沿海淤積地區鐵路箱梁場制存梁臺位基礎設計及施工

張才剛

（中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東兗州272100）

1 工程概況

中鐵十四局集團有限公司軍馬站制梁場設在滄州市滄縣李天木回族自治鄉軍馬站村南側，主要承擔石港城際鐵路站前五標范圍內848孔箱梁的預制、架設施工。

梁場設置梁區、存梁區、混凝土拌和站、鋼筋加工區、辦公生活區、裝梁區共6個功能區。設置制梁臺位13個，存梁臺位169個（雙層存梁），最大存梁能力338孔。箱梁采用中鐵咨詢設計圖紙[2]，圖號：通橋（2016）2229-Ⅰ，箱梁頂面寬度12.2 m，底面寬度5.3 m，高度2.628 m，重7 148 kN（714.8 t）。

梁場屬暖溫帶半濕潤大陸季風氣候，四季分明，溫度適中。春旱、夏澇、秋爽、冬干已成規律。常年降水量在550～700 mm，土壤最大凍結深度為0.70 m。

2 樁基設計參數

進場后，邀請地勘單位對梁場進行地質勘察，并出具勘察報告[1]。具體樁基設計參數見表1。

表1 樁基設計參數一覽表

3 制梁臺位基礎設計及施工

制梁臺座是預制箱梁的重要結構設施，制梁臺座要求其地基不能產生大于2 mm的工后沉降，以此來確保預制箱梁的施工質量。箱梁預初張后箱梁起拱，重量集中在臺位兩端，根據地勘情況來看，原裝地基不能滿足承載力要求，臺位地基須做加固處理以滿足其承載力。加固方式有CFG樁基、混凝土預應力管樁、鉆孔樁處理等方式，通過承載力計算、工程造價等多方面比選，選擇一種合適的施工方案。

荷載取值：32 m箱梁重7 148 kN；模板重量450 kN；基礎混凝土975 kN；其他荷載160 kN。

3.1 CFG樁

制梁臺位基礎采用樁基加板筏型基礎，臺位采用φ50 cm的CFG樁進行處理。CFG樁是一種低強度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，并可將荷載傳遞到深層地基中，具有較好的技術性能和經濟效果。一般用于處理黏性土、粉土、沙土和樁端具有相對硬土層、承載力標準值不低于70 kPa的淤泥質土、非欠固結人工填土等地基。在箱梁基礎兩端各3 m范圍內各設置12根樁基，間距1.2 m，中間部位設置24根樁基，間距3 m，每個臺位共設48根樁基，樁長25 m，樁身采用C20混凝土灌注。

臺位基礎為C30鋼筋混凝土板筏形基礎，樁基礎深入整體基礎10 cm，在基礎底，柱樁周圍設置厚100 cm的級配碎石褥墊層，控制基礎的不均勻沉降；基礎上部設3道地基梁，鋼底模鋪在地基梁上。

由GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》[2]5.2.2條，基礎底面的壓力可由式（1）確定：

式中，Pk為基礎地面壓力，kPa；Fk為荷載效應標準組合下，作用于承臺頂面的豎向力，kN；Gk為樁基承臺和承臺上土自重標準值，kN；A為基礎受力面積，m2。

代入數據得：Pk=223.92 kPa。

單樁承載力的確定：

計算依據：JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》[4]中公式5.3.3-1和地質勘探報告：

式中，Quk為混凝土預制樁單樁豎向承載力標準值，kN；μ為樁身周長，本項目μ=1.57 m；qsik為用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第i層土的極限側阻力；li為樁周第i層土的厚度（樁長總長為25 m），其中：

第1土層為素填土層，不計摩阻力，土層厚度L1=0.54 m；

第2土層為粉質黏土層，極限側阻力標準值qsik=13 kPa，平均土層厚度L2=0.49 m；

第3土層為粉土夾粉砂層，極限側阻力標準值qsik=12 kPa，平均土層厚度L3=1.43 m；

第4土層為淤泥質黏土，極限側阻力標準值qsik=9 kPa，平均土層厚度L4=5.31 m；

第5土層為粉土夾粉砂，極限側阻力標準值qsik=12kPa，平均土層厚度L5=6.26 m；

第6土層為粉砂夾粉土，極限側阻力標準值qsik=15kPa，平均土層厚度L6=6.36 m；

第7土層為粉砂，極限側阻力標準值qsik=21kPa，鉆入土層厚度L7=1.61 m。

α為樁端阻力修正系數，取0.85；psk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值，計算得1 500 kPa；Ap為樁端面積，0.196 m2。代入數據得：Quk=727.14 kN。

根據JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》[4]，樁體豎向承載力特征值按式（3）計算：

式中，K為安全系數，本項目取K=2。

代入數據得Ra=363.57 kN。

復合地基承載力fck根據JGJ 79—2012《建筑地基處理規范》中公式7.1.5-2計算：

式中，m為面積置換率，計算得0.121；Ra為樁體豎向承載力特征值，kN；λ為樁體破壞時的樁尖土強度發揮度，λ=0.8；fsk為天然地基土承載力標準值，kN。

代入數據得：fck=287.7 kPa＞Pk=223.92 kPa，滿足要求。

3.2 混凝土預應力管樁

制梁臺位基礎采用樁基加板筏型基礎，臺位采用φ50 cm的混凝土預應力管樁進行處理，預應力管樁一般為采用先張法工藝[4]制作的預應力高強混凝土管樁（PHC樁）和預應力混凝土管樁（PC樁），主要用柴油錘擊打或靜力壓樁兩種方式壓入地面，以增強地基承載力。因箱梁張拉后梁的中部有向上起拱，箱梁兩端受力較大，在兩端各3 m范圍內各設置9根樁基，間距3 m，中間部位設置27根樁基間距3 m，每個臺位共設45根樁基，樁長25 m。

單樁承載力的確定同樣采用式（2），與CFG樁不同的是，混凝土預應力管樁的樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值psk=1 900 kPa，代入數據得：Quk=1 064.5 kN，Ra=532.25 kN。

復合地基承載力采用式（4）計算，其中，面積置換率m計算得0.09，則代入數據計算得：復合地基承載力fck=309.92 kPa＞Pk=223.92 kPa，滿足要求。

3.3 旋挖鉆孔樁

制梁臺位基礎采用樁基加板筏型基礎，臺位采用φ150 cm的旋挖鉆孔樁樁進行處理，旋挖鉆孔樁屬于橋梁施工中一種常用方式，一般適用于粉土、砂土、黏土、回填土及含有部分卵石、碎石的地層，采用旋挖鉆機成孔，灌注鋼筋混凝土成型，用以加強地基承載力。

本項目中，因箱梁張拉后梁的中部有向上起拱，箱梁兩端受力較大，在兩端各3 m范圍內各設置2根樁基，間距3 m，中間部位設置6根樁基間距6 m，每個臺位共設10根樁基，樁長30 m，樁身采用C25鋼筋混凝土灌注。

計算單樁承載力時，依據地質勘探報告按式（2）計算，其中，μ=4.713 m；樁長總長為30 m；樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值為1 500 kPa；樁端面積Ap=1.77 m2，代入數據得：Quk=5 562.104 kN。

樁體豎向承載力特征值Ra按式（3）計算，代入數據得：Ra=2 781.052 kN。

樁頂受力Nk的計算：

對于樁數少于4根的摩擦型樁和端承樁，不考慮承臺效應，則：

式中，Fk為荷載效應標準組合下，作用于承臺頂面的豎向力，kN；n為樁基中的樁數。

代入數據得：樁頂受力Nk=2 183.25 kN＜Ra=2 781.052 kN，滿足要求。

4 存梁臺位基礎設計及施工

荷載取值：雙層32 m箱梁重14 296 kN；基礎混凝土1 086 kN。

4.1 CFG樁

32 m箱梁雙層存梁臺座：存梁臺座按雙層存梁設計，每個存梁臺座采用30根直徑為50 cm的CFG樁，每端15根，樁長30 m。

根據式（1）代入數據得：Pk=355 kPa。

單樁承載力根據式（2）計算求得，其中，樁身周長μ=1.57 m；樁長總長為30 m；樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值為1 500 kPa；樁端面積Ap=0.196 m2。代入數據得：Quk=891.99 kN。

根據式（3）計算得：Ra=445.99 kN。

根據式（4）計算得復合地基承載力fspk=371.668 kPa＞Pk=355 kPa，滿足要求。

4.2 混凝土預應力管樁

32 m箱梁雙層存梁臺座：存梁臺座按雙層存梁設計，每個存梁臺座采用24根直徑為50 cm的預應力樁，每端12根，樁長30 m。

樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值psk=1 900 kPa；樁端面積Ap=0.196 m2；樁身周長μ=1.57 m；樁長總長為30 m；面積置換率m＝0.109。

則：Quk=1 261.15 kN；

根據式（3）代入數據得：Ra=630.57 kN。

復合地基承載力fck=414.82 kPa＞Pk=355 kPa，滿足要求。

4.3 鉆孔樁

32 m箱梁雙層存梁臺座：存梁臺座按雙層存梁設計，每個存梁臺座采用6根直徑為150 cm的旋挖鉆孔樁，每端3根，樁長30 m，樁身周長μ=4.713 m，樁長總長為30 m，樁端阻力修正系數α=0.86，樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值=1 500 kPa，樁端面積Ap=1.77 m2。

將數據代入式（2），得：Quk=5 5 62.104 kN。

根據式（3），得：Ra=2 781.052 kN。

樁頂受力對于樁數少于4根的摩擦型樁和端承樁，不考慮承臺效應，

則：Nk=Fk/n=2 563.5 kN＜Ra=2 781.052 kN，滿足要求。

5 經濟比選

通過承載力計算可以看出：3種基礎處理方式均能滿足地基承載力的要求，為節約成本，再進行經濟比選每個臺位的造價對比見表2。

表2 1個臺位造價對比表

經過比選，采用CFG樁基加固的方式不僅能滿足基礎承載力要求，并且造價較低，施工便捷，所以，本項目梁場選用CFG樁基進行地基加固處理。

6 沉降觀測

施工后，對所有制存梁臺位使用后進行沉降觀測，數據詳見表3，制存梁臺座沉降數值符合規范要求。

表3 制存梁臺位沉降觀測表（每區取1組數據）

7 結語

高鐵梁場的預制臺座及存梁臺座的設計和施工是穩定生產高鐵箱梁的前提，通過不同方案的比對，從技術上和經濟效益上尋找平衡點，存制梁臺座施工完成后，經過梁場幾個月來的使用情況看，此次設計和施工達到了最初設計的目的和效果，也系統地總結和探討了沿海淤積地區鐵路箱梁場的可行性，控制了施工成本，也為沿海沖積、淤積地區等地質情況較差的地區同類型施工提供了經驗。