钢结构雨棚立柱基础与筏基处理

杨宏星

(宁杭铁路有限责任公司，浙江杭州 310007)

1 概述

湖州南站是宁杭客运专线全线九个站中唯一的一个地级站,设正线2条,15 m宽基本站台一座,到发线4条,对应岛式站台2座。在湖州南站南侧和北侧分别预留商阜杭客运专线和湖苏沪城际铁路按方向别合场引入车站,其上下行场分别设于宁杭场的东西两侧,均设有3条到发线(其中1条为正线,1条和宁杭场共用)。所有正线、到发线均按无砟轨道铺设。站房建筑规模19 920 m2,地下一层、地上两层夹一层钢筋混凝土框架结构。候车大厅屋盖为钢网架、金属屋面。无站台柱雨棚30 800 m2,采用五柱四跨钢结构无站台柱平面布置,中间柱设在正线与到发线之间。

2 路基处理形式

湖州车站地处于湖积平原区,地势低洼,水塘、河沟密布,为内涝区。地层从上到下依次为软塑粉质黏土、淤泥、淤泥质粉质黏土、硬塑粉质黏土等,下伏基岩为凝灰岩,其中淤泥层厚度10～20 m。正线、站线路基均采用管桩加筏板处理,φ50管桩1 400 mm×2 400 mm布置,上设50 cm厚C30钢筋混凝土筏板,筏板上铺一层1.2 m厚A、B组渗水土,然后是级配碎石及无砟轨道,筏板顶部高程-4.3 m左右,距轨面最大高差不超过3 m。宁杭正线路基管桩及筏板已于2010年一季度施工完成。

3 无柱雨棚基础

2010年6月底铁道部对宁杭客运专线全线站房下达了鉴定修改设计批复,明确了各站里程、规模、站型及建筑结构形式,确定湖州南站雨棚采用五柱四跨无站台柱设置。设计雨棚基础桩基采用φ600钻孔灌注桩,桩长25～30 m不等,要求桩端全断面进入持力层不小于1.2 m,其中C、D轴采用三桩承台,桩顶高程-6.4 m,承台顶高程-5.2 m,三角形承台边长3 000 mm、高1 500 mm,位于宁杭正线与到发线之间。

4 存在问题

宁杭正线路基处理工程已在2010年3月完成,如按设计施工,必须先把钢筋混凝土筏板破除,然后按照筏板下管桩分布情况,重新布置钻孔桩位置。如按此方案施工,将破除站台雨棚范围内已完成路基筏板的三分之一,预计施工时间不少于三个月,给设计、施工及工程进度带来巨大影响。由于湖州南站场的特殊地质情况(地下水位高、淤泥层厚等),筏板破除后在钻孔灌注桩施工过程中极易发生筏板下水土流失，造成筏板底部镂空现象,对路基整体稳定、无砟轨道沉降产生不利影响,给以后的高速列车运营埋下巨大的安全隐患。

5 处理方式探讨

为确保工程进度、质量,公司多次召集线路设计院、房建设计院,路基施工单位、站房施工单位以及监理单位的专家讨论雨棚基础与路基筏板处理方法。雨棚为多跨框架结构,跨度11.5 m和21.7 m,柱底反力不大,经过多轮论证确定施工方案如下：

上部C、D轴雨棚基础直接落在筏板上,为减少钢柱对筏板的影响以及降低基础高度,通过计算和比较将落在筏板上的钢柱柱脚做成铰接。新建基础与原有路基筏板采用植筋连接并浇筑为一体。

落在筏板上的柱基础按独立基础设计,基础承台尺寸尽量狭长以减少基础侵入轨道部分的宽度,加长顺轨道方向的长度,减小对正线基床结构的影响,并保证基础能落在2～3排管桩之上。基础采用C35强度混凝土,新老混凝土结合面采用化学植筋法施工。

对原筏板面混凝土存在的缺陷清理至密实部位,并将表面凿成锯齿形沟槽,沟槽深度不小于15 mm,间距不大于100 mm,同时除去浮渣、尘土并清洗干净,浇筑混凝土前用界面剂进行处理。

施工完毕后应加强对混凝土的养护,养护期间要保持湿润,冬季施工要注意保温。

植筋前应采用仪器或其他可靠方法探明筏板中的钢筋位置,钻孔应采用专用工具,孔洞要清理干净,再用丙酮擦拭孔道,并保持孔道干燥,不得用水钻打孔。对于废孔应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。

化学植筋置入锚孔后,在固化完成前,应按照厂家提供的养生条件进行固化养生,固化期间禁止扰动。植筋的抗拔承载力现场检验采用随机抽样非破坏性检验,检验数量不少于3根,检验荷载为30 kN。

6 结构计算及验算

雨棚空间模型及坐标如图1所示。

图1 雨棚空间模型及坐标

雨棚反力计算简图如图2所示。

图2 计算简图(圆表示支座,数字为节点号)

本反力为上部结构反力,反力作用点为筏板顶部。坐标及反力方向见图3。

注：坐标系为沿轨道方向自南向北为X正方向,垂直轨道由东向西为Y正方向,垂直地面由下向上为Z正方向。

钢结构柱脚采用铰接形式后,避免了对筏板不利弯矩的产生,筏板顶部仅三方向受力,而且有效的降低了承台高度,确保立柱基础不凸出路基表面并不影响路基排水。雨棚基础设置对筏板结构安全性影响：由于管桩已实施,基础下管桩位置不易确定,评价安全影响时应按最不利组合考虑。按目前基础设计方案,基础尺寸3.0 m×4.8 m对应雨棚柱荷载400～830 kN，基础尺寸2.5 m×4.0 m对应雨棚柱荷载<400 kN。路基加固承载力检算时管桩单桩承载力设计值按不小1 000 kN考虑,雨棚承台及筏板下管桩承载力满足要求。

7 雨棚基础实施后相关路基处理

为保证基床刚度均匀性,雨棚基础设置范围正线路基基床表层采用掺5%水泥级配碎石填筑；基床底层上部1.0 m换填级配碎石,内夹铺三层双向土工格栅,土工格栅抗拉强度不小于100 kN/m,延伸率<10%。由于填料差别,雨棚设置范围两端路基结构按过渡段进行顺接,坡率1∶5。

由于雨棚基础实施时将造成已填好的路基开挖重填,实施过程中应做好临时排水、防护及支护措施,避免影响路基整体质量。重填部分与原路基部分应采用台阶搭接,并应加强过程控制和质量检验,保证路基压实质量和均匀性。

无柱雨棚基础荷载将使桩筏基础产生一定的变形,应在无柱雨棚主体工程施工完成、荷载及结构变形稳定后,再进行轨道结构的精调和锁定。

由于商阜杭及湖苏沪引入及站线有砟改无砟,其他正线及到发线路基处理也将采用桩筏结构的处理措施,此范围内雨棚基础仍采用钻孔灌注桩基础,且在路基处理时同步实施,筏板与雨棚基础之间设沉降缝,中间填塞沥青麻筋。整体雨棚采用刚接与铰接相结合形式,保证了雨棚的刚度和稳定性。

8 结束语

湖州南无站台柱雨棚基础采用了与路基筏板相结合、雨棚柱刚接与铰接相结合的方式,有效降低了承台高度,不仅解决了本工程中的施工难点、保证了路基填筑质量,大大加快了工程实施进度,并且在节约工程成本,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鉴。

[1]GB50007—2002 建筑地基基础设计规范[S]

[2]JGJ145—2004 混凝土结构后锚固技术规程[S]

[3]GB50010—2002 混凝土结构设计规范[S]

[4]TGJ79—2002 建设地基处理技术规范[S]

[5]JGJ94—2008 建筑桩基技术规范[S]

[6]GB50017—2003 钢结构设计规范[S]