鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)在客運(yùn)新線中的應(yīng)用

杜小素，霍少磊，胡洪軍

(1.河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，鄭州 450052;2.新疆煤田地質(zhì)局，烏魯木齊 830000;3.中國中鐵電氣化局集團(tuán)，北京 100036)

20世紀(jì)70年代，樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基處理技術(shù)產(chǎn)生于日本，主要用于對高等級道路所經(jīng)軟土地基區(qū)的加固，在控制路基殘余變形方面較有優(yōu)勢［1］。它主要利用形成的柔性拱區(qū)，調(diào)整樁土豎向荷載分擔(dān)比與樁土應(yīng)力比，使樁—網(wǎng)—土形成有機(jī)整體共同承擔(dān)荷載及減小沉降的作用原理來滿足列車運(yùn)營穩(wěn)定與變形要求。樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基處理技術(shù)在我國具有良好的應(yīng)用前景，它將補(bǔ)充完善我國鐵路地基處理技術(shù)系列，在深厚軟土地基、濕陷性黃土地基、持力層較淺的平原丘陵地帶修建高速鐵路，它將會以其獨(dú)特的優(yōu)勢受到越來越多的青睞，在我國鐵路的客運(yùn)專線建設(shè)中發(fā)揮作用［2］。

1 鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理

鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為樁承式路堤結(jié)構(gòu)形式的一種，是通過剛性樁(鉆孔混凝土樁、預(yù)制混凝土樁等)處理地基的一種新型結(jié)構(gòu)形式，其作用原理是上部填土和其他荷載通過獨(dú)立樁帽上鋪設(shè)的土工格柵墊層，均勻地傳遞到下部樁和樁間土上，由樁和樁間土按一定的比例共同分?jǐn)偝惺苌喜亢奢d，以便于控制路基的初始穩(wěn)定和沉降，尤其是不均勻沉降［3］。多應(yīng)用于路基與結(jié)構(gòu)物過渡段，以獲取路基與結(jié)構(gòu)物之間的平順過渡，保證線路平順;也用于道路拓寬時(shí)保證新舊線路地基不產(chǎn)生大的沉降差異，新線路能夠及時(shí)投入運(yùn)營，達(dá)到拓寬目的。其具有施工工期短、地基側(cè)向變形小和工后沉降小等優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決受工期限制的路基工程的不均勻沉降問題。其具體結(jié)構(gòu)形式如圖1。

圖1 鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式

2 工程概況

客運(yùn)新線XXTJVI標(biāo)第八項(xiàng)目部部分路基范圍內(nèi)基底采用樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固，樁的直徑 φ60 cm，樁帽尺寸為1.5 m×1.5 m×0.5 m;樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C15。根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，設(shè)計(jì)要求樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土樁應(yīng)進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)單樁承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求(1 250 kN)。本次試驗(yàn)檢測樁數(shù)3根，試驗(yàn)內(nèi)容為去除樁帽后的單樁豎向承載力靜載試驗(yàn)。

檢測里程范圍內(nèi)土層分布主要為粉質(zhì)黏土、砂土、全風(fēng)化花崗巖(W4)及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(W3)等巖土層。

3 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)采用壓重平臺反力裝置。加載裝置為2個(gè)2 000 kN DYG200-200液壓千斤頂和一臺 YZB63-0.27-1電動(dòng)油泵。千斤頂行程是200 mm，壓力表精度為1.5級，量程100 MPa;百分表連磁性表座4只，6 m長的基準(zhǔn)梁2根。

加載裝置如圖2所示。主梁采用3根6 m長I36c工字鋼對焊，次梁采用6根6 m長I30c工字鋼。配重塊采用鋼筋混凝土塊，尺寸為2.3 m×0.9 m×0.9 m。次梁支座采用2塊鋼筋混凝土塊，尺寸為6.0 m×0.5 m×0.5 m，主梁支座采用2塊鋼筋混凝土塊，尺寸為1.0 m×0.3 m×0.3 m。

3.2 試驗(yàn)方法

3.2.1 加載

采用慢速維持荷載法逐級加載，最大加載量為2 500 kN，單級荷載取預(yù)估試驗(yàn)荷載量的1/10，各級加載量分別為 500 kN、750 kN、1 000 kN、1 250 kN、1 500 kN、1 750 kN、2 000 kN、2 250 kN、2 500 kN。每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載。讀數(shù)時(shí)間為每級加載后，按 5、10、15、15、15、30、30…min 的時(shí)間間隔讀數(shù)，直至變形達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)或滿足終止加載條件時(shí)為止。

穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):每一小時(shí)沉降不超過0.1 mm。

圖2 單樁承載力靜載試驗(yàn)加載裝置示意

3.2.2 卸載

每級卸載值為每級加載值的2倍。每級卸載后按15 min，15 min，30 min讀數(shù)，即可卸下一級荷載。

3.2.3 單樁承載力特征值的確定

據(jù)國家《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(JGJ106—2003)之規(guī)定，當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時(shí)，可終止試驗(yàn):

1)當(dāng)荷載—沉降(P—S)曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40 mm;

2)ΔSn+1/ΔSn≥2，且經(jīng) 24 h 尚未達(dá)到穩(wěn)定;

3)25 m以上的非嵌巖樁，P—S曲線呈緩變型時(shí)，樁頂總沉降量大于60～80 mm;

4)在特殊條件下，可根據(jù)具體要求加載至樁頂總沉降量>100 mm。

5)樁底支承在堅(jiān)硬巖(土)層上，樁的沉降量很小時(shí)，最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)荷載的兩倍。

單樁豎向抗壓極限承載力可按下列方法綜合分析確定:

1)根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定:對于陡降型P—S曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起點(diǎn)對應(yīng)的荷載值;

2)出現(xiàn)終止加載條件第2款情況，取前一級荷載值;

3)對于緩變型P—S曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40 mm對應(yīng)的荷載值;當(dāng)樁長>40 m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量;對直徑≥800 mm的樁，可取 S=0.05D(D為樁端直徑)對應(yīng)的荷載值。

4 數(shù)據(jù)整理與試驗(yàn)結(jié)果

為確定單樁承載力特征值，將現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并繪制SYZ1-SYZ3 3根試樁P—S曲線，見圖3。

圖3 SYZ1-SYZ3號試樁P—S曲線

由試驗(yàn)結(jié)果，3根單樁復(fù)合地基的最大加載值為2 500 kN，最大沉降量為16.47 mm，P—S曲線為緩變型，無明顯陡降段。各樁的單樁承載力特征值見表1。

表1 單樁承載力特征值匯總

5 結(jié)論

1)本次試驗(yàn)對3根單樁進(jìn)行了檢測，由試驗(yàn)結(jié)果可知3根樁的P—S曲線為緩變型，無明顯陡降段，在2 500 kN荷載作用下，最大沉降16.47 mm，最小沉降5.58 mm。綜合分析，所檢測3根樁承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

2)鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基作為一種剛性樁基，樁的承載力由樁側(cè)摩阻力與樁端支撐力共同承擔(dān)，具有豎向沉降變形小、變形穩(wěn)定時(shí)間短的突出優(yōu)點(diǎn)，且施工質(zhì)量易控制，可用于加固高速鐵路和客運(yùn)專線的深厚軟弱地基。

［1］肖宏，蔣關(guān)魯，魏永幸，等.遂渝線無砟軌道樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基處理技術(shù)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(4):22-25.

［2］肖宏，蔣關(guān)魯，魏永幸.遂渝線無砟軌道樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)解析計(jì)算探討［J］.鐵道建筑，2006(11):93-95.

［3］李毅，鄧小衛(wèi)，鄧明高.鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固既有路堤施工技術(shù)［C］∥2006年中國交通土建工程學(xué)術(shù)論文集，2006:776-780.