砂质泥岩地基处理技术研究与实施.pdf

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———文章编号:10094539(2018)增2004005・科技研究・砂质泥岩地基处理技术研究与实施于华英(中铁十四局集团北京中铁房山桥梁有限公司北京102400)摘要:随着我国铁路基础设施建设规模的不断扩大,铁路桥梁的数量及比重也逐步增加,我国铁路桥梁的建造技术也不断成熟。铁路预制梁场的r,_lk化生产在铁路建设中发挥着重要作用,不但可以提高施工进度,而且能够保证施工质量,而铁路预制梁场的地基处理问题变得十分关键。本文以鲁南高铁某制梁场为依托,对鲁南地区特定地质情况进行分析研究,得出适合于该类地质情况的地基处理方案,并进行具体设计与优化,希望能为同类型梁场地基处理、建造提供一些参考意见。关键词:铁路预制粱场地基处理承载力特征值中图分类号:TU756.4+2;TU44文献标识码:A—DOI:10.3969/j.issn.10094539.2018.s2.010TreatmentTechnologyResearchonSandyMudstoneFoundationandItsImplementationYuHuaying(ChinaRailway…14BureauGroup——BeijingZhongtieFangshanBridgeCoAbstract:WiththecontinuousexpansionofrailwayinfrastructureconstructioninOilycountry,thenumberandproportionofrailwaybridgesaregraduallyincreasing.Theconstructiontechnologyofrailwaybridgesinourcountryisalsomaturing.Theindustrialproductionofrailwayprefabricatedbeamyardplaysanimportantroleinrailwayconstruction,itcannotonlyimprovetheconstructionprogress,butalsoensul陀theconstructionquality,andtheproblemoffoundationtreatmentforrailwayprefabricatedbeamyardisquitecritical.BasedonthesouthernShandong—highspeedrailsystemofacertainbeamyard,thispaperanalyzedandstudiedthespecificgeologicalconditionsinsouthShandongarea.Then,afoundationtreatmentschemewasobtainedwhichWassuitableforsuchkindofgeologicalsituations,anddetaileddesignandoptimizationwerecarriedout,hopingtoprovidesomereferenceopinionsforsimilarbeamyardconstruction.Keywords:railwayprefabricatedbeamyard;foundationtreatment;characteristicvalueofbeatingcapacity1引言随着我国经济快速发展,高速铁路建设的需求与日俱增,规模不断扩大,高速铁路桥梁所占的比例也不断增加。铁路桥梁建设工期、质量、安全方面面临着严峻的考验,铁路预制梁场的大规模应用能够在某种程度上克服这些问题。因此,铁路制梁场在初期选址时,会充分考虑所在线路的地理位置、场地地质条件等方面因素。然而,由于某些客观原因,在选址时不得不选在一些地质情况不大明确的位置(比如山丘、洼地、软弱土区域等)。基于——收稿日期:20180301作者简介:于华英(1983一),男,工程师,主要从事质量管理工作。40铁道建镝技术我国目前高速铁路制梁场通用的32m、24In等两种规格梁体重量大、施工过程中对地基要求高的特点,对铁路制梁场进行地基处理显得十分必要¨。5J。本文基于鲁南高铁某制梁场的地质、场地情况对制梁台座、存梁台座的地基处理进行了方案对比与实施,希望通过该地区特有地质情况的处理方案能够对同类型工程的实施起到一定的指导意义。2项目背景及梁场概况新建鲁南高铁临曲段,是从临沂至曲阜的一条高速铁路线,其中LQTJ一1标段正线长45.198km。设计规划梁场南北宽约207in,东西总长约540in,起止里程DKl35+230一DKl35+770。负责鲁南高RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018t增2l万方数据・科技研究・铁临曲段LQTJ一1标临沂北特大桥(DKl24+900~DKl49+200)616孔箱梁的预制任务,其中32m箱梁587孔、24m箱梁29孔。制梁场分为制梁区、存梁区、提梁区、钢筋制作区、混凝土制备区及办公生活区,占地面积约173.91亩。制梁场共设置10个制梁台座、60个存梁台座、3个提梁台座。因此,对鲁南高铁项目制梁场来讲,制梁、存梁是其控制性工程,对工程的安全、质量以及进度影响比较大。3梁场地质情况及承载力特征值分析3.1地形、地貌拟建场地位于I临沂市兰山区枣沟头镇,西外环与永安四路交汇东约1.5km路南,场地整体平整,现为耕地,其原始地貌形态为冲洪积准平原。3.2地层结构本次勘察深度范围内,场地揭露的地层为第四系黏土,下伏第三系泥岩,共分为5层,自上而下分述如下:①第层为耕土(Q;d),该地层呈褐灰色,松散,稍湿,含大量植物根系,主要为黏性土;主要分布于整个场地表层,层厚0.40~0.50ITI,平均0.45m;层顶标高一0.20m~一0.10171,平均一0.14m。②第层为黏土(倒邮1),地层呈灰褐色,可塑,稍有光泽,无摇震反应,干强度中等,韧性中等,局部含—少量粗砂;分布整个场地下部,层厚1.301.60m,平均1.46m;层顶标高一0.70m~一0.52m,平均一0.59m;层顶埋深0.40~0.50m,平均0.45m。③第层为全风化砂质泥岩(E),地层呈浅红色,风化强烈,岩芯呈土块状,场地西侧夹少量砂砾,干钻可进尺,原岩结构已破坏;分布整个场地下部,层厚1.70~2.40m,平均2.01m;层顶标高一2.30m~一1.84m,平均一2.05ITI;层顶埋深1.70~2.10m,平均1.91m。④第层为强风化砂质泥岩(E),地层呈浅红色,泥质结构,层状构造,岩芯呈碎块状,岩芯采取率70%左右,岩石坚硬程度为极软岩,岩体完整程度为极破碎,岩体基本质量等级V级。遇水软化,浸水崩解,风干易裂;分布整个场地下部,层厚1.00~1.40m,平均1.24m;层顶标高一4.25113~一3.62m,平均一4.07I'll;层顶埋深3.50~4.10in,平均3.93m。⑤第层为中风化砂质泥岩(E),地层呈紫红色,铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY灰红色,泥质结构,层状构造;岩芯呈柱状,少量块状,岩芯采取率80%左右,岩石坚硬程度为极软岩,岩体完整程度为较完整,岩体基本质量等级为V级。浸水崩解,风干易裂,该层未穿透;分布于场地下部,为场地稳定分布基底,揭露最大厚度3.30m,层顶标高一5.50m~一5.02m,平均一5.30m;层顶埋深4.90~5.30m,平均5.16m。3.3承载力特征值分析场地内各土层承载力特征值及岩石饱和抗压强度标准值主要根据钻探取芯、现场鉴别及原位测试等成果资料,并结合当地工程经验综合确定。承载力特征值建议取值见表1。表1地基承载力特征值及变形参数岩土承载力压缩模量CFG桩桩周土单轴抗层号特征值E蜘l-o.2侧阻力特征值/压强度名称桩端阻力特标准值工k/kPa/MP8征值(q,i/q。)fr/MPa①第层耕土无工程意义②第层黏土1405.6530全风化砂③第层220E。=10.040质泥岩强风化砂④第层300Es=15.070/600质泥岩中风化砂⑤第层^=6002.04质泥岩——4鲁南高铁某梁场地基处理方案研究以制存梁台座为例4.132m双线制梁台座扩大基础计算参数(1)根据鲁南高铁某梁场制梁施工图、模板图纸,同时参照相关规范确定主要计算荷载值得出:箱梁自重按32m梁体取830t,模板自重212t,设备及人员13t,合计为830+212+13=1055t。(2)制梁台座及基础设置为了确保在制梁过程中台座基础满足规范、生产的需求,需对制梁台座不同阶段的受力情况分析对比。依据制梁生产过程梁体受力状态变化过程,可将其划分为浇筑和初张拉两个阶段,对比两个阶段取其最大受力工况,据此进行制梁台座基础设计偏安全,能够满足梁场生产需要。在满足承载力要求的基础上,尽可能缩小截面尺寸、节约混凝土及钢筋的用量,制梁区台座分为2个2018t增2)41万方数据・科技研究・台阶+3个竖墙,规格为基底铺设10cm的级配碎石_第一台阶(长宽高尺寸为:34000mm×10000mmx1000mm)斗第二台阶(长宽高尺寸为:34000mm塑些堡12x350x350mmx7000mm×500mm)一3个竖墙(单个长宽高为:34000millX600mmx800mm)。具体基础形式见图l所示。迎幽撇群∑封雌趱平面剖面图1制梁台座扩大基础形式(单位:mm)∞(3)承载力复核性验算。8j①荷载台座基础顶面荷载:P=(830+212+13)×9.8=10339kN②浇筑阶段地基承载力复核性检算设计跨中部分拟采用上部三条钢筋混凝土竖墙基础与底部扩大基础。基础自重:G1=(7x34x0.5+0.8x0.6x34×3)x2.5=420t箱梁、模板及设备人员荷载合计:G:=1055t.,(Gl+G2)×9.8(420+1055)X9.8…—————2丁一2_^百r一=60.74kPa<A^=220kPa地基承载力满足要求。③初张拉阶段地基承载力复核性检算在张拉后,端部受载为最不利的情况,此时模板已经拆除,每侧梁重为415t,端部基础自重G。=150t,底模按4.5t,则:.,(GL+GJ+GM)x9.81.2X(415+150+4.5)x9.8———————归S2百万矿一oXlU=111.62kPa<丸=220kPa基础埋深取用d=1.0m,基础底持力层六。=220kPa,重力密度17kN/m3,修正后地基承载力:F。=厶+r/dXym—X(1.00.5)=220+1X17X0.5=228.5kPa地基承载力满足要求。4.232m双线制梁台座预应力管桩基础设置因场地分布较大,部分区域的地质条件在选取42钐}道建篱技术I莩『C20混凝土扩大基础时无法满足承载力要求,或采用扩大基础会造成混凝土及钢筋用量大、工期长、投入成本高,基于此考虑使用桩基础进行场地处理。该部分仍属于制梁台座,故荷载取值、受力工况均不发生变化,按扩大基础处取值(除基础混凝土、钢筋量除外)。(1)地基基础形式选取在满足承载力要求的基础上,尽可能缩小截面尺寸、节约混凝土及钢筋的用量。制梁区桩基础台座规格为:单侧呈矩形状布置,单排布置3根,共两排,桩径400mm,桩长5m,桩顶深入承台50mm。具体基础形式见图2。剖面图2制梁台座基础形式(单位:mm)‘(2)承载力复核性验算9。123①台位在梁体初张后地基受力梁体初张后产生上拱,台位中部受力比张拉前减小,可按张拉前受力布置,可只考虑台位端部受RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018l增2)增唯面譬平地∞。卜N,黯叫斗l山引出虱型矧一入p旧#渤歹删一型禁驻罗倒型鲫衅藤万方数据・科技研究・力情况。‰=半+未%+(6.5×2.7×o.5+0.5,端2丁+§芝_石_了芝_百+Lo・3×z・7×u・3+u・3×0.8×2.4×31×25=4597.45kN盯:黛:堂竺堕:261.96kPa”BH6.5×2.7。。②单桩承载力的确定依据《建筑桩基技术规范》(JGJ—942008)中:∑‰R。=g,。A,+u,厶‰式中,R。(kN)为桩体竖向承载力特征值;g。、分别为桩端端阻力、桩侧摩阻力特征值,g。取6000kPa;桩体截面积A。=0.126m,桩周长U,=1.257m;fi为第i层岩土厚度。桩基竖向承载力抗力分项系数y。=1.60。桩型为钢筋混凝土预应力管桩,外径为400lnm。表2各土层特性及力学性质层号岩土名称极限侧阻力值fa/kPa厚度/m①第层黏土200.4②第层全风化砂质泥岩1401.5③第层强风化砂质泥岩2202④第层中风化砂质泥岩3001.2根据表2计算单桩承载力:R。:型生业y。6000x0.126+1.257×(20xO.4+1.5x140+220x2)1.6=989.44kN复合地基承载力:厶:华+A(1一m)厶,lp式中,厶(kPa)为复合地基承载力;m=}为面积置换率;A为加固土的总面积;A。为桩体截面积;A为桩体破坏时,桩尖土强度发挥度,取0.8;R。(kN)为桩体竖向承载力特征值;A为天然地基土承载力标准值。面积置换率:m=黜-9.375%m2虿丁丽。执复合地基承载力:—小鲁州lm)A。=塑铲+0.8×—(19.375%)×300=953.69kPa>261.96kPa故采用外径为400mm的钢筋混凝土预应力管桩(桩长5ITI),能够满足使用要求。4.3存梁台座区域地基处理方案存梁区台座预计存放两层梁,因此荷载值较大,建议地基处理采用预应力混凝土桩复合地基,桩径400mm,等边三角形布置。每个31.5m(Z3.5In)双层存梁台座设置10根桩,桩长5m,桩顶标高一0.45In。处理后的台座基础施工时在台座两端预埋沉降观测标。观测标样式及位置如图3所示。图3存梁台座基础及观察点位置(单位:mm)(1)双层存梁地基应力计算每个存梁台座采用20根外径为500mm的钢筋混凝土预应力管桩,每端10根,桩长5nl。盯=丽FH=黑268_633.56kPa。B×.……“~F=8300+(2×6.8X0.7+5.6×0.7×0.8)×25=8616.4kN(2)单桩承载力的确定单桩承载力计算方法同制梁台座,经计算尺。=989.42kN;复合地基承载力上k=953.69kPa>633.56kPa,满足要求。5结论通过对鲁南高铁某制梁场场地地质情况、周边环境条件、生产梁的类型等进行详细调研,有针对性地对地基处理方法进行了分析研究。(1)地勘表明:该场地地层上覆为第四系黏土、下伏第三系泥岩,层位稳定。(2)建议拟建物采用天然地基或者是预应力管桩基础,以强风化砂质泥岩层作为基础持力层;采用扩大基础,其埋深2.0Ill左右;采用预应力管桩基础其桩长为5In即可满足要求。铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018{增2)43万方数据・科技研究・参考文献张立青.先张法预应力混凝土u型梁预制场工艺设计—[J].铁道建筑技术,2014(1):1922.中华人民共和国铁道部.客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件:铁科技[2110]120[s].北京:铁道部科学技术司,2004.沈兆坤.桥梁结构自振特性测试分析方法研究[D].重庆:重庆交通大学,2014.吴楠,肖军华,陈建国,等.高速铁路无砟轨道桥梁基础变形对行车的影,fllJ3.铁道工程学报,2017,34(9):58-63,69.马骏.石武客运专线驿城制梁场整体规划与设计及经—济性研究[J].铁道标准设计,2010(9):106109.万雨晴.软基地区预制梁台座设计[J].铁道建筑技“——”——・+一++一+一+一卜+-+--4----4-*・卜一卜一-4---+--4---・+--+—术,2017(6):4751.[7]孙逢宾,张宇,倪金龙.软基地区100t箱梁预制场方案优化设计例析[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2013,23(1):13一18.[8]李闻.铁路客运专线预制梁场存梁台座设计研究[J].—铁道标准设计,2009(sI):9193.[9]朱浮声,王风池.地基基础设计与计算[M].北京:中—国建筑工业出版社,2005:6063.[10]王恩远,吴迈.工程实用地基处理手册[M].北京:中—国建材工业出版社,2005:237238.[11]徐至钧.新编建筑地基处理工程手册[M].北京:中国—建材工业出版社,2005:231236.[12]余多多.CFG桩复合地基在箱梁预制场地基处理工程中—的应用[J].国防交通工程与技术,2016(S1):1(13106.—-+一+-+一+一+一+一+-+-+一+一+-+一+-+一+一+一-}一+(上接第21页)图6则为采用实验数据和本文计算方法计算的桩身弯矩对比图。由图中观察到,本文弯矩计算结果除在桩顶位置处弯矩绝对值较大,其他位置处弯矩值则在0正负一定范围内浮动,符合桩弯矩的一般规律;实验数据和本文计算结果相比,整体趋势一致,正弯矩峰值基本重合,个别位置有所偏差也在允许范围之内,说明本文的计算方法是比较合理的。一l0—0[_一一10l一20l一30l(—40L—50L—4≤一70【+桩身住移/ram2345/|一一一一,厶7■箍鼗o.二兰:!二!.:!=!.:!型:!!型!:!!:o-miu}~~~~i商二谶f》甥端羹《=『/{。图5桩身侧向位移对比图6桩身弯矩对比6结论(1)本文基于能量变分法,结合了Poulos弹性理—论考虑桩土间各节点间的相互作用和PY曲线法考虑各层土体弹性模量变化的优点,还充分考虑了土体的塑性特性和小应变特性。在解决基坑开挖对临近桩体位移的问题上,更加贴合实际,计算结果在和试验结果对比后,也验证了本文计算方法的合理性。(2)本文方法可以用于多层土体的计算分析。参考文献[1]张爱军,莫海鸿,李爱国,等.基坑开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法[J].岩石力学与工程学报,—2013,32(S1):27462750.44铁道建筑技术[2]陈福全,黄伟达.基于Poulos弹性理论的被动桩改进—算法[J].岩土力学,2008(4):905910.[3]张陈蓉,黄茂松.基坑开挖引起的邻近建筑物桩基变形受力响应[J].岩土工程学报,2012(S1):565-570.[4]梁发云,李彦初.土体侧移模式对邻近桩基性状影响的—三维数值分析[J].岩土工程学报,2011(s2):399403.[5]SHENWY,TEHCI.Analysisoflaterallyloadedpilesinsoilwithstiffnessincreasingwithdepth[J].JoumalofGeoteeh-nicalandGeoenvironmentalEngineering,2004,—130(8):878882.[6]YANGK,LIANGR.Numericalsolutionforlaterallyload.edpilesinatwo-Layersoilprofile[J].JoumalofGeoteehnicalandGeoenvironmentalEngineering,2006,—132(11):14361443.f71PoulosHG,DavisEH.PileFoundationAnalysisand—Design[M].NewYork:JohnWileyandSonsInc.,1980:31l一322.[8]KondnerRL.Hyperbolic—stressstrainresponse:cohesivesoils[J].JoumalofSoilMechanicsandFoundationEngi.neering,1963,89(1):115一144.[9]VESICAS.Bendingofbeamsrestingonisotropicelasticsolids『J].JournalofSoilMechanicsandFoundationEn.—gineering,1961,87(2):3553.[10]BROMSBB.Thelateralresistanceofpilesincohesivesoils『J].JournalofSoilMechanicsandFoundationEngi.—neering,1964,90(2):3763.[11]朱碧堂.土体的极限抗力与侧向受荷桩性状[D].上海:同济大学,2005.[12]木林隆,黄茂松.基坑开挖引起的周边土体三维位移场—的简化分析[J].岩土工程学报,2013,35(5):18.RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(:ZIR2)1J1J1I1Jl23456rI¨rLr}rL万方数据
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