海濱軟土地區(qū)龍門吊地基設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究

收稿日期：2024-02-27

作者簡介：黃賡宇（1990—），男，本科，工程師，從事項(xiàng)目管理及施工生產(chǎn)管理工作。

摘要 文章旨在研究海濱軟土地區(qū)龍門吊地基設(shè)計(jì)施工技術(shù)，以滿足該地區(qū)復(fù)雜土壤條件下的建筑需求。通過對該地區(qū)土壤特性、地質(zhì)條件以及龍門吊的適用性進(jìn)行分析，提出了一套可行的設(shè)計(jì)施工方案。研究表明，在海濱軟土地區(qū)，龍門吊地基技術(shù)具有較好的適應(yīng)性，能夠有效應(yīng)對土壤沉降、地基穩(wěn)定性等問題。通過課題的研究，有力保障了沿海軟土區(qū)項(xiàng)目的建設(shè)。

關(guān)鍵詞 市政橋梁；海濱軟土地區(qū)；龍門吊；地基技術(shù)；土壤特性

中圖分類號 TU753.66文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0054-04

0 引言

海濱軟土地區(qū)對建筑工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工要求較高。龍門吊的使用在我國沿海地區(qū)橋梁的修建中是比較常見的，但由于地質(zhì)條件較差，而龍門吊基礎(chǔ)承載力和沉降要求相對較高，因此龍門吊基礎(chǔ)的施工變得復(fù)雜且重要。這類項(xiàng)目的建設(shè)場地條件有限，建設(shè)組織機(jī)構(gòu)繁雜。龍門吊作為一種廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程領(lǐng)域的吊裝設(shè)備，其在軟土地區(qū)的適應(yīng)性成為研究的焦點(diǎn)之一。該文旨在通過對海濱軟土地區(qū)龍門吊地基設(shè)計(jì)施工技術(shù)的研究，為該地區(qū)的建設(shè)工程施工提供可行的解決方案。

1 海濱軟土地區(qū)土壤特性分析

1.1 土壤類型

海濱軟土地區(qū)常見的土壤類型包括黏性土、沙質(zhì)土等，以易沉降為特點(diǎn)，挑戰(zhàn)地基穩(wěn)定性。

1.2 地質(zhì)條件

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)[1]。

2 龍門吊地基設(shè)計(jì)原理

2.1 地基承載力計(jì)算

目前，有很多求解地基極限承載力的理論計(jì)算公式。但歸納起來，求解方法主要有兩種。一種是根據(jù)土體的極限平衡理論，計(jì)算土中各點(diǎn)達(dá)到極限平衡時(shí)的應(yīng)力和滑動面方向，并建立微分方程，根據(jù)邊界條件求出地基達(dá)到極限平衡時(shí)各點(diǎn)的精確解。采用這種方法求解時(shí)在數(shù)學(xué)上遇到的困難太大，目前尚無嚴(yán)格的一般解析解，僅能對某些邊界條件比較簡單的情況求解[2]。

2.2 地基沉降控制

采用合適的地基處理技術(shù)，減小土壤沉降的影響，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3 龍門吊地基施工技術(shù)

3.1 基坑開挖

據(jù)設(shè)計(jì)要求，合理設(shè)置基坑尺寸，避免過大或過小造成地基不穩(wěn)定。

3.2 地基處理

采用合適的地基處理技術(shù)，如灌漿加固、攪拌樁等，提高軟土地區(qū)地基的承載能力。

3.3 吊裝操作

合理安排龍門吊的吊裝位置和操作過程，確保施工安全，減小對地基的振動影響。

4 案例分析

通過對海濱軟土地區(qū)建設(shè)工程的實(shí)際案例分析，驗(yàn)證龍門吊地基設(shè)計(jì)施工技術(shù)的可行性和有效性。

4.1 工程概況

新典路功能定位為服務(wù)于客運(yùn)交通，規(guī)劃紅線寬度為28.5～66 m，雙向6車道規(guī)模，設(shè)計(jì)車速為50 km/h，兼具交通和景觀功能的城市主干道。輔路設(shè)計(jì)等級為設(shè)計(jì)時(shí)速30 km的城市支路。工程西起鄞奉路，東至廣德湖路，工程范圍包括新典橋及接坡段以及鄞奉路交叉口以西的新典路改造段，路線全長865.099 m，道路段長度為421.999 m，橋梁段總長443.1 m。

4.1.1 建設(shè)條件

擬建場區(qū)分布有新統(tǒng)（Q4）地層、上更新統(tǒng)（Q3）地層、中更新統(tǒng)（Q2）地層和上白堊系（K2）基巖，根據(jù)土層的沉積年代、沉積環(huán)境、巖性特征和物理力學(xué)性質(zhì)等，結(jié)合野外勘探結(jié)果，將沉積年代相同的地層劃分為同一工程地質(zhì)土層，根據(jù)土層的沉積年代、巖性特征、在同一工程地質(zhì)層中，作為同一工程地質(zhì)亞層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和物理力學(xué)性質(zhì)基本相似的地層。

4.1.2 龍門吊軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

為滿足龍門吊基礎(chǔ)承載力和沉降要求，該項(xiàng)目采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁（龍門吊裝配區(qū)采用Φ630 mm*10鋼管），橫橋至樁中心間距1.5 m，順橋至樁中心間距4.5 m，龍門吊基礎(chǔ)梁下布置PHC預(yù)應(yīng)力管樁，直徑400 mm。雙拼I25b工字鋼2.5 m設(shè)置于樁頂橫橋，雙拼I45b工字鋼鋪設(shè)于順橋，限位固定采用壓板，每隔1.5 m設(shè)置順橋至I45b工字鋼之間[36b作為橫向連接。其上布設(shè)43 kg/m重軌。

4.2 龍門吊軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

4.2.1 計(jì)算方法介紹

該方案使用Midas Civil 2019建立計(jì)算模型，其中軌道上施加龍門吊等效移動荷載，橫向、縱向雙拼I45b梁和軌道自重等效為均布荷載。其中縱梁與橫梁之間的連接使用彈性連接中的剛性連接，考慮龍門吊吊裝荷載，龍門吊的2個(gè)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)所受的最大荷載為Fmax，見下式：

根據(jù)附件龍門吊大車設(shè)計(jì)圖，龍門吊單側(cè)為雙軌道，可知單根軌道上每個(gè)小輪所受的移動荷載Fi，見下式：

由于軌道對稱，單側(cè)為雙軌道，因此選取單側(cè)軌道的1/2模型計(jì)算，如圖1所示。

圖1 Midas Civil龍門吊軌道計(jì)算模型

在結(jié)果荷載組合中考慮恒荷載取1.2的組合系數(shù)，等效移動荷載考慮沖擊的影響取1.4的組合系數(shù)，得到荷載基本效應(yīng)組合Sd，見式（1）。

Sd=1.2×Sqi+1.4×SFi （1）

4.2.2 縱向軌道梁受力計(jì)算

縱向軌道梁（2I45b）最大應(yīng)力為σ=36.83 MPa

215 MPa?？v向軌道梁（2I45b）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

縱向軌道梁（2I45b）最大變形量為ΔZ=1.9 mm<

L/400=4 500/400=11.25 mm。縱向軌道梁（2I45b）位移計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

綜上，縱向軌道梁（2I45b）應(yīng)力和變形均滿足要求。

4.2.3 樁頂承受壓力計(jì)算

上述邁達(dá)斯計(jì)算結(jié)果表明：在軌道端部的樁受力最大，Sd=703 kN，γ0取1，得到γ0Sd=703 kN。

4.2.4 PHC管樁設(shè)計(jì)

該文以端部樁為例計(jì)算。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.2.2及5.2.3，得式（2）：

（2）

式中，Ra——單樁豎向承載力特征值；Quk——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；K——安全系數(shù)，取K=2。

（1）側(cè)阻計(jì)算。側(cè)阻計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

表1 側(cè)阻計(jì)算

序號 地層名稱 地層厚度/

m 極限側(cè)阻力

qsik/kPa 該層側(cè)阻/

kN

1 填土 1.95 24 58.81

2 黏性土 1.5 24 45.24

3 黏性土 3.6 12 54.29

4 黏性土 0.8 22 22.12

5 黏性土 4.3 16 86.46

6 黏性土 2.7 23 78.04

7 黏性土 8 44 442.34

8 黏性土 4.9 40 246.3

9 黏性土 8.65 35 380.45

10 合計(jì) — — 1 414.031

得到：側(cè)阻Qsk=1 414.03 kN。

計(jì)算得出軌道端部樁頂受到的壓力為γ0Sd=703 kN＜Ra=707.02 kN。因此軌道端部PHC管樁長度取36.5 m，樁身側(cè)阻力滿足承載要求[3]。

（2）受壓樁樁身承載力。根據(jù)《樁基規(guī)范》5.8.2條～5.8.4條，得式（3）：

（3）

式中，穩(wěn)定系數(shù)ψ=1；基樁成樁工藝系數(shù)ψc=0.75；混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=35.90 N/mm2；樁身截面面積Aps=91 028 mm2；樁身縱向鋼筋的抗壓作用折減系數(shù)ψs=0.90；縱向主筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy'=360.00 N/mm2；

縱向主筋截面面積As'=637 mm2；樁身受壓承載力=

2 657.37 kN。

軌道端部樁頂受到的壓力γ0Sd=703 kN＜樁身受壓承載力=2 657.37 kN。說明樁身不會被壓壞。滿足承載要求。

4.3 龍門吊軌道基礎(chǔ)施工

4.3.1 總體施工工藝

該工程龍門吊軌道起止樁號為K0+334.131～K0+649.131，

長度共315 m。在東岸橋軸線兩側(cè)布置。單側(cè)為雙軌道。兩側(cè)軌道中心間距為50 m。

龍門吊軌道基梁下布置有φ400 mmPHC預(yù)應(yīng)力管樁（龍門吊裝配區(qū)采用Φ630 mm*10鋼管），橫橋至樁中央間距1.5 m，順橋至樁中央間距4.5 m。設(shè)計(jì)樁體長31 m，持力層為粉質(zhì)黏土第9層。樁頂橫橋向設(shè)置雙拼I25b工字鋼2.4 m（樁頂I25b設(shè)2道加勁板），順橋向鋪設(shè)雙拼I45b工字鋼（加筋板按1.5 m每道設(shè)置），工字鋼之間采用[36b作為橫向連接，間距按1.5 m每道設(shè)置。其上布設(shè)43 kg/m重軌，重軌下以鋪設(shè)厚12 mm寬20 cm的墊板。

4.3.2 樁帽施工及處理

PHC管樁樁帽采用C30混凝土澆筑50 cm高，其內(nèi)配置4根100 cmφ16 mm鋼筋，作為與分配梁焊接的固定預(yù)埋鋼筋。

4.3.3 分配梁施工

分配梁采用50 t履帶吊自下而上進(jìn)行安裝，由于安裝過程中平面位置會有誤差，分配梁位置測設(shè)時(shí)適當(dāng)前后左右移動確保分配梁位置處于設(shè)計(jì)中心線?？v向分配梁需接長時(shí)盡量將接頭位置調(diào)整在樁頂上，當(dāng)接頭位置在其他位置時(shí)，要保證只能有一個(gè)接頭，接頭位置除將工字鋼翼緣板及腹板滿焊外，同時(shí)在腹板兩側(cè)上加焊龜板。分配梁與樁頂連接處全部采用預(yù)埋鋼筋焊接連接。分配梁施工中，為加強(qiáng)整體穩(wěn)定性，施工過程及時(shí)施工縱向I45b間[36b橫向連接桿[4]。

4.3.4 軌道系統(tǒng)安裝

該項(xiàng)目考慮龍門吊在大車制動時(shí)，則產(chǎn)生一縱向推力；若小車制動時(shí)，又產(chǎn)生一橫向推力；若大、小車同時(shí)

（下轉(zhuǎn)第40頁）

（上接第56頁）

制動時(shí)，便產(chǎn)生一合成制動力，使軌道承受一個(gè)斜向推力。如軌道安裝成一邊普遍高于另一邊時(shí)，龍門吊就會整體移向低的一側(cè)，從而增加了軌道所承受的橫向力，而引起龍門吊運(yùn)行“啃道”，容易發(fā)生碰撞而產(chǎn)生事故。因此，軌道頂不設(shè)縱坡。

分配梁安裝完畢后，采用50 t履帶吊進(jìn)行龍門吊軌道安裝，在I45b縱向分配梁上按1 m間距鋪設(shè)鋼板，鋼板與縱向分配梁滿焊，焊縫厚度，鋼板其上鋪設(shè)43 kg/m重軌，重軌采用專用連接器進(jìn)行連接。由此得出將龍門吊合理安裝并運(yùn)用到橋梁工程的吊裝施工當(dāng)中，有效的解決橋梁預(yù)制場的預(yù)制梁與設(shè)備材料低成本吊裝問題，使用此設(shè)備還能夠相應(yīng)的縮短施工工期與運(yùn)營成本，有效降低成本的投入，降低了資源能耗浪費(fèi)和對環(huán)境的不良影響，保證工程的順利進(jìn)行。因其固有的優(yōu)勢在施工條件非常差的區(qū)域其優(yōu)越性就更能夠明顯地表現(xiàn)出來，將龍門吊安裝大跨度鋼制箱橋梁技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程施工過程中，具有巨大的推廣價(jià)值。

5 結(jié)語

該文通過對海濱軟土地區(qū)龍門吊地基設(shè)計(jì)施工技術(shù)的研究，結(jié)合該地區(qū)實(shí)際建設(shè)工程進(jìn)行案例分析，提出了一套可行的解決方案。通過地基承載力計(jì)算、地基沉降控制等措施，能夠有效應(yīng)對該地區(qū)復(fù)雜土壤條件下的建設(shè)施工需求。該研究對于促進(jìn)海濱軟土地區(qū)建設(shè)工程的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

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