開蘭特大橋臨時支架地基處理方案優選

李青，葉朝良，趙任龍

(石家莊鐵道大學土木工程學院，河北石家莊050043)

開蘭特大橋臨時支架地基處理方案優選

李青，葉朝良，趙任龍

(石家莊鐵道大學土木工程學院，河北石家莊050043)

鄭州至徐州客運專線開蘭特大橋采用臨時支架進行現澆梁體的施工。梁體自重較大，天然地基承載力低，無法滿足承載力及變形控制要求。因此，現澆梁臨時支架的地基處理對確保橋梁線形控制和施工安全至關重要。本文結合開蘭特大橋臨時支架地基處理工程實例，從適用性、承載力、沉降控制、工程造價等多方面對高壓旋噴樁、CFG樁、柱錘沖擴樁和灰土墊層4種地基處理方案進行比選，最終選取高壓旋噴樁復合地基處理方法為最優方案。

臨時支架 地基處理 方案優選 高壓旋噴樁

臨時支架法現澆預應力混凝土連續箱梁在橋梁工程中是一種較為常見的施工方法，最近幾年，隨著公路、鐵路交通基礎設施建設的高速發展，采用臨時支架法進行橋梁施工也越來越普遍［1］。臨時支架的地基處理方法繁多，同一工程會有很多適宜的處理方法。目前，對于臨時支架地基處理方法的研究較少［2-6］。地基處理方案優選對工程質量、工期及成本控制有著極其重要的作用。地基處理方案的恰當與否，關系到整個工程的安全、質量、投資和進度，其重要性已愈來愈多地被人們所認識［7］。通常地基處理方案優選是以經濟為單目標優化準則做出的，由于地基的特殊復雜性，其方案的確定應將地質條件、施工條件、環境條件及工程經濟條件等綜合考慮［8］。

鄭州至徐州客專開蘭特大橋采用臨時支架進行施工。臨時支架地基處理對橋梁施工及其線形控制極其重要，嚴格控制地基沉降的同時還應保證地基處理方案的技術可靠性和經濟合理性。

1 工程概況

鄭徐客專開蘭特大橋位于開封至蘭考段內，橋址范圍內地勢較為平坦。為了縮短工期，采用臨時支架進行梁體現澆施工。臨時支架剖面如圖1。梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。箱梁頂寬13.4 m，底寬7.0 m，高5.20～9.20 m。梁體截面面積大，自重大。天然地基承載力低，地下水埋深較淺，在梁體荷載作用下變形大，無法滿足承載力及變形控制要求。

圖1 開蘭特大橋臨時支架剖面(單位:cm)

臨時支架采用鋼筋混凝土矩形基礎，寬度為18.8 m，長度根據不同梁高和分段梁體重量分別采用6，8，10 m 3種。基礎埋深0.3 m，基底均布壓力為160 kPa。地基土層多由粉土、粉質黏土，細砂組成，各土層名稱、物理力學性質指標見表1。

表1 土層物理力學性質指標參數

2 地基處理方案比選

根據工程情況及地質特征初步提出4種地基處理方案:①高壓旋噴樁復合地基;②CFG樁復合地基;③灰土墊層;④柱錘沖擴樁復合地基。為了保證高壓旋噴樁法、CFG樁法和柱錘沖擴樁法各方案的可比性，其初步設計參數(樁長12，16，20 m;樁徑600 mm;樁間距1.8 m;樁布置成三角形式)完全相同。

灰土墊層寬度的確定，除應滿足壓力擴散的要求外，還應考慮側面土的強度條件。墊層頂面每邊超出基礎底邊應大于z tanθ，且不得小于300 mm，如圖2所示。

圖2 墊層寬度取值示意(單位:mm)

2.1 適用性比較

高壓旋噴樁復合地基對淤泥、淤泥質土、粉土、流塑或軟塑黏性土、砂土、黃土、碎石土、素填土和人工填土都有良好的處理效果。具有設計方法簡單靈活、施工機具簡單、施工速度快、以及施工中基本不產生環境污染等優點。CFG樁復合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和正常固結的素填土等地基。具有施工速度快、工期短、質量易于控制且工程造價低等優點。灰土墊層適用于處理各類淺層(3 m以內較為經濟合理)軟弱地基。對于大面積換填處理，一般需采用大型機械設備;地基土體地下水位高時，需要采取降水措施。施工土方量大、棄土多，工程費用增高，工期拖長，對環境的影響增大。柱錘沖擴樁復合地基對地下水位以下的飽和土層沖孔時塌孔嚴重，有時甚至無法成孔，成樁過程中地面隆起嚴重，樁底和樁間土擠密效果不明顯，樁身質量較難保證［9］。

本工程中，臨時支架地基土體處理深度范圍內多為粉土、黏性土、砂土，且地下水埋深較淺，距地面1 m左右。根據工程情況及地質特征，初步擬定高壓旋噴樁法、CFG樁法、灰土墊層法3種方案。

2.2 地基承載力對比

復合地基承載力的確定有2種方法［10］。

1)樁土應力法

式中:m為面積置換率;fs為天然地基承載力;n為樁土應力比。

2)規范法

式中:qpk為樁側阻力標準值;qsik為樁端端阻力標準值; up為樁身周長;li為第i層巖土厚度。

式中:η為樁身強度折減系數;fcu為樁體材料抗壓強度。

根據上述計算方法，高壓旋噴樁復合地基承載力為208.6 kPa，CFG樁復合地基承載力為324.7 kPa，均滿足基底承載力要求。通過壓力擴散原理計算地基土體各分層處土體總應力，計算結果顯示加固區和下臥層承載力也均滿足要求。

灰土墊層厚0.5，1.0和2.0 m時，墊層底部不滿足承載力要求。厚度為3，4和5 m時，墊層底部滿足承載力要求。

2.3 沉降控制

處理后地基沉降量S由兩部分組成，加固區土層壓縮量S1和下臥層沉降量S2。

1)加固區土層壓縮量S1

將加固區按天然地基土層進行分層，分別計算各層復合土體的壓縮量，按式(5)求得加固土層壓縮量。

式中:Pzi為第i層復合土層頂面的附加應力值;Espi為第i層復合土層的壓縮模量。

復合土層的壓縮模量Esp等于天然地基壓縮模量Es的ζ倍，ζ值可按下式確定

式中:fak為基底下天然地基承載力特征值;fspk為復合地基承載力特征值。

2)下臥土層沉降量S2用應力面積法進行計算。

采用高壓旋噴樁和CFG樁處理后，地基沉降計算量對比如圖3。采用3.0，4.0，5.0 m灰土墊層處理后，地基沉降量如圖4所示。

圖3 高壓旋噴樁、CFG樁法地基沉降量

圖4 灰土墊層法地基沉降量

從圖3可看出，增加樁長可明顯減小地基沉降量，但樁長由16 m變為20 m時，對地基沉降量的影響不大。樁長、樁徑、樁間距相同時，CFG樁法處理后地基沉降量比高壓旋噴樁法處理后的地基沉降量小，沉降控制效果更好。由圖4可知，灰土墊層法地基沉降量較大，沉降控制效果不明顯，在此不予采用。

2.4 工程造價方面

CFG樁法沉降控制效果優于高壓旋噴樁法，但是CFG樁造價明顯高于高壓旋噴樁。對于樁徑為600 mm的樁體，高壓旋噴樁造價大約80～130元/m，CFG樁造價大約為120～250元/m。對于灰土墊層，墊層挖方量及填方量均較大，工程造價相對較高，不經濟。

3 方案優選結果分析

1)通過適用性分析，初步擬定高壓旋噴樁法、CFG樁法、灰土墊層法3種方案。

2)承載力驗算表明:高壓旋噴樁法、CFG樁法均滿足承載力要求?；彝翂|層厚度＞3 m時，地基滿足承載力要求。

3)通過沉降控制比選:墊層法沉降控制效果不明顯，在此不予采用;CFG樁法和高壓旋噴樁法均可滿足沉降控制要求，而且CFG樁法的沉降控制效果略優于高壓旋噴樁法。

4)高壓旋噴樁復合地基處理方法造價明顯低于CFG樁法及灰土墊層法。

最終選取高壓旋噴樁復合地基處理方法為最優方案。其不但滿足工程對承載力和沉降控制的要求，而且施工簡單，工程造價相對較低。

4 結語

結合鄭徐客專開蘭特大橋臨時支架地基處理工程實例，對高壓旋噴樁、CFG樁、柱錘沖擴樁和灰土墊層4種地基處理方案，從適用性及技術可靠性、承載力、沉降控制效果、工程造價等方面進行了比選，最終選取高壓旋噴樁復合地基處理方法為最優方案。不但滿足工程對承載力和沉降控制的要求，而且施工簡單，工程造價相對較低。

［1］劉東海，楊健，方軍．復雜地形條件下滿堂支架法現澆箱梁的應用［J］．橋隧工程，2013(11):362-365．

［2］邱福平，呂忠明，夏來福．關于淺水、軟地基現澆箱梁滿堂支架地基處理施工工法的研究［J］．交通科技，2010(增2):26-28．

［3］劉永利．滿堂支架地基處理［J］．民營科技，2008(12):170-171．

［4］王鳳龍，張靜．滿堂支架法現澆箱梁地基處理工藝淺析［J］．重慶建筑，2012，11(7):41-43．

［5］武雪艷．現澆箱梁橋施工支架的地基處理研究［J］．北京水務，2014(1):42-45．

［6］符強，李延強．ANSYS在貝雷梁施工支架檢算及變形量預測中的應用研究［J］．鐵道建筑，2012(6):30-33．

［7］田微微，李洪濤．地基處理方案的模糊相似優選［J］．科學技術與工程，2009，9(16):4698-4702．

［8］張軒，呂培?。媚：嗨苾炏缺葲Q策法確定深基坑支護方案［J］．遼寧工學院學報，1999，19(5):49-52．

［9］盧信雅．復合地基悖論——深攪樁樁體作用及實體基礎設計方法［C］//全國巖土與工程學術大會論文集．北京:人民交通出版社，2003:877-881．

［10］中華人民共和國建設部．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．

［11］中華人民共和國建設部．GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2011．

(責任審編趙其文)

TU472

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．09

1003-1995(2015)04-0031-03

2014-05-15;

2015-01-09

李青(1988—)，女，河北石家莊人，碩士研究生。