，本預(yù)制場(chǎng)計(jì)劃架設(shè)1臺(tái)100t大龍門(mén)吊及3臺(tái)10t小龍門(mén)吊進(jìn)行預(yù)制施工。提梁龍門(mén)吊如下圖1所示。

圖1 預(yù)制場(chǎng)提梁龍門(mén)吊布置圖（單位：mm）

2 現(xiàn)場(chǎng)施工條件

2.1 地質(zhì)條件

本項(xiàng)目地處椒江南岸海積平原，地勢(shì)低平，現(xiàn)為圍墾區(qū)，表面硬殼層多缺失。上部為海積淤泥質(zhì)土、淤泥，厚21.0～37.5m，其下分布厚層海積、沖積粘性土，軟塑性，性質(zhì)差，厚約12.8～32.5m,中部以海積粘性土為主，軟塑～可塑狀，性質(zhì)較差～一般，中下部主要分布沖洪積含粘性土圓礫，工程地質(zhì)較好。

預(yù)制場(chǎng)附近的土層主要分布為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土、黏土等，各層的分布情況及物理特性如表1所示。

表1 地質(zhì)參數(shù)一覽表

2.2材料條件

由于地處沿海灘涂，周圍房屋建設(shè)大多采用預(yù)應(yīng)力管樁，因此線路周邊有多家預(yù)應(yīng)力管樁生產(chǎn)廠家，管樁材料供應(yīng)充足，且T梁預(yù)制場(chǎng)與當(dāng)?shù)芈肪W(wǎng)連接，運(yùn)輸便利。

2.3 機(jī)械條件

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，一般路段采用塑料排水板、雙向水泥攪拌樁處理；橋頭等結(jié)構(gòu)物路段采用預(yù)應(yīng)力管樁處理。根據(jù)施工要求，項(xiàng)目部進(jìn)行了路基試驗(yàn)段的施工，其中包括水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁的施工，同時(shí)拌合站基礎(chǔ)處理時(shí)也采用了預(yù)應(yīng)管樁的方案。因此，水泥攪拌樁機(jī)械和預(yù)應(yīng)力管樁機(jī)械均以進(jìn)場(chǎng)，同時(shí)項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)施工人員也積累了水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁的施工經(jīng)驗(yàn)。

3 方案擬定及比選

3.1 方案擬定

根據(jù)梁廠現(xiàn)場(chǎng)施工條件，結(jié)合龍門(mén)吊的技術(shù)要求，共擬定了如下兩種地基處理方案：

方案一：400HPC管樁（單排布樁，縱向間距3m，樁長(zhǎng)45m）+砼承臺(tái)梁（800mm×500mm）。

方案二：直徑500水泥攪拌樁（單排布樁，縱向間距1m，樁長(zhǎng)12m）+砼條形基礎(chǔ)（1500mm×500mm）。

3.2 技術(shù)比較（見(jiàn)表2）

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

兩種方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表3所示。

表2 地基處理技術(shù)比較

表3 地基處理經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)比較

3.4 工期比較

方案一：一臺(tái)D60柴油錘沉每天施工約350m，樁基全部施工完約要60d，承臺(tái)梁施工滯后10d，則全部施工完共計(jì)70d。

方案二：一臺(tái)單向水泥攪拌樁機(jī)每天施工約120m，樁基全部施工完約要140d，考慮水泥攪拌強(qiáng)度的時(shí)間間隙承臺(tái)梁施工滯后20d，則全部施工完共計(jì)160d。

3.5 方案確定

根據(jù)以上分析，兩種方案在技術(shù)上都可行，且各有優(yōu)缺點(diǎn)；水泥攪拌樁與預(yù)應(yīng)力管樁相比節(jié)約了50萬(wàn)；從工期上看，水泥攪拌樁施工雖然較慢，但由于是兩個(gè)梁廠同時(shí)施工，共有兩臺(tái)水泥攪拌樁機(jī)施工，工期縮短了一半，由于下部結(jié)構(gòu)剛開(kāi)始施工，梁廠建設(shè)時(shí)間相對(duì)寬裕，故確定采用水泥攪拌樁作為提梁龍門(mén)的地基處理方案。

4 初步計(jì)算

4.1 龍門(mén)輪壓計(jì)算

臺(tái)州灣項(xiàng)目T梁預(yù)制場(chǎng)采用1臺(tái)提梁龍門(mén)（簡(jiǎn)稱“提梁龍門(mén)”），提梁龍門(mén)吊重120t，自重60t，P=1200/2= 600kN,q=600/36=16.6kN/m,最不利荷載計(jì)算圖示如下：其中L=36m，a=0.5m,b=32m（最長(zhǎng)T梁），c=3.5m。

查根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》可知：Ra1=600×（2×3.5+ 32）/36=650kN，Ra2=16.6×36/2=298.8kN，則提梁龍門(mén)單側(cè)支腿受集中荷載RA=650+298.8=948.8kN。

4.2 方案一基礎(chǔ)計(jì)算

軌道基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁+砼承臺(tái)梁，單側(cè)支腿受集中荷載RA=948.8KN，單滾輪受力為p=948.8/2=474.4kN，按500kN計(jì)。當(dāng)T龍門(mén)起到T梁時(shí)，單個(gè)壓輪位于預(yù)應(yīng)力管樁正上方，此時(shí)管樁受力最為不利，即單根管樁反力R=500kN，其受力工況如圖3所示。

圖2 提梁龍門(mén)最不利計(jì)算圖示

圖3 提梁龍門(mén)最不利計(jì)算圖示（單位：mm）

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》有

公式（1）中，

[Ra]——單樁軸向受壓容許值（kN）；

u——樁身周長(zhǎng)（m）；

n——土的層數(shù)；

li——承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土的厚度；

qik——樁側(cè)摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

qrk——樁端處土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

ai、ar——分別為振動(dòng)沉樁對(duì)樁側(cè)摩阻力和樁端承載力的影響系數(shù)；對(duì)于錘擊、靜壓沉樁均取為1.0。

預(yù)應(yīng)力管樁承載力計(jì)算如表4所示。

經(jīng)計(jì)算管樁容許承載力[R]=656＞R=500kN,滿足要求。

4.3 方案二基礎(chǔ)受力驗(yàn)算

4.3.1 復(fù)合地基承載力計(jì)算

現(xiàn)場(chǎng)地基采用水泥攪拌樁進(jìn)行處理，沿軌道中心線間距1m布置，水泥攪拌樁直徑500mm，樁長(zhǎng)12m。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）可知，單樁承載力按下式進(jìn)行計(jì)算。

公式（2）中，

up——樁的周長(zhǎng)（m）；

n——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。

li——第i層土的厚度（m）；

qp——樁端阻力特征值（kPa），可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007的有關(guān)規(guī)定確定；

α——樁間土承載力提高系數(shù)；

Ap——樁的截面積（m2）。

水泥攪拌樁直徑0.5m，周長(zhǎng)1.57m，截面積0.2m2，入土深度12m，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)全為淤泥，共計(jì)1層土。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）可知，樁間土承載力折減系數(shù)取值0.6，淤泥側(cè)阻力特征值取值6kPa，不考慮樁間土承載力提高，故取α=1。查《浙江省臺(tái)州灣大橋及接線工程第TS10合同施工圖設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘查報(bào)告》有：淤泥層未經(jīng)修正的承載力特征值為55kPa。

表4 樁基承載力計(jì)算表

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）規(guī)定，有復(fù)合地基承載力計(jì)算如下：

公式（3）中，

fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)可取0.7～0.9；

Ra——單樁承載力特征值（kN）；

Ap——樁的截面積（m2）；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值；

fsk——處理后樁間土承載力特征值（kPa），可取天然地基承載力特征值。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）可知，樁間土承載力折減系數(shù)取值0.5，單樁承載力發(fā)揮度系數(shù)取1。則

4.3.2 基礎(chǔ)底面地基承載力計(jì)算

軌道基礎(chǔ)采用鋼筋砼條形基礎(chǔ)，橫向?qū)挾?.5m，厚0.5m，基礎(chǔ)下方采用水泥攪拌樁進(jìn)行加固，沿軌道中心線1m間距進(jìn)行布樁。單側(cè)支腿受集中荷載Ra=948.8kN，單滾輪受力為p=948.8/2=474.4kN，按500kN計(jì)，龍門(mén)吊軌道梁按彈性地基梁進(jìn)行計(jì)算，墊層基床系數(shù)取20000kN/m3，把軌道離散為0.5m長(zhǎng)的單元，則節(jié)點(diǎn)彈性支撐剛度K= 20000×1.5×0.5=15000kN/m。根據(jù)龍門(mén)吊移動(dòng)的特點(diǎn)，利用midas civil有限元軟件進(jìn)行移動(dòng)荷載分析，得到條形基礎(chǔ)反力包絡(luò)圖如圖4所示。

圖4 條形基礎(chǔ)基底反力包絡(luò)圖

根據(jù)計(jì)算有節(jié)點(diǎn)彈性支撐最大反力62.4kN，基底最大壓強(qiáng)為：支撐反力/彈性支撐間距×基底寬度）＝62.4/（0.5×1.5）=83.2kPa＜104kPa，滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

施工方案的優(yōu)劣對(duì)項(xiàng)目成本的影響至關(guān)重要，方案的優(yōu)劣除了保證技術(shù)安全可行外，還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、工期要求等，因此，在確定方案前根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行多方案的比選非常重要，只有通過(guò)方案比選，才能得到技術(shù)上安全可靠，成本上經(jīng)濟(jì)合理的施工方案。

[1]交通部.JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]建設(shè)部.JGJ 79-2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.浙江省臺(tái)州灣大橋及接線工程第TS10合同段施工圖設(shè)計(jì).浙江：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2014.

[4]北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.MIDAS/GTS理論分析手冊(cè)[S].北京：北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司，2001.