沿海淤積地區(qū)鐵路箱梁場(chǎng)制存梁臺(tái)位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工

張才剛

（中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東兗州272100）

1 工程概況

中鐵十四局集團(tuán)有限公司軍馬站制梁場(chǎng)設(shè)在滄州市滄縣李天木回族自治鄉(xiāng)軍馬站村南側(cè)，主要承擔(dān)石港城際鐵路站前五標(biāo)范圍內(nèi)848孔箱梁的預(yù)制、架設(shè)施工。

梁場(chǎng)設(shè)置梁區(qū)、存梁區(qū)、混凝土拌和站、鋼筋加工區(qū)、辦公生活區(qū)、裝梁區(qū)共6個(gè)功能區(qū)。設(shè)置制梁臺(tái)位13個(gè)，存梁臺(tái)位169個(gè)（雙層存梁），最大存梁能力338孔。箱梁采用中鐵咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)圖紙[2]，圖號(hào)：通橋（2016）2229-Ⅰ，箱梁頂面寬度12.2 m，底面寬度5.3 m，高度2.628 m，重7 148 kN（714.8 t）。

梁場(chǎng)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候，四季分明，溫度適中。春旱、夏澇、秋爽、冬干已成規(guī)律。常年降水量在550～700 mm，土壤最大凍結(jié)深度為0.70 m。

2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

進(jìn)場(chǎng)后，邀請(qǐng)地勘單位對(duì)梁場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘察，并出具勘察報(bào)告[1]。具體樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

3 制梁臺(tái)位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工

制梁臺(tái)座是預(yù)制箱梁的重要結(jié)構(gòu)設(shè)施，制梁臺(tái)座要求其地基不能產(chǎn)生大于2 mm的工后沉降，以此來(lái)確保預(yù)制箱梁的施工質(zhì)量。箱梁預(yù)初張后箱梁起拱，重量集中在臺(tái)位兩端，根據(jù)地勘情況來(lái)看，原裝地基不能滿(mǎn)足承載力要求，臺(tái)位地基須做加固處理以滿(mǎn)足其承載力。加固方式有CFG樁基、混凝土預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔樁處理等方式，通過(guò)承載力計(jì)算、工程造價(jià)等多方面比選，選擇一種合適的施工方案。

荷載取值：32 m箱梁重7 148 kN；模板重量450 kN；基礎(chǔ)混凝土975 kN；其他荷載160 kN。

3.1 CFG樁

制梁臺(tái)位基礎(chǔ)采用樁基加板筏型基礎(chǔ)，臺(tái)位采用φ50 cm的CFG樁進(jìn)行處理。CFG樁是一種低強(qiáng)度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，并可將荷載傳遞到深層地基中，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。一般用于處理黏性土、粉土、沙土和樁端具有相對(duì)硬土層、承載力標(biāo)準(zhǔn)值不低于70 kPa的淤泥質(zhì)土、非欠固結(jié)人工填土等地基。在箱梁基礎(chǔ)兩端各3 m范圍內(nèi)各設(shè)置12根樁基，間距1.2 m，中間部位設(shè)置24根樁基，間距3 m，每個(gè)臺(tái)位共設(shè)48根樁基，樁長(zhǎng)25 m，樁身采用C20混凝土灌注。

臺(tái)位基礎(chǔ)為C30鋼筋混凝土板筏形基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)深入整體基礎(chǔ)10 cm，在基礎(chǔ)底，柱樁周?chē)O(shè)置厚100 cm的級(jí)配碎石褥墊層，控制基礎(chǔ)的不均勻沉降；基礎(chǔ)上部設(shè)3道地基梁，鋼底模鋪在地基梁上。

由GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]5.2.2條，基礎(chǔ)底面的壓力可由式（1）確定：

式中，Pk為基礎(chǔ)地面壓力，kPa；Fk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，作用于承臺(tái)頂面的豎向力，kN；Gk為樁基承臺(tái)和承臺(tái)上土自重標(biāo)準(zhǔn)值，kN；A為基礎(chǔ)受力面積，m2。

代入數(shù)據(jù)得：Pk=223.92 kPa。

單樁承載力的確定：

計(jì)算依據(jù)：JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[4]中公式5.3.3-1和地質(zhì)勘探報(bào)告：

式中，Quk為混凝土預(yù)制樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；μ為樁身周長(zhǎng)，本項(xiàng)目μ=1.57 m；qsik為用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第i層土的極限側(cè)阻力；li為樁周第i層土的厚度（樁長(zhǎng)總長(zhǎng)為25 m），其中：

第1土層為素填土層，不計(jì)摩阻力，土層厚度L1=0.54 m；

第2土層為粉質(zhì)黏土層，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=13 kPa，平均土層厚度L2=0.49 m；

第3土層為粉土夾粉砂層，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=12 kPa，平均土層厚度L3=1.43 m；

第4土層為淤泥質(zhì)黏土，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=9 kPa，平均土層厚度L4=5.31 m；

第5土層為粉土夾粉砂，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=12kPa，平均土層厚度L5=6.26 m；

第6土層為粉砂夾粉土，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=15kPa，平均土層厚度L6=6.36 m；

第7土層為粉砂，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=21kPa，鉆入土層厚度L7=1.61 m。

α為樁端阻力修正系數(shù)，取0.85；psk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算得1 500 kPa；Ap為樁端面積，0.196 m2。代入數(shù)據(jù)得：Quk=727.14 kN。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[4]，樁體豎向承載力特征值按式（3）計(jì)算：

式中，K為安全系數(shù)，本項(xiàng)目取K=2。

代入數(shù)據(jù)得Ra=363.57 kN。

復(fù)合地基承載力fck根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理規(guī)范》中公式7.1.5-2計(jì)算：

式中，m為面積置換率，計(jì)算得0.121；Ra為樁體豎向承載力特征值，kN；λ為樁體破壞時(shí)的樁尖土強(qiáng)度發(fā)揮度，λ=0.8；fsk為天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

代入數(shù)據(jù)得：fck=287.7 kPa＞Pk=223.92 kPa，滿(mǎn)足要求。

3.2 混凝土預(yù)應(yīng)力管樁

制梁臺(tái)位基礎(chǔ)采用樁基加板筏型基礎(chǔ)，臺(tái)位采用φ50 cm的混凝土預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理，預(yù)應(yīng)力管樁一般為采用先張法工藝[4]制作的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁）和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC樁），主要用柴油錘擊打或靜力壓樁兩種方式壓入地面，以增強(qiáng)地基承載力。因箱梁張拉后梁的中部有向上起拱，箱梁兩端受力較大，在兩端各3 m范圍內(nèi)各設(shè)置9根樁基，間距3 m，中間部位設(shè)置27根樁基間距3 m，每個(gè)臺(tái)位共設(shè)45根樁基，樁長(zhǎng)25 m。

單樁承載力的確定同樣采用式（2），與CFG樁不同的是，混凝土預(yù)應(yīng)力管樁的樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值psk=1 900 kPa，代入數(shù)據(jù)得：Quk=1 064.5 kN，Ra=532.25 kN。

復(fù)合地基承載力采用式（4）計(jì)算，其中，面積置換率m計(jì)算得0.09，則代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：復(fù)合地基承載力fck=309.92 kPa＞Pk=223.92 kPa，滿(mǎn)足要求。

3.3 旋挖鉆孔樁

制梁臺(tái)位基礎(chǔ)采用樁基加板筏型基礎(chǔ)，臺(tái)位采用φ150 cm的旋挖鉆孔樁樁進(jìn)行處理，旋挖鉆孔樁屬于橋梁施工中一種常用方式，一般適用于粉土、砂土、黏土、回填土及含有部分卵石、碎石的地層，采用旋挖鉆機(jī)成孔，灌注鋼筋混凝土成型，用以加強(qiáng)地基承載力。

本項(xiàng)目中，因箱梁張拉后梁的中部有向上起拱，箱梁兩端受力較大，在兩端各3 m范圍內(nèi)各設(shè)置2根樁基，間距3 m，中間部位設(shè)置6根樁基間距6 m，每個(gè)臺(tái)位共設(shè)10根樁基，樁長(zhǎng)30 m，樁身采用C25鋼筋混凝土灌注。

計(jì)算單樁承載力時(shí)，依據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告按式（2）計(jì)算，其中，μ=4.713 m；樁長(zhǎng)總長(zhǎng)為30 m；樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1 500 kPa；樁端面積Ap=1.77 m2，代入數(shù)據(jù)得：Quk=5 562.104 kN。

樁體豎向承載力特征值Ra按式（3）計(jì)算，代入數(shù)據(jù)得：Ra=2 781.052 kN。

樁頂受力Nk的計(jì)算：

對(duì)于樁數(shù)少于4根的摩擦型樁和端承樁，不考慮承臺(tái)效應(yīng)，則：

式中，F(xiàn)k為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，作用于承臺(tái)頂面的豎向力，kN；n為樁基中的樁數(shù)。

代入數(shù)據(jù)得：樁頂受力Nk=2 183.25 kN＜Ra=2 781.052 kN，滿(mǎn)足要求。

4 存梁臺(tái)位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工

荷載取值：雙層32 m箱梁重14 296 kN；基礎(chǔ)混凝土1 086 kN。

4.1 CFG樁

32 m箱梁雙層存梁臺(tái)座：存梁臺(tái)座按雙層存梁設(shè)計(jì)，每個(gè)存梁臺(tái)座采用30根直徑為50 cm的CFG樁，每端15根，樁長(zhǎng)30 m。

根據(jù)式（1）代入數(shù)據(jù)得：Pk=355 kPa。

單樁承載力根據(jù)式（2）計(jì)算求得，其中，樁身周長(zhǎng)μ=1.57 m；樁長(zhǎng)總長(zhǎng)為30 m；樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1 500 kPa；樁端面積Ap=0.196 m2。代入數(shù)據(jù)得：Quk=891.99 kN。

根據(jù)式（3）計(jì)算得：Ra=445.99 kN。

根據(jù)式（4）計(jì)算得復(fù)合地基承載力fspk=371.668 kPa＞Pk=355 kPa，滿(mǎn)足要求。

4.2 混凝土預(yù)應(yīng)力管樁

32 m箱梁雙層存梁臺(tái)座：存梁臺(tái)座按雙層存梁設(shè)計(jì)，每個(gè)存梁臺(tái)座采用24根直徑為50 cm的預(yù)應(yīng)力樁，每端12根，樁長(zhǎng)30 m。

樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值psk=1 900 kPa；樁端面積Ap=0.196 m2；樁身周長(zhǎng)μ=1.57 m；樁長(zhǎng)總長(zhǎng)為30 m；面積置換率m＝0.109。

則：Quk=1 261.15 kN；

根據(jù)式（3）代入數(shù)據(jù)得：Ra=630.57 kN。

復(fù)合地基承載力fck=414.82 kPa＞Pk=355 kPa，滿(mǎn)足要求。

4.3 鉆孔樁

32 m箱梁雙層存梁臺(tái)座：存梁臺(tái)座按雙層存梁設(shè)計(jì)，每個(gè)存梁臺(tái)座采用6根直徑為150 cm的旋挖鉆孔樁，每端3根，樁長(zhǎng)30 m，樁身周長(zhǎng)μ=4.713 m，樁長(zhǎng)總長(zhǎng)為30 m，樁端阻力修正系數(shù)α=0.86，樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值=1 500 kPa，樁端面積Ap=1.77 m2。

將數(shù)據(jù)代入式（2），得：Quk=5 5 62.104 kN。

根據(jù)式（3），得：Ra=2 781.052 kN。

樁頂受力對(duì)于樁數(shù)少于4根的摩擦型樁和端承樁，不考慮承臺(tái)效應(yīng)，

則：Nk=Fk/n=2 563.5 kN＜Ra=2 781.052 kN，滿(mǎn)足要求。

5 經(jīng)濟(jì)比選

通過(guò)承載力計(jì)算可以看出：3種基礎(chǔ)處理方式均能滿(mǎn)足地基承載力的要求，為節(jié)約成本，再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選每個(gè)臺(tái)位的造價(jià)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 1個(gè)臺(tái)位造價(jià)對(duì)比表

經(jīng)過(guò)比選，采用CFG樁基加固的方式不僅能滿(mǎn)足基礎(chǔ)承載力要求，并且造價(jià)較低，施工便捷，所以，本項(xiàng)目梁場(chǎng)選用CFG樁基進(jìn)行地基加固處理。

6 沉降觀測(cè)

施工后，對(duì)所有制存梁臺(tái)位使用后進(jìn)行沉降觀測(cè)，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3，制存梁臺(tái)座沉降數(shù)值符合規(guī)范要求。

表3 制存梁臺(tái)位沉降觀測(cè)表（每區(qū)取1組數(shù)據(jù)）

7 結(jié)語(yǔ)

高鐵梁場(chǎng)的預(yù)制臺(tái)座及存梁臺(tái)座的設(shè)計(jì)和施工是穩(wěn)定生產(chǎn)高鐵箱梁的前提，通過(guò)不同方案的比對(duì)，從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)效益上尋找平衡點(diǎn)，存制梁臺(tái)座施工完成后，經(jīng)過(guò)梁場(chǎng)幾個(gè)月來(lái)的使用情況看，此次設(shè)計(jì)和施工達(dá)到了最初設(shè)計(jì)的目的和效果，也系統(tǒng)地總結(jié)和探討了沿海淤積地區(qū)鐵路箱梁場(chǎng)的可行性，控制了施工成本，也為沿海沖積、淤積地區(qū)等地質(zhì)情況較差的地區(qū)同類(lèi)型施工提供了經(jīng)驗(yàn)。