D型便梁基礎樁基施工的安全與技術分析

賀小濤 上海鐵路局經(jīng)營開發(fā)處

D型便梁基礎樁基施工的安全與技術分析

賀小濤 上海鐵路局經(jīng)營開發(fā)處

結合某下穿京九鐵路立交項目，對條基下高壓旋噴樁、人工挖孔樁施工工藝進行介紹。同時根據(jù)相關規(guī)范通過理論分析及計算說明增設挖孔樁的必要性及有效性，進而得出一些有益的結論。

D型便梁；高壓旋噴樁；人工挖孔樁；土壓力

1 前言

1.1 工程概況

某下穿京九鐵路立交橋改建工程，主體施工內容為6孔框架橋下穿京九鐵路?？蚣軜蛑行木€與京九鐵路線交角為87.08°。設計道路中心線位于直線上，與橋中心線一致。新建框架橋上為京九鐵路上下行兩股線路，線間距為4.12 m，線路中距離框架橋邊距離為5 m。

框架橋凈跨采用8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m+8.5 m，為并列等高6座單孔單體框架結構，各單孔框架間距均為0.15 m，邊墻厚度0.75 m，總寬度為60.75 m?？蚣軜蝽敯搴?.65 m，底板厚0.75 m，總高度7.7 m。

1.2 工程地質及水文條件

本場地覆蓋層為第四系松散沉積物，勘察揭示的土層由耕表土、粉土、粉質粘土和粉砂層組成。根據(jù)地勘報告，場地地基土按成因類型、形成時代、力學性質，自上而下可分為5個工程地質層。各層巖土的分布、物理力學性質簡述如下：

①號粉土：黃褐色，稍濕，稍密，干強度低，韌性低。平均層厚為1.26 m，層底高程為35.0 m～34.2 m。承載力特征值為120 kPa。

②號粉質粘土(夾粘土)：棕，灰褐色，可塑，干強度中等，韌性中等。平均層厚為2.83 m，層底高程為32.4 m～31.1 m。承載力特征值為160 kPa。

③號粉質粘土：黃褐色，硬塑，局部可塑，干強度中等，韌性中等。平均層厚為2.90 m，層底高程為30.1 m～25.6 m。承載力特征值為210 kPa。

④粉土粉砂互層：灰黃色，濕，中密，局部密實，強度低，韌性低。平均層厚為3.06 m，層底高程為27.0 m～24.10 m。承載力特征值為190 kPa。

⑤號粉砂：黃褐色，飽和，密實。最大揭露深度11.0 m。承載力特征值為230 kPa。

框架橋底板底位于③號粉質粘土和④粉土粉砂互層。地下水類型屬孔隙潛水，動態(tài)水主要賦存在②、③號土層內，地下水穩(wěn)定水位3.30 m～3.70 m（標高32.2 m～32.6 m）。

1.3 線路加固形式

本工程處于繁忙干線電氣化區(qū)段，列車運行速度：正線160 km/h，運行對數(shù)約138對。鐵路上下行線間距4.12 m，為小間距線路。

針對以上特點，同時根據(jù)D型施工便梁使用說明，本工程采用D16型施工便梁低位架設方法，便梁偏架48 cm。便梁基礎采用高壓旋噴樁加鋼筋混凝土條基結構，但出于多方面安全考慮，在實際施工過程中于4、5#條基下加柱樁基礎，具體加固方式如圖1所示。采用多排Φ60 cm高壓旋噴樁結合人工挖孔樁的加固方法，高壓旋噴樁間距0.5 m，樁長15 m，高壓旋噴樁水泥摻量為45%，單根樁施工完成后立即插入Ф28螺紋鋼，長度為5.62 m，綁焊連接。條基下人工挖孔樁各布置2根Ф1.5m與1根Ф1.8m（設置在支墩中間），樁長6.8m，鋼筋錨入支墩1.5 m，四周仍用高壓旋噴樁加固。

圖1 條基高壓旋噴樁及人工挖孔樁布置圖

2 高壓旋噴樁施工

2.1 施工流程

高壓旋噴樁對淤泥、淤泥質土、流塑或軟塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基有較好的處理效果。

施工流程：測量放樣→檢查驗收→高噴鉆機就位→下放噴漿管→漿泵試壓→（攪拌水泥漿）旋噴、提升→清洗泵、管路、鉆具→返漿回灌、回填。

本工程旋噴樁施工鉆孔采用旋轉式鉆機，單管旋噴注漿加固。施工參數(shù)為噴嘴直徑：2.4 mm；旋轉速度20 r/min；漿液流量23 l/min；噴漿壓力20 MPa；水灰比：0.75：1；提鉆速度：30 cm/min；水泥用量：180 kg/m。

2.2 加固效果計算

根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012），對高壓旋噴樁形成的有粘結強度增強體復合地基承載力可按下式計算：

根據(jù)項目實際情況、地勘報告土層厚度及樁基規(guī)范相應土層的極限側阻力標準值，計算高壓旋噴樁單樁承載力特征值Ra=989.4 kPa，則fspk=2.8 MPa，接近設計文件中要求達到的28 d強度（3 MPa）?？紤]到計算過程中參數(shù)取值的差異，計算結果可接受，滿足設計要求。因此本工程高壓旋噴樁加固方式可提高條基下地基承載力13倍（原地基土承載力按加權平均計算，承載力特征值為200 kPa）。

但高壓旋噴樁加固對于硬黏性土，以及含有較多的塊石或大量植物根莖的地基，因噴射流可能受到阻擋或削弱，沖擊破碎力急劇下降，切削范圍小或者影響處理效果，所以旋噴樁處理效果差別較大，強度離散性也較大。而本工程框架橋底板正處于③硬塑粉質粘土層、④粉土粉砂層（頂進前拉槽施工也表明旋噴樁加固效果差異性較大），為了保證4#框架橋頂進時條基及線路安全，在高壓旋噴樁加固的基礎上增設了人工挖孔樁是有必要的。

3 人工挖孔樁施工

3.1 施工流程

人工挖孔樁具有機具設備簡單，施工操作方便，占用場地小，對鐵路營業(yè)線影響小，施工質量可靠，施工速度快，造價低等優(yōu)點。挖孔樁適用于樁直徑800 mm以上，無地下水或地下水較少的粘土、粉質粘土，含少量砂、砂卵石、礫石的粘土。施工流程：場地平整→樁位測定→開挖樁孔（檢查有毒有害氣體，通風換氣；孔口設置吊架）→孔內出土→立模灌注護壁→下一循環(huán)→成孔檢查→鋼筋籠吊裝就位→灌注樁身混凝土。

3.2 挖孔樁承載力驗算

4#、5#條基下各有3根人工挖孔樁，直徑分別為1.5 m、1.8 m。樁基承載力計算一般包括豎向、水平、抗彎承載力三方面，根據(jù)本工程特點（箱體頂進在條基一側挖土），抗彎對樁基穩(wěn)定性影響較大，因此本文主要對Ф1.5 m挖孔樁抗彎承載力進行分析（Φ1.8 m挖孔樁所受荷載與Φ1.5 m樁基本相同）。

3.2.1 土壓力計算

樁基抗彎驗算需先計算主動、被動土壓力，主動土壓力根據(jù)《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）附錄A計算。被動土壓力根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）計算，為安全考慮，樁頂以下4.3 m土層可看做垂直開挖（實際為1：0.5放坡，見圖2）。本工程采用止水帷幕加井點降水措施，因此主動、被動土壓力計算過程中不考慮地下水影響。

圖2 主動、被動土壓力計算簡圖

F為列車行進時的制動力或者牽引力。根據(jù)鐵路橋涵設計基本規(guī)范，雙線橋采用一側的制動力或者牽引力，按列車豎向靜活載（q=137.7 kN/m）的10%計算，F(xiàn)=137.7×8×0.1= 110.2 kN，作用在軌頂，對單根挖孔樁，F(xiàn)近似取1/3計算（36.7 kN）。60軌高度176 mm，軌底距便梁底為599 mm，因此荷載F作用點距便梁底0.775 m。

（1）主動土壓力計算

根據(jù)鐵路橋涵設計基本規(guī)范附錄A，計算作用于樁側主動土壓力（含線路上活載，取137.7 kN/m）：

主動土壓力作用點至計算土層底面的距離為：

條基側為松散回填道砟，因此只作為靜載疊加在樁側主動土壓力計算結果中，條基側土壓力不單獨計算，則Ea= 1374.4 kN，Ca=2.98 m。

（2）被動土壓力計算

Mmax=3621.1 kN·m。

人工挖孔樁配筋如圖3所示，在擴底范圍及變截面以上500 mm（樁底以上1.625 m范圍內）除豎向筋N1外，尚有N5鋼筋（伸入變截面以上500 mm），因此在驗算樁的抗彎承載力時，須同時驗算樁底與樁底以上1.625 m截面。

對樁底以上1.625 m截面彎矩計算，得Ea1=979.8 kN，Ca1= 2.32 m；Ep1=234.5 kN，Cp1=0.428 m；Mk=36.7×（0.775+10.5-1.625）+979.8×2.32-234.5×0.428=2 526.9 kN·m。

綜上，樁底及樁底以上1.625 m截面處彎矩分別為Mmax= 3621.1 kN·m、Mk=2526.9 kN·m。

圖3 Φ1.5m挖孔擴底樁配筋圖

3.2.2 抗彎驗算

根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）附錄B，沿周邊均勻布置縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，其正截面受彎承載力應符合下列規(guī)定：

（1）對樁底（擴孔直徑2.25m）進行抗彎驗算：

=4050+3420=7470 kN·m〉Mmax=3621.1 kN·m，滿足要求。

（2）對樁底以上1.625 m截面進行抗彎驗算：

計算步驟與樁底驗算基本相同，局部數(shù)據(jù)有差異，A=π×

=2630.7 kN·m〉Mk=2526.9 kN·m，Ф1.5 m挖孔樁抗彎滿足要求。

因此，樁底及樁底以上1.625 m截面處抗彎均能滿足要求。

4 結束語

本文主要對條基下高壓旋噴樁、人工挖孔樁施工工藝及技術安全措施進行了介紹，并通過高壓旋噴樁加固效果計算及人工挖孔樁抗彎驗算說明了增設挖孔樁的必要性及有效性。同時可以得出以下結論：

（1）理論計算結果表明，本工程高壓旋噴樁加固方式可提高地基承載力13倍左右，滿足設計要求。但考慮到土質、工期等方面因素，有必要在4#、5#條基下增設人工挖孔樁。

（2）人工挖孔樁抗彎驗算結果表明，樁底以上1.625 m截面處彎矩Mk=2 526.9 kN·m，與樁基抗彎承載力2 630.7 kN·m很接近，但考慮到挖孔樁周圍高壓旋噴樁的加固作用，Φ1.5 m、深6.8 m挖孔樁能滿足頂進時安全要求。

（3）由于Φ1.8 m挖孔樁所受荷載與Φ1.5 m樁基本相同，根據(jù)理論分析計算結果，Φ1.8 m挖孔樁可調整為Φ1.5 m。

[1]TB100 02.1-2005.鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].

[2]JGJ79-2012.建筑地基處理技術規(guī)范 [S].

[3]JGJ94-2008.建筑樁基技術規(guī)范[S].

[4]JGJ120-2012.建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

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責任編輯：王 華

來稿日期：2017-02-22