賀小濤 上海鐵路局經(jīng)營開發(fā)處

D型便梁基礎(chǔ)樁基施工的安全與技術(shù)分析

賀小濤 上海鐵路局經(jīng)營開發(fā)處

結(jié)合某下穿京九鐵路立交項(xiàng)目，對條基下高壓旋噴樁、人工挖孔樁施工工藝進(jìn)行介紹。同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)范通過理論分析及計(jì)算說明增設(shè)挖孔樁的必要性及有效性，進(jìn)而得出一些有益的結(jié)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(nèi)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，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(zhì)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(zhì)粘土和粉砂層組成。根據(jù)地勘報(bào)告，場地地基土按成因類型、形成時(shí)代、力學(xué)性質(zhì)，自上而下可分為5個(gè)工程地質(zhì)層。各層巖土的分布、物理力學(xué)性質(zhì)簡述如下：

①號粉土：黃褐色，稍濕，稍密，干強(qiáng)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(zhì)粘土(夾粘土)：棕，灰褐色，可塑，干強(qiáng)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(zhì)粘土：黃褐色，硬塑，局部可塑，干強(qiáng)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(shí)，強(qiáng)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(shí)。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(zhì)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(nèi)，地下水穩(wěn)定水位3.30 m～3.70 m（標(biāo)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(yùn)行速度：正線160 km/h，運(yùn)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(diǎn)，同時(shí)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(shè)方法，便梁偏架48 cm。便梁基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁加鋼筋混凝土條基結(jié)構(gòu)，但出于多方面安全考慮，在實(shí)際施工過程中于4、5#條基下加柱樁基礎(chǔ)，具體加固方式如圖1所示。采用多排Φ60 cm高壓旋噴樁結(jié)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(shè)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(zhì)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(yàn)收→高噴鉆機(jī)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(zhuǎn)式鉆機(jī)，單管旋噴注漿加固。施工參數(shù)為噴嘴直徑：2.4 mm；旋轉(zhuǎn)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(jì)算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），對高壓旋噴樁形成的有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力可按下式計(jì)算：

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況、地勘報(bào)告土層厚度及樁基規(guī)范相應(yīng)土層的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)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(shè)計(jì)文件中要求達(dá)到的28 d強(qiáng)度（3 MPa）?？紤]到計(jì)算過程中參數(shù)取值的差異，計(jì)算結(jié)果可接受，滿足設(shè)計(jì)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(quán)平均計(jì)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(qiáng)度離散性也較大。而本工程框架橋底板正處于③硬塑粉質(zhì)粘土層、④粉土粉砂層（頂進(jìn)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(jìn)時(shí)條基及線路安全，在高壓旋噴樁加固的基礎(chǔ)上增設(shè)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(jī)具設(shè)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(zhì)量可靠，施工速度快，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。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(zhì)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(fēng)換氣；孔口設(shè)置吊架）→孔內(nèi)出土→立模灌注護(hù)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(yàn)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(jì)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(diǎn)（箱體頂進(jìn)在條基一側(cè)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(jìn)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(jì)算

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

圖2 主動、被動土壓力計(jì)算簡圖

F為列車行進(jìn)時(shí)的制動力或者牽引力。根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范，雙線橋采用一側(cè)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(jì)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(jì)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(diǎn)距便梁底0.775 m。

（1）主動土壓力計(jì)算

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

主動土壓力作用點(diǎn)至計(jì)算土層底面的距離為：

條基側(cè)為松散回填道砟，因此只作為靜載疊加在樁側(cè)主動土壓力計(jì)算結(jié)果中，條基側(cè)土壓力不單獨(dú)計(jì)算，則Ea= 1374.4 kN，Ca=2.98 m。

（2）被動土壓力計(jì)算

Mmax=3621.1 kN·m。

人工挖孔樁配筋如圖3所示，在擴(kuò)底范圍及變截面以上500 mm（樁底以上1.625 m范圍內(nèi)）除豎向筋N1外，尚有N5鋼筋（伸入變截面以上500 mm），因此在驗(yàn)算樁的抗彎承載力時(shí)，須同時(shí)驗(yàn)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(jì)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(kuò)底樁配筋圖

3.2.2 抗彎驗(yàn)算

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)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(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）對樁底（擴(kuò)孔直徑2.25m）進(jìn)行抗彎驗(yàn)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(jìn)行抗彎驗(yàn)算：

計(jì)算步驟與樁底驗(yàn)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(jié)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(shù)安全措施進(jìn)行了介紹，并通過高壓旋噴樁加固效果計(jì)算及人工挖孔樁抗彎驗(yàn)算說明了增設(shè)挖孔樁的必要性及有效性。同時(shí)可以得出以下結(jié)論：

（1）理論計(jì)算結(jié)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(shè)計(jì)要求。但考慮到土質(zhì)、工期等方面因素，有必要在4#、5#條基下增設(shè)人工挖孔樁。

（2）人工挖孔樁抗彎驗(yàn)算結(jié)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(jìn)時(shí)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(jì)算結(jié)果，Φ1.8 m挖孔樁可調(diào)整為Φ1.5 m。

[1]TB100 02.1-2005.鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[2]JGJ79-2012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 [S].

[3]JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JGJ120-2012.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

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責(zé)任編輯：王 華

來稿日期：2017-02-22