海濱軟土地區龍門吊地基設計施工技術研究

收稿日期：2024-02-27

作者簡介：黃賡宇（1990—），男，本科，工程師，從事項目管理及施工生產管理工作。

摘要 文章旨在研究海濱軟土地區龍門吊地基設計施工技術，以滿足該地區復雜土壤條件下的建筑需求。通過對該地區土壤特性、地質條件以及龍門吊的適用性進行分析，提出了一套可行的設計施工方案。研究表明，在海濱軟土地區，龍門吊地基技術具有較好的適應性，能夠有效應對土壤沉降、地基穩定性等問題。通過課題的研究，有力保障了沿海軟土區項目的建設。

關鍵詞 市政橋梁；海濱軟土地區；龍門吊；地基技術；土壤特性

中圖分類號 TU753.66文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0054-04

0 引言

海濱軟土地區對建筑工程的基礎設計和施工要求較高。龍門吊的使用在我國沿海地區橋梁的修建中是比較常見的，但由于地質條件較差，而龍門吊基礎承載力和沉降要求相對較高，因此龍門吊基礎的施工變得復雜且重要。這類項目的建設場地條件有限，建設組織機構繁雜。龍門吊作為一種廣泛應用于建設工程領域的吊裝設備，其在軟土地區的適應性成為研究的焦點之一。該文旨在通過對海濱軟土地區龍門吊地基設計施工技術的研究，為該地區的建設工程施工提供可行的解決方案。

1 海濱軟土地區土壤特性分析

1.1 土壤類型

海濱軟土地區常見的土壤類型包括黏性土、沙質土等，以易沉降為特點，挑戰地基穩定性。

1.2 地質條件

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點[1]。

2 龍門吊地基設計原理

2.1 地基承載力計算

目前，有很多求解地基極限承載力的理論計算公式。但歸納起來，求解方法主要有兩種。一種是根據土體的極限平衡理論，計算土中各點達到極限平衡時的應力和滑動面方向，并建立微分方程，根據邊界條件求出地基達到極限平衡時各點的精確解。采用這種方法求解時在數學上遇到的困難太大，目前尚無嚴格的一般解析解，僅能對某些邊界條件比較簡單的情況求解[2]。

2.2 地基沉降控制

采用合適的地基處理技術，減小土壤沉降的影響，確保建筑結構的穩定。

3 龍門吊地基施工技術

3.1 基坑開挖

據設計要求，合理設置基坑尺寸，避免過大或過小造成地基不穩定。

3.2 地基處理

采用合適的地基處理技術，如灌漿加固、攪拌樁等，提高軟土地區地基的承載能力。

3.3 吊裝操作

合理安排龍門吊的吊裝位置和操作過程，確保施工安全，減小對地基的振動影響。

4 案例分析

通過對海濱軟土地區建設工程的實際案例分析，驗證龍門吊地基設計施工技術的可行性和有效性。

4.1 工程概況

新典路功能定位為服務于客運交通，規劃紅線寬度為28.5～66 m，雙向6車道規模，設計車速為50 km/h，兼具交通和景觀功能的城市主干道。輔路設計等級為設計時速30 km的城市支路。工程西起鄞奉路，東至廣德湖路，工程范圍包括新典橋及接坡段以及鄞奉路交叉口以西的新典路改造段，路線全長865.099 m，道路段長度為421.999 m，橋梁段總長443.1 m。

4.1.1 建設條件

擬建場區分布有新統（Q4）地層、上更新統（Q3）地層、中更新統（Q2）地層和上白堊系（K2）基巖，根據土層的沉積年代、沉積環境、巖性特征和物理力學性質等，結合野外勘探結果，將沉積年代相同的地層劃分為同一工程地質土層，根據土層的沉積年代、巖性特征、在同一工程地質層中，作為同一工程地質亞層的巖性、結構、構造特征和物理力學性質基本相似的地層。

4.1.2 龍門吊軌道基礎設計

為滿足龍門吊基礎承載力和沉降要求，該項目采用PHC預應力管樁（龍門吊裝配區采用Φ630 mm*10鋼管），橫橋至樁中心間距1.5 m，順橋至樁中心間距4.5 m，龍門吊基礎梁下布置PHC預應力管樁，直徑400 mm。雙拼I25b工字鋼2.5 m設置于樁頂橫橋，雙拼I45b工字鋼鋪設于順橋，限位固定采用壓板，每隔1.5 m設置順橋至I45b工字鋼之間[36b作為橫向連接。其上布設43 kg/m重軌。

4.2 龍門吊軌道基礎設計驗算

4.2.1 計算方法介紹

該方案使用Midas Civil 2019建立計算模型，其中軌道上施加龍門吊等效移動荷載，橫向、縱向雙拼I45b梁和軌道自重等效為均布荷載。其中縱梁與橫梁之間的連接使用彈性連接中的剛性連接，考慮龍門吊吊裝荷載，龍門吊的2個大車運行機構所受的最大荷載為Fmax，見下式：

根據附件龍門吊大車設計圖，龍門吊單側為雙軌道，可知單根軌道上每個小輪所受的移動荷載Fi，見下式：

由于軌道對稱，單側為雙軌道，因此選取單側軌道的1/2模型計算，如圖1所示。

圖1 Midas Civil龍門吊軌道計算模型

在結果荷載組合中考慮恒荷載取1.2的組合系數，等效移動荷載考慮沖擊的影響取1.4的組合系數，得到荷載基本效應組合Sd，見式（1）。

Sd=1.2×Sqi+1.4×SFi （1）

4.2.2 縱向軌道梁受力計算

縱向軌道梁（2I45b）最大應力為σ=36.83 MPa

215 MPa。縱向軌道梁（2I45b）應力計算結果如圖2所示。

縱向軌道梁（2I45b）最大變形量為ΔZ=1.9 mm<

L/400=4 500/400=11.25 mm。縱向軌道梁（2I45b）位移計算結果如圖3所示。

綜上，縱向軌道梁（2I45b）應力和變形均滿足要求。

4.2.3 樁頂承受壓力計算

上述邁達斯計算結果表明：在軌道端部的樁受力最大，Sd=703 kN，γ0取1，得到γ0Sd=703 kN。

4.2.4 PHC管樁設計

該文以端部樁為例計算。根據《建筑樁基技術規范》5.2.2及5.2.3，得式（2）：

（2）

式中，Ra——單樁豎向承載力特征值；Quk——單樁豎向極限承載力標準值；K——安全系數，取K=2。

（1）側阻計算。側阻計算結果，如表1所示。

表1 側阻計算

序號 地層名稱 地層厚度/

m 極限側阻力

qsik/kPa 該層側阻/

kN

1 填土 1.95 24 58.81

2 黏性土 1.5 24 45.24

3 黏性土 3.6 12 54.29

4 黏性土 0.8 22 22.12

5 黏性土 4.3 16 86.46

6 黏性土 2.7 23 78.04

7 黏性土 8 44 442.34

8 黏性土 4.9 40 246.3

9 黏性土 8.65 35 380.45

10 合計 — — 1 414.031

得到：側阻Qsk=1 414.03 kN。

計算得出軌道端部樁頂受到的壓力為γ0Sd=703 kN＜Ra=707.02 kN。因此軌道端部PHC管樁長度取36.5 m，樁身側阻力滿足承載要求[3]。

（2）受壓樁樁身承載力。根據《樁基規范》5.8.2條～5.8.4條，得式（3）：

（3）

式中，穩定系數ψ=1；基樁成樁工藝系數ψc=0.75；混凝土軸心抗壓強度設計值fc=35.90 N/mm2；樁身截面面積Aps=91 028 mm2；樁身縱向鋼筋的抗壓作用折減系數ψs=0.90；縱向主筋抗壓強度設計值fy'=360.00 N/mm2；

縱向主筋截面面積As'=637 mm2；樁身受壓承載力=

2 657.37 kN。

軌道端部樁頂受到的壓力γ0Sd=703 kN＜樁身受壓承載力=2 657.37 kN。說明樁身不會被壓壞。滿足承載要求。

4.3 龍門吊軌道基礎施工

4.3.1 總體施工工藝

該工程龍門吊軌道起止樁號為K0+334.131～K0+649.131，

長度共315 m。在東岸橋軸線兩側布置。單側為雙軌道。兩側軌道中心間距為50 m。

龍門吊軌道基梁下布置有φ400 mmPHC預應力管樁（龍門吊裝配區采用Φ630 mm*10鋼管），橫橋至樁中央間距1.5 m，順橋至樁中央間距4.5 m。設計樁體長31 m，持力層為粉質黏土第9層。樁頂橫橋向設置雙拼I25b工字鋼2.4 m（樁頂I25b設2道加勁板），順橋向鋪設雙拼I45b工字鋼（加筋板按1.5 m每道設置），工字鋼之間采用[36b作為橫向連接，間距按1.5 m每道設置。其上布設43 kg/m重軌，重軌下以鋪設厚12 mm寬20 cm的墊板。

4.3.2 樁帽施工及處理

PHC管樁樁帽采用C30混凝土澆筑50 cm高，其內配置4根100 cmφ16 mm鋼筋，作為與分配梁焊接的固定預埋鋼筋。

4.3.3 分配梁施工

分配梁采用50 t履帶吊自下而上進行安裝，由于安裝過程中平面位置會有誤差，分配梁位置測設時適當前后左右移動確保分配梁位置處于設計中心線。縱向分配梁需接長時盡量將接頭位置調整在樁頂上，當接頭位置在其他位置時，要保證只能有一個接頭，接頭位置除將工字鋼翼緣板及腹板滿焊外，同時在腹板兩側上加焊龜板。分配梁與樁頂連接處全部采用預埋鋼筋焊接連接。分配梁施工中，為加強整體穩定性，施工過程及時施工縱向I45b間[36b橫向連接桿[4]。

4.3.4 軌道系統安裝

該項目考慮龍門吊在大車制動時，則產生一縱向推力；若小車制動時，又產生一橫向推力；若大、小車同時

（下轉第40頁）

（上接第56頁）

制動時，便產生一合成制動力，使軌道承受一個斜向推力。如軌道安裝成一邊普遍高于另一邊時，龍門吊就會整體移向低的一側，從而增加了軌道所承受的橫向力，而引起龍門吊運行“啃道”，容易發生碰撞而產生事故。因此，軌道頂不設縱坡。

分配梁安裝完畢后，采用50 t履帶吊進行龍門吊軌道安裝，在I45b縱向分配梁上按1 m間距鋪設鋼板，鋼板與縱向分配梁滿焊，焊縫厚度，鋼板其上鋪設43 kg/m重軌，重軌采用專用連接器進行連接。由此得出將龍門吊合理安裝并運用到橋梁工程的吊裝施工當中，有效的解決橋梁預制場的預制梁與設備材料低成本吊裝問題，使用此設備還能夠相應的縮短施工工期與運營成本，有效降低成本的投入，降低了資源能耗浪費和對環境的不良影響，保證工程的順利進行。因其固有的優勢在施工條件非常差的區域其優越性就更能夠明顯地表現出來，將龍門吊安裝大跨度鋼制箱橋梁技術應用到橋梁工程施工過程中，具有巨大的推廣價值。

5 結語

該文通過對海濱軟土地區龍門吊地基設計施工技術的研究，結合該地區實際建設工程進行案例分析，提出了一套可行的解決方案。通過地基承載力計算、地基沉降控制等措施，能夠有效應對該地區復雜土壤條件下的建設施工需求。該研究對于促進海濱軟土地區建設工程的可持續發展具有積極意義。

參考文獻

[1]趙成剛. 土力學原理[M]. 北京：清華大學出版社 北京交通大學出版社， 2004.

[2]劉玉卓. 公路工程軟基處理[M]. 北京：人民交通出版社， 2002.

[3]公路橋涵施工技術規范： JTG/T 3650—2020[S]. 北京：人民交通出版股份有限公司， 2020.

[4]鄧翔. 橋梁施工中龍門吊的安裝及運用技術研究[J]. 交通世界， 2018（15）： 92-93+95.