夯擴樁在寧夏平原高鐵梁場地基處理中的應用

王 軍 海

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

夯擴樁在寧夏平原高鐵梁場地基處理中的應用

王 軍 海

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

由于修建銀西鐵路(銀川到西安高速鐵路)需要在寧夏平原一帶設置制梁場。在場址范圍通過詳細的地質勘測，結合寧夏平原的地質特點，經計算驗證，采用夯擴樁加固地基。總結了采用夯擴樁處理制梁場地基的成功經驗，為其他類似項目提供借鑒和參考。

夯擴樁，寧夏平原，高鐵，梁場

銀西鐵路(西安到銀川高速鐵路)南起西北地區中心城市西安，向西北經陜西省咸陽市、甘肅省慶陽市、寧夏自治區吳忠市后接入寧夏回族自治區首府銀川市，線路運營長度632.76 km(西安站至銀川站)，正線長度597.96 km(茂陵站至銀川站)。銀西鐵路為寧夏第一條高鐵，也是寧夏平原第一次建設高鐵制梁場。本文所述梁場計劃建在寧夏吳忠市楊馬湖一帶。通過本梁場的成功經驗，為其他類似梁場建設提供參考。

1 寧夏平原概況

寧夏平原位于寧夏回族自治區中部黃河兩岸。北起石嘴山，南止黃土高原，東到鄂爾多斯高原，西接賀蘭山。面積1.7萬km2，滔滔黃河斜貫其間，形成了大面積的自流灌溉區。

寧夏屬中溫帶干旱、半干旱大陸性高原氣候區。本場區巖土以粉質黏土、粉土、粉砂及細砂為主，組成了多層結構的含水層。地下水主要為第四系沉積物中的孔隙水，相對隔水層為粉質黏土。地下水位很高，根據季節不同在1 m～2 m左右變化。其中側向徑流補給和大氣降水是地下水主要的補給源。

2 梁場概況

本制梁場承擔本標段7座特大橋、大橋、中橋簡支箱梁預制。制梁場擬設置在吳忠南特大橋附近，正線DK548+825處，線路左側。共計制梁606孔，其中24 m簡支箱梁51孔，32 m簡支箱梁555孔。

3 地質情況

對場地各土層原位測試修正擊數、地基土承載力及其修正系數統計見表1。

表1 承載力計算表

根據野外鉆探和原位測試結果、結合室內土工試驗成果，對各土層物理力學性質指標進行分析、綜合、剔除個別異常數據后分層統計計算。

擬建場區為抗震設防8度區，本次勘察結果表明，本場地地形地貌較簡單，巖土種類較多，持力層及主要受力層分布較連續，穩定性一般。

場區為液化場地，無巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區、地面沉降、地裂縫等其他不良地質作用。

場區內無淺埋的全新活動斷裂和發震斷裂，無需避讓。場地內無埋藏的河道、溝濱、墓穴、防空洞、孤石、溶洞等問題；根據周邊環境，地基條件無發生顯著變化的可能。

綜合上述場地環境、工程地質條件、地震穩定性評價，本場地經處理后適宜進行本梁場的建設。

4 載體夯擴樁設計及施工

4.1載體夯擴樁基礎設計

31.5 m制梁臺座端部基礎3 m范圍內采用夯擴樁處理，樁徑400 mm，設置8根，邊條基各設3根，中條基設2根。其余部分鋪設20 cm碎石墊層，原地基及碎石墊層處理后的地基壓實系數不宜小于0.94。

本工程以④層粉質黏土或⑤層中密～密實細砂層作為樁端持力層考慮，底部擴大頭直徑為600 mm，夯擴長度為1.5 m，樁端進入持力層不小于3 m；單樁豎向承載力設計值為720 kN，樁長約19 m。鋼筋籠主筋6根HRB400直徑為12 mm，螺旋筋為φ6@100/300，加勁箍12@2 000，鋼筋保護層厚度為40 mm。混凝土標號采用C25,見圖1。

4.2夯擴樁施工

1)工藝流程：施工放線→樁機就位→雙管沉管→雙管拔管(澆樁擴大頭混凝土)→利用內夯管夯擴→灌注樁身混凝土(安放鋼筋籠)→成樁。

2)施工注意事項：樁機在施工前要進行調試，就位調整垂直，使樁機護筒對準樁位。要保持護筒垂直，利用樁機的反壓裝置和錘擊使護筒進入土層中，并控制好護筒底部標高。根據地層的性質控制干硬混凝土填入量，使填入地層中的填料夯擊，形成樁端擴大頭。填夯干硬性混凝土，每次填夯2锨～5锨，共填夯0.3 m3干硬性混凝土。干硬性混凝土的標準是手握成團一捻就開。并使混凝土上標高距護筒底標高不大于5 cm。提出錘，放入鋼筋籠，檢查標高。灌注混凝土，并滿足最小灌注量。提出錘進行振搗，振搗棒要快插慢拔，振搗深度不小于2 m。單樁完整性、承載力檢測的方法可采用低應變動測和靜載荷載試驗。應避免樁機或車輛靠混凝土強度低的樁行走，并避免人為的操作失誤。

5 制梁臺座設計

5.1制梁臺座平面布置

32 m制梁臺座設10個，32 m/24 m共用制梁臺座設1個。臺座寬4.6 m，高度為0.8 m。臺座順45 t門吊軌道縱向布置，利于模板的裝拆及鋼絞線張拉操作。

5.2制梁臺座基礎形式

制梁臺座為C30鋼筋混凝土筏板，其結構為長33.2 m、寬5.2 m、高0.3 m的鋼筋混凝土結構。其主要受力鋼筋為上下兩層鋼筋網片，通過豎向聯系鋼筋構成整體式鋼筋骨架，見圖2。

5.3制梁臺座檢算

5.3.1荷載計算

1)澆筑施工階段。

條基荷載計算：依據通橋(2016)2321A-Ⅱ中梁型，分別求出梁端截面、距梁端2.4 m段截面、距梁端3.45 m段截面、距梁端4.5 m段截面，沿縱向取1 m長度求其傳遞到支點上的荷載，見圖3，表2。

表2 1 m梁段所傳遞的混凝土荷載 kN

內模支點荷載計算：

每1 m段混凝土傳遞到內模支撐點的線荷載：

梁端：q1=1.2×2.651 6×2.6+1.4×1×4.432=88.94 kN/m；

距梁端2.4 m段：q2=1.2×2.449 1×26+1.4×1×4.848=83.20 kN/m；

距梁端3.45 m段：q3=1.2×2.170 8×26+1.4×1×5.294=75.14 kN/m；

距梁端4.5 m段：q4=1.2×2.013×26+1.4×1×5.772=70.89 kN/m。

考慮模板荷載后，經計算泄水管處支腿荷載如圖4所示。

2)預張拉前階段。

澆筑梁體完畢，尚未張拉時，設計荷載均布作用于制梁臺座上。

每1 m段混凝土傳遞到制梁臺座上的線荷載：

梁端：q1=1.2×14.501 801×26=452.46 kN/m;

距梁端2.4 m段：q2=1.2×12.888 657×26=402.13 kN/m;

距梁端3.45 m段：q3=1.2×10.891 231×26=339.81 kN/m;

距梁端4.5 m段：q4=1.2×9.002 688×26=280.88 kN/m。

3)初張拉后階段。

臺座上混凝土梁張拉完畢尚未提梁時，箱梁結構自重荷載集中作用于制梁臺座兩端。

5.3.2內力計算

1)澆筑施工階段。

基床系數：樁基端部3 m范圍內的基床系數取150 000 kN/m3，基床系數分別取15 000 kN/m3，25 000 kN/m3，35 000 kN/m3進行復核。

計算結果見表3。

表3 計算結果表(一)

2)預張拉前階段。

基床系數：樁基端部3 m范圍內的基床系數取150 000 kN/m3,基床系數分別取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3進行復核。

計算結果見表4。

表4 計算結果表(二)

3)初張拉后階段。

基床系數：樁基端部3 m范圍內的基床系數取150 000 kN/m3,基床系數分別取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3進行復核。

有限元模型：為確定集中荷載在梁端產生的內力，建立有限元模型，如圖5所示。

計算結果見表5。

表5 計算結果表(三)

5.3.3地基承載力驗算

對地基進行壓實處理，并達到70 kPa。

5.3.4截面承載力驗算

1)正截面承載力復核。

箍筋按構造要求進行配筋，采用HPB300，直徑采用8 mm，間距為300 mm。

2)橫向配筋驗算。

每米寬板的線荷載：66.0×1=66.0 kN/m。

經計算，每米寬板受到的內力：M=15.2 kN·m,V=56.3 kN。

V=56.3 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 000×365=365.4 kN,橫向承載力滿足要求。

3)斜截面抗剪驗算。

依據GB 5007—2010建筑地基基礎設計規范8.4.10條，Vs=1 100.6 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 500×1 050=1 576.6 kN,斜截面抗剪滿足要求。

6 結語

根據寧夏平原的地質特點，結合銀西鐵路制梁場的要求，經過驗算，設計，完成制梁臺座的施工，經過制梁檢驗，證明采用夯擴樁地基處理，筏板式基礎完全可以滿足高鐵制梁需要。

[1] 盧玉南.夯擴沉管灌注樁在廣西的應用研究[J].廣西城鎮建設，2010(3):109-112.

[2] 王躍軍.打入式沉管夯擴樁在淤泥質土中的應用[J].施工技術,2012,41(368):58-61.

[3] 朱建良.夯擴樁的設計及工程應用體會[J].河北工程技術高等專科學校學報,2007(3):127-130.

[4] 黃 亮,劉偉濤.談高速鐵路預制梁場設備配置與管理[J].山西建筑,2014,40(17):239-241.

RammedpileinNingxiaplainhigh-speedrailwayfoundationtreatment

WangJunhai

(ChinaRailwayNo.3EngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Construction of Yin-Xi Railway (Yinchuan to Xi’an high-speed railway) needs to set up a beam fabricating yard in the plain area of Ningxia. Combined with the geological characteristics of Ningxia plain, the project can adopt ramming-reamed pile to reinforce the foundation after detailed geological survey, calculation and verification in the site range. This paper summarizes the successful experience of using rammed pile to deal with the foundation of the beam foundation, and provides reference for other similar projects.

rammed pile, Ningxia plain, high-speed railway, beam field

1009-6825(2017)32-0054-03

2017-09-03

王軍海(1978- )，男，高級工程師

TU473.1

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