減沉復合疏樁基礎在鐵路箱梁制梁臺座中的應用

歐啟君

摘 要：將減沉復合疏樁基礎引入鐵路箱梁制梁臺座設計，可充分利用軟土地區上覆硬殼層的承載能力，并控制沉降，克服常用的樁基礎造價高和筏板基礎沉降較大的缺點，同時滿足鐵路箱梁臺座的承載力和沉降要求，提高基礎剛度，方案較其它形式經濟高效。

關鍵詞：減沉復合疏樁基礎；制梁臺座；鐵路箱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.080

1 概述

鐵路箱梁制梁場選址一般要求位于水文地質條件好，土石方工程和基礎加固較少的平坦地域，然而受條件所限，個別制梁場不可避免地要設在地質條件較差的區域。對鐵路箱梁制梁臺座而言，雖為臨時工程，但對基礎的剛性要求較高，受承載力和沉降要求的雙重控制，要求在滿足承載力的前提下，整體的沉降宜不大于20mm。目前常規的鐵路箱梁制梁臺座在地基條件較差時多采用樁基礎，也有個別采用復合地基基礎的工程案例。本文結合某梁場臨時工程的設計案例，總結出了在軟土地區合理利用上覆硬殼層來滿足臺座對基礎的承載力要求，再通過疏布管樁來滿足沉降控制要求的減沉復合疏樁基礎形式，對類似的工程有參考意義。

2 工程概況

某梁場選址場區屬濱海平原地貌單元，地表層上覆粉土硬殼層，其下土層依次為淤泥質粉質黏土、粉質黏土夾粉土、粉質黏土、粉質黏土夾粉土、粉土、粉砂層。各土層的力學參數如下表1所示：

預制梁為新設計的無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁，32 m梁重約725t。

3 制梁臺座方案比選

制梁臺座設計控制工況考慮以下兩種情況：第一種工況為梁體澆筑完畢尚未張拉時，荷載基本均布于制梁臺座上；第二種工況為臺座上箱梁初張拉完畢尚未提（移）梁時，荷載較為集中于制梁臺座兩端約3.5m長度范圍內。

在本工程中初步擬定兩個方案進行比選：（1）樁梁框架式制梁臺座；（2）筏板式制梁臺座。

3.1 樁梁框架式制梁臺座設計

樁梁框架式制梁臺座結構如圖1所示。基礎采用打入預應力管樁基礎（PHC 400 AB 95型），樁頂設置三道縱梁作為底模支撐，樁與上部結構形成整體結構，兩側設置兩道條形基礎作為側模支腿支撐。

樁梁框架式結構不考慮基底土的承載貢獻，僅考慮打入樁的豎向承載力，上部荷載經底（側）模支架傳至底（側）模臺座，再傳至管樁基礎上。計算時臺座簡化為連續梁模型，參照前述的兩種控制工況分別進行截面和配筋計算。同時根據兩種控制工況下的樁基反力確定打入樁長。算得打入樁長約18m，臺座兩端中心點沉降約18mm，此方案結構整體具有較大的剛度，變形（沉降）控制較好，但工程數量相對較大，經濟性較差。

3.2 筏板式制梁臺座設計

臺座設計為筏板式，采用彈性地基板模型計算地基應力和板截面配筋。擬定的臺座形式如圖2所示：

算得第一種工況（澆筑工況）下臺座底最大地基應力，第二種工況（張拉后工況）下臺座底最大地基應力。

參照《建筑地基基礎設計規范》，基地粉土層經寬度修正后的地基承載力特征值計算如下：，地基承載力滿足要求。

下層淤泥質粉質黏土軟弱下臥層承載力校核如下：

淤泥質粉質黏土層頂面處的附加壓力值：；

軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值：；

基礎底面處土的自重壓力值：；

地基壓力擴散線與垂直線的夾角，偏安全取值： ；

以上，算得， 。

軟弱下臥層修正后的地基承載力特征值計算如下：。

，軟弱下臥層地基承載力滿足要求。

參照規范，按分層總和法計算最終變形量。

計算深度：，計算至粉質黏土夾粉土層。

變形計算深度范圍內的壓縮模量的當量值，查得沉降計算經驗系數。

算得最終變形量，沉降過大，不滿足變形控制要求。

顯然以上兩個方案中方案一有較好的承載能力和結構剛度，整體沉降變形較小，但工程造價較高，經濟性差；方案二經濟性較好，地基土承載能力基本滿足要求，但沉降過大，不滿足基礎的剛度控制要求。鑒于以上兩個方案均存在結構及經濟性上的不足，對二者進行改進，對制梁臺座采用減沉復合疏樁基礎。

4 減沉符合疏樁基礎設計

在原筏板式制梁臺座基礎下疏布管樁用于減沉，擬定的基礎布置如圖3所示。

擬定打入樁長25m，算得樁基的承載力特征值Ra=908.5kN。

參照減沉復合疏樁基礎進行計算：算得土基底壓應力，最大樁基反力，基礎的承載力滿足要求。

參照《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）公式5.6.2-1對基礎沉降s進行計算：

式中：s—樁基中心點沉降量（mm）； ss—由承臺底地基土附加壓力作用下產生的中點沉降（mm）； sp —由樁土相互作用產生的沉降（mm）。

算得最終沉降量s=19mm，滿足不大于20mm之要求。

5 結語

在軟土地區高速鐵路箱梁制梁臺座設計中采用減沉復合疏樁基礎是一次成功的嘗試，目前此基礎已應用于某在建鐵路箱梁預制場，累計使用已有半年之久，經持續的沉降觀測發現目前臺座的沉降已趨于穩定，累計的產生的沉降約為13mm，滿足規范和施工生產控制要求。此結構基礎設計可供以后的類似工程參考使用。

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