沿海超厚超軟地質條件下預制場提梁龍門基礎方案比選

■李當

（中交一公局廈門工程有限公司，廈門361004）

沿海超厚超軟地質條件下預制場提梁龍門基礎方案比選

■李當

（中交一公局廈門工程有限公司，廈門361004）

濱海灘涂淤泥覆蓋層較厚，地質條件差，天然地基一般都需要處理才能作為構筑物地基使用，處理方案如何選擇，與施工成本關系密切。本文結合臺州灣大橋及接線工程T S10標段T梁預制場的施工條件，通過方案比選，在確保技術條件滿足的前提下，找到相對經濟的提梁龍門基礎處治方案。

軟土梁廠地基方案比選

1 前言

臺州灣大橋及接線工程TS10標段，起訖樁號為K151+806～K159+875.5，路線里程8.07km。本標段預制T梁共計3679片，共設置2個大型T梁預制場，T梁預制臺座共設置120個，每個梁場各60個。

考慮到本預制場的重要性，結合本合同段的梁板預制數量的情況，本預制場計劃架設1臺100t大龍門吊及3臺10t小龍門吊進行預制施工。提梁龍門吊如下圖1所示。

圖1 預制場提梁龍門吊布置圖（單位：mm）

2 現場施工條件

2.1 地質條件

本項目地處椒江南岸海積平原，地勢低平，現為圍墾區，表面硬殼層多缺失。上部為海積淤泥質土、淤泥，厚21.0～37.5m，其下分布厚層海積、沖積粘性土，軟塑性，性質差，厚約12.8～32.5m,中部以海積粘性土為主，軟塑～可塑狀，性質較差～一般，中下部主要分布沖洪積含粘性土圓礫，工程地質較好。

預制場附近的土層主要分布為素填土、淤泥質粉質黏土、淤泥質土、粉質黏土、黏土、粉質黏土、黏土等，各層的分布情況及物理特性如表1所示。

表1 地質參數一覽表

2.2材料條件

由于地處沿海灘涂，周圍房屋建設大多采用預應力管樁，因此線路周邊有多家預應力管樁生產廠家，管樁材料供應充足，且T梁預制場與當地路網連接，運輸便利。

2.3 機械條件

根據圖紙設計要求，一般路段采用塑料排水板、雙向水泥攪拌樁處理；橋頭等結構物路段采用預應力管樁處理。根據施工要求，項目部進行了路基試驗段的施工，其中包括水泥攪拌樁和預應力管樁的施工，同時拌合站基礎處理時也采用了預應管樁的方案。因此，水泥攪拌樁機械和預應力管樁機械均以進場，同時項目部現場施工人員也積累了水泥攪拌樁和預應力管樁的施工經驗。

3 方案擬定及比選

3.1 方案擬定

根據梁廠現場施工條件，結合龍門吊的技術要求，共擬定了如下兩種地基處理方案：

方案一：400HPC管樁（單排布樁，縱向間距3m，樁長45m）+砼承臺梁（800mm×500mm）。

方案二：直徑500水泥攪拌樁（單排布樁，縱向間距1m，樁長12m）+砼條形基礎（1500mm×500mm）。

3.2 技術比較（見表2）

3.3 經濟比較

兩種方案經濟指標比較如表3所示。

表2 地基處理技術比較

表3 地基處理經濟性指標比較

3.4 工期比較

方案一：一臺D60柴油錘沉每天施工約350m，樁基全部施工完約要60d，承臺梁施工滯后10d，則全部施工完共計70d。

方案二：一臺單向水泥攪拌樁機每天施工約120m，樁基全部施工完約要140d，考慮水泥攪拌強度的時間間隙承臺梁施工滯后20d，則全部施工完共計160d。

3.5 方案確定

根據以上分析，兩種方案在技術上都可行，且各有優缺點；水泥攪拌樁與預應力管樁相比節約了50萬；從工期上看，水泥攪拌樁施工雖然較慢，但由于是兩個梁廠同時施工，共有兩臺水泥攪拌樁機施工，工期縮短了一半，由于下部結構剛開始施工，梁廠建設時間相對寬裕，故確定采用水泥攪拌樁作為提梁龍門的地基處理方案。

4 初步計算

4.1 龍門輪壓計算

臺州灣項目T梁預制場采用1臺提梁龍門（簡稱“提梁龍門”），提梁龍門吊重120t，自重60t，P=1200/2= 600kN,q=600/36=16.6kN/m,最不利荷載計算圖示如下：其中L=36m，a=0.5m,b=32m（最長T梁），c=3.5m。

查根據《路橋施工計算手冊》可知：Ra1=600×（2×3.5+ 32）/36=650kN，Ra2=16.6×36/2=298.8kN，則提梁龍門單側支腿受集中荷載RA=650+298.8=948.8kN。

4.2 方案一基礎計算

軌道基礎采用預應力管樁+砼承臺梁，單側支腿受集中荷載RA=948.8KN，單滾輪受力為p=948.8/2=474.4kN，按500kN計。當T龍門起到T梁時，單個壓輪位于預應力管樁正上方，此時管樁受力最為不利，即單根管樁反力R=500kN，其受力工況如圖3所示。

圖2 提梁龍門最不利計算圖示

圖3 提梁龍門最不利計算圖示（單位：mm）

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》有

公式（1）中，

[Ra]——單樁軸向受壓容許值（kN）；

u——樁身周長（m）；

n——土的層數；

li——承臺底面或局部沖刷線以下各土的厚度；

qik——樁側摩擦阻力標準值（kPa）；

qrk——樁端處土的承載力標準值（kPa）；

ai、ar——分別為振動沉樁對樁側摩阻力和樁端承載力的影響系數；對于錘擊、靜壓沉樁均取為1.0。

預應力管樁承載力計算如表4所示。

經計算管樁容許承載力[R]=656＞R=500kN,滿足要求。

4.3 方案二基礎受力驗算

4.3.1 復合地基承載力計算

現場地基采用水泥攪拌樁進行處理，沿軌道中心線間距1m布置，水泥攪拌樁直徑500mm，樁長12m。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）可知，單樁承載力按下式進行計算。

公式（2）中，

up——樁的周長（m）；

n——樁長范圍內所劃分的土層數；

qsi——樁周第i層土的側阻力特征值，應按地區經驗確定。

li——第i層土的厚度（m）；

qp——樁端阻力特征值（kPa），可按《建筑地基基礎設計規范》GB 50007的有關規定確定；

α——樁間土承載力提高系數；

Ap——樁的截面積（m2）。

水泥攪拌樁直徑0.5m，周長1.57m，截面積0.2m2，入土深度12m，樁長范圍內全為淤泥，共計1層土。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）可知，樁間土承載力折減系數取值0.6，淤泥側阻力特征值取值6kPa，不考慮樁間土承載力提高，故取α=1。查《浙江省臺州灣大橋及接線工程第TS10合同施工圖設計階段地質勘查報告》有：淤泥層未經修正的承載力特征值為55kPa。

表4 樁基承載力計算表

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）規定，有復合地基承載力計算如下：

公式（3）中，

fspk——復合地基承載力特征值（kPa）；

λ——單樁承載力發揮系數，宜按當地經驗取值，無經驗可取0.7～0.9；

Ra——單樁承載力特征值（kN）；

Ap——樁的截面積（m2）；

β——樁間土承載力發揮系數，按當地經驗取值；

fsk——處理后樁間土承載力特征值（kPa），可取天然地基承載力特征值。

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）可知，樁間土承載力折減系數取值0.5，單樁承載力發揮度系數取1。則

4.3.2 基礎底面地基承載力計算

軌道基礎采用鋼筋砼條形基礎，橫向寬度1.5m，厚0.5m，基礎下方采用水泥攪拌樁進行加固，沿軌道中心線1m間距進行布樁。單側支腿受集中荷載Ra=948.8kN，單滾輪受力為p=948.8/2=474.4kN，按500kN計，龍門吊軌道梁按彈性地基梁進行計算，墊層基床系數取20000kN/m3，把軌道離散為0.5m長的單元，則節點彈性支撐剛度K= 20000×1.5×0.5=15000kN/m。根據龍門吊移動的特點，利用midas civil有限元軟件進行移動荷載分析，得到條形基礎反力包絡圖如圖4所示。

圖4 條形基礎基底反力包絡圖

根據計算有節點彈性支撐最大反力62.4kN，基底最大壓強為：支撐反力/彈性支撐間距×基底寬度）＝62.4/（0.5×1.5）=83.2kPa＜104kPa，滿足要求。

5 結束語

施工方案的優劣對項目成本的影響至關重要，方案的優劣除了保證技術安全可行外，還要綜合考慮經濟性、工期要求等，因此，在確定方案前根據實地情況進行多方案的比選非常重要，只有通過方案比選，才能得到技術上安全可靠，成本上經濟合理的施工方案。

[1]交通部.JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]建設部.JGJ 79-2012,建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]浙江省交通規劃設計研究院.浙江省臺州灣大橋及接線工程第TS10合同段施工圖設計.浙江：浙江省交通規劃設計研究院，2014.

[4]北京邁達斯技術有限公司.MIDAS/GTS理論分析手冊[S].北京：北京邁達斯技術有限公司，2001.