鋼筋混凝土樁網結構在客運新線中的應用

杜小素，霍少磊，胡洪軍

(1.河南省交通規劃勘察設計院，鄭州 450052;2.新疆煤田地質局，烏魯木齊 830000;3.中國中鐵電氣化局集團，北京 100036)

20世紀70年代，樁網結構地基處理技術產生于日本，主要用于對高等級道路所經軟土地基區的加固，在控制路基殘余變形方面較有優勢［1］。它主要利用形成的柔性拱區，調整樁土豎向荷載分擔比與樁土應力比，使樁—網—土形成有機整體共同承擔荷載及減小沉降的作用原理來滿足列車運營穩定與變形要求。樁網結構地基處理技術在我國具有良好的應用前景，它將補充完善我國鐵路地基處理技術系列，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，它將會以其獨特的優勢受到越來越多的青睞，在我國鐵路的客運專線建設中發揮作用［2］。

1 鋼筋混凝土樁網結構原理

鋼筋混凝土樁網結構作為樁承式路堤結構形式的一種，是通過剛性樁(鉆孔混凝土樁、預制混凝土樁等)處理地基的一種新型結構形式，其作用原理是上部填土和其他荷載通過獨立樁帽上鋪設的土工格柵墊層，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攤承受上部荷載，以便于控制路基的初始穩定和沉降，尤其是不均勻沉降［3］。多應用于路基與結構物過渡段，以獲取路基與結構物之間的平順過渡，保證線路平順;也用于道路拓寬時保證新舊線路地基不產生大的沉降差異，新線路能夠及時投入運營，達到拓寬目的。其具有施工工期短、地基側向變形小和工后沉降小等優點，可以有效解決受工期限制的路基工程的不均勻沉降問題。其具體結構形式如圖1。

圖1 鋼筋混凝土樁網結構形式

2 工程概況

客運新線XXTJVI標第八項目部部分路基范圍內基底采用樁網結構加固，樁的直徑 φ60 cm，樁帽尺寸為1.5 m×1.5 m×0.5 m;樁身混凝土設計強度等級為C15。根據《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》規定，設計要求樁網結構鋼筋混凝土樁應進行單樁靜載試驗，檢驗單樁承載力是否達到設計要求(1 250 kN)。本次試驗檢測樁數3根，試驗內容為去除樁帽后的單樁豎向承載力靜載試驗。

檢測里程范圍內土層分布主要為粉質黏土、砂土、全風化花崗巖(W4)及強風化花崗巖(W3)等巖土層。

3 試驗裝置及試驗方法

3.1 試驗裝置

本次試驗采用壓重平臺反力裝置。加載裝置為2個2 000 kN DYG200-200液壓千斤頂和一臺 YZB63-0.27-1電動油泵。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，單級荷載取預估試驗荷載量的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。每級荷載達到相對穩定后加下一級荷載。讀數時間為每級加載后，按 5、10、15、15、15、30、30…min 的時間間隔讀數，直至變形達到穩定標準或滿足終止加載條件時為止。

穩定標準:每一小時沉降不超過0.1 mm。

圖2 單樁承載力靜載試驗加載裝置示意

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，即可卸下一級荷載。

3.2.3 單樁承載力特征值的確定

據國家《建筑基樁檢測技術規程》(JGJ106—2003)之規定，當出現下列現象之一時，可終止試驗:

1)當荷載—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 24 h 尚未達到穩定;

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

4)在特殊條件下，可根據具體要求加載至樁頂總沉降量>100 mm。

5)樁底支承在堅硬巖(土)層上，樁的沉降量很小時，最大加載量不應小于設計荷載的兩倍。

單樁豎向抗壓極限承載力可按下列方法綜合分析確定:

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

2)出現終止加載條件第2款情況，取前一級荷載值;

3)對于緩變型P—S曲線可根據沉降量確定，宜取S=40 mm對應的荷載值;當樁長>40 m時，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)對應的荷載值。

4 數據整理與試驗結果

為確定單樁承載力特征值，將現場試驗數據進行處理，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

由試驗結果，3根單樁復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 結論

1)本次試驗對3根單樁進行了檢測，由試驗結果可知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計要求。

2)鋼筋混凝土樁網結構路基作為一種剛性樁基，樁的承載力由樁側摩阻力與樁端支撐力共同承擔，具有豎向沉降變形小、變形穩定時間短的突出優點，且施工質量易控制，可用于加固高速鐵路和客運專線的深厚軟弱地基。

［1］肖宏，蔣關魯，魏永幸，等.遂渝線無砟軌道樁網結構地基處理技術［J］.鐵道工程學報，2006(4):22-25.

［2］肖宏，蔣關魯，魏永幸.遂渝線無砟軌道樁網結構解析計算探討［J］.鐵道建筑，2006(11):93-95.

［3］李毅，鄧小衛，鄧明高.鋼筋混凝土樁網結構加固既有路堤施工技術［C］∥2006年中國交通土建工程學術論文集，2006:776-780.