鋼結構雨棚立柱基礎與筏基處理

楊宏星

(寧杭鐵路有限責任公司，浙江杭州 310007)

1 概述

湖州南站是寧杭客運專線全線九個站中唯一的一個地級站,設正線2條,15 m寬基本站臺一座,到發線4條,對應島式站臺2座。在湖州南站南側和北側分別預留商阜杭客運專線和湖蘇滬城際鐵路按方向別合場引入車站,其上下行場分別設于寧杭場的東西兩側,均設有3條到發線(其中1條為正線,1條和寧杭場共用)。所有正線、到發線均按無砟軌道鋪設。站房建筑規模19 920 m2,地下一層、地上兩層夾一層鋼筋混凝土框架結構。候車大廳屋蓋為鋼網架、金屬屋面。無站臺柱雨棚30 800 m2,采用五柱四跨鋼結構無站臺柱平面布置,中間柱設在正線與到發線之間。

2 路基處理形式

湖州車站地處于湖積平原區,地勢低洼,水塘、河溝密布,為內澇區。地層從上到下依次為軟塑粉質黏土、淤泥、淤泥質粉質黏土、硬塑粉質黏土等,下伏基巖為凝灰巖,其中淤泥層厚度10～20 m。正線、站線路基均采用管樁加筏板處理,φ50管樁1 400 mm×2 400 mm布置,上設50 cm厚C30鋼筋混凝土筏板,筏板上鋪一層1.2 m厚A、B組滲水土,然后是級配碎石及無砟軌道,筏板頂部高程-4.3 m左右,距軌面最大高差不超過3 m。寧杭正線路基管樁及筏板已于2010年一季度施工完成。

3 無柱雨棚基礎

2010年6月底鐵道部對寧杭客運專線全線站房下達了鑒定修改設計批復,明確了各站里程、規模、站型及建筑結構形式,確定湖州南站雨棚采用五柱四跨無站臺柱設置。設計雨棚基礎樁基采用φ600鉆孔灌注樁,樁長25～30 m不等,要求樁端全斷面進入持力層不小于1.2 m,其中C、D軸采用三樁承臺,樁頂高程-6.4 m,承臺頂高程-5.2 m,三角形承臺邊長3 000 mm、高1 500 mm,位于寧杭正線與到發線之間。

4 存在問題

寧杭正線路基處理工程已在2010年3月完成,如按設計施工,必須先把鋼筋混凝土筏板破除,然后按照筏板下管樁分布情況,重新布置鉆孔樁位置。如按此方案施工,將破除站臺雨棚范圍內已完成路基筏板的三分之一,預計施工時間不少于三個月,給設計、施工及工程進度帶來巨大影響。由于湖州南站場的特殊地質情況(地下水位高、淤泥層厚等),筏板破除后在鉆孔灌注樁施工過程中極易發生筏板下水土流失，造成筏板底部鏤空現象,對路基整體穩定、無砟軌道沉降產生不利影響,給以后的高速列車運營埋下巨大的安全隱患。

5 處理方式探討

為確保工程進度、質量,公司多次召集線路設計院、房建設計院,路基施工單位、站房施工單位以及監理單位的專家討論雨棚基礎與路基筏板處理方法。雨棚為多跨框架結構,跨度11.5 m和21.7 m,柱底反力不大,經過多輪論證確定施工方案如下：

上部C、D軸雨棚基礎直接落在筏板上,為減少鋼柱對筏板的影響以及降低基礎高度,通過計算和比較將落在筏板上的鋼柱柱腳做成鉸接。新建基礎與原有路基筏板采用植筋連接并澆筑為一體。

落在筏板上的柱基礎按獨立基礎設計,基礎承臺尺寸盡量狹長以減少基礎侵入軌道部分的寬度,加長順軌道方向的長度,減小對正線基床結構的影響,并保證基礎能落在2～3排管樁之上。基礎采用C35強度混凝土,新老混凝土結合面采用化學植筋法施工。

對原筏板面混凝土存在的缺陷清理至密實部位,并將表面鑿成鋸齒形溝槽,溝槽深度不小于15 mm,間距不大于100 mm,同時除去浮渣、塵土并清洗干凈,澆筑混凝土前用界面劑進行處理。

施工完畢后應加強對混凝土的養護,養護期間要保持濕潤,冬季施工要注意保溫。

植筋前應采用儀器或其他可靠方法探明筏板中的鋼筋位置,鉆孔應采用專用工具,孔洞要清理干凈,再用丙酮擦拭孔道,并保持孔道干燥,不得用水鉆打孔。對于廢孔應用化學錨固膠或高強度等級的樹脂水泥砂漿填實。

化學植筋置入錨孔后,在固化完成前,應按照廠家提供的養生條件進行固化養生,固化期間禁止擾動。植筋的抗拔承載力現場檢驗采用隨機抽樣非破壞性檢驗,檢驗數量不少于3根,檢驗荷載為30 kN。

6 結構計算及驗算

雨棚空間模型及坐標如圖1所示。

圖1 雨棚空間模型及坐標

雨棚反力計算簡圖如圖2所示。

圖2 計算簡圖(圓表示支座,數字為節點號)

本反力為上部結構反力,反力作用點為筏板頂部。坐標及反力方向見圖3。

注：坐標系為沿軌道方向自南向北為X正方向,垂直軌道由東向西為Y正方向,垂直地面由下向上為Z正方向。

鋼結構柱腳采用鉸接形式后,避免了對筏板不利彎矩的產生,筏板頂部僅三方向受力,而且有效的降低了承臺高度,確保立柱基礎不凸出路基表面并不影響路基排水。雨棚基礎設置對筏板結構安全性影響：由于管樁已實施,基礎下管樁位置不易確定,評價安全影響時應按最不利組合考慮。按目前基礎設計方案,基礎尺寸3.0 m×4.8 m對應雨棚柱荷載400～830 kN，基礎尺寸2.5 m×4.0 m對應雨棚柱荷載<400 kN。路基加固承載力檢算時管樁單樁承載力設計值按不小1 000 kN考慮,雨棚承臺及筏板下管樁承載力滿足要求。

7 雨棚基礎實施后相關路基處理

為保證基床剛度均勻性,雨棚基礎設置范圍正線路基基床表層采用摻5%水泥級配碎石填筑；基床底層上部1.0 m換填級配碎石,內夾鋪三層雙向土工格柵,土工格柵抗拉強度不小于100 kN/m,延伸率<10%。由于填料差別,雨棚設置范圍兩端路基結構按過渡段進行順接,坡率1∶5。

由于雨棚基礎實施時將造成已填好的路基開挖重填,實施過程中應做好臨時排水、防護及支護措施,避免影響路基整體質量。重填部分與原路基部分應采用臺階搭接,并應加強過程控制和質量檢驗,保證路基壓實質量和均勻性。

無柱雨棚基礎荷載將使樁筏基礎產生一定的變形,應在無柱雨棚主體工程施工完成、荷載及結構變形穩定后,再進行軌道結構的精調和鎖定。

由于商阜杭及湖蘇滬引入及站線有砟改無砟,其他正線及到發線路基處理也將采用樁筏結構的處理措施,此范圍內雨棚基礎仍采用鉆孔灌注樁基礎,且在路基處理時同步實施,筏板與雨棚基礎之間設沉降縫,中間填塞瀝青麻筋。整體雨棚采用剛接與鉸接相結合形式,保證了雨棚的剛度和穩定性。

8 結束語

湖州南無站臺柱雨棚基礎采用了與路基筏板相結合、雨棚柱剛接與鉸接相結合的方式,有效降低了承臺高度,不僅解決了本工程中的施工難點、保證了路基填筑質量,大大加快了工程實施進度,并且在節約工程成本,美化工程形象上取得了一定的效果,值得在以后的工程中借鑒。

[1]GB50007—2002 建筑地基基礎設計規范[S]

[2]JGJ145—2004 混凝土結構后錨固技術規程[S]

[3]GB50010—2002 混凝土結構設計規范[S]

[4]TGJ79—2002 建設地基處理技術規范[S]

[5]JGJ94—2008 建筑樁基技術規范[S]

[6]GB50017—2003 鋼結構設計規范[S]