可倒用式独立基础的应用

黄义红

【摘 要】本文结合南京地铁三号线起点段预应力简支箱梁现浇施工，总结了可倒用式独立基础的设计与使用经验，提出了基础沉降的控制措施，为地铁及轻轨地面箱梁现浇施工提供借鉴。

【关键词】倒用 独立基础 沉降

1 工程概况

南京地铁三号线起点段有97孔单线及双线简支箱梁，均采用支架法现浇施工。箱梁高度均为1.8m，单线梁宽5.2m，双线梁宽9.0m。梁底距地面高度大部分为4～10m。单片箱梁重约300t。沿线地貌类型为长江Ⅰ级阶地岗地区，地形平缓，起伏小。桥位处地表覆盖厚度0.4～2.6m杂填土，工程性质较差；其下为粉质粘土，多呈黄褐色、棕黄色，可塑～硬塑状，含铁锰质结核，工程性质较好，适合采用独立基础作为支架基础。

2 支架布置方案

根据现场实际情况，现浇支架拟采用独立基础+钢管立柱+贝雷梁的结构型式，共布置4排临时墩，边墩均支承在承台上，中间两排临时墩支承在独立基础上，跨径布置有9+9+9m及12+3+12m两种方案，如图2.1所示：

两种布置方案对贝雷梁影响及对沉降适应性对比见表1：

由于沿线地质情况较好，为减少贝雷梁内力，大多数孔选择方案一布置支架；对于地质较差的局部地区，为减少沉降，选择方案二。横桥向每排布置两个基础，间距2.8m。

3 基础设计

3.1 基础尺寸

基础尺寸的确定应综合考虑以下因素：

（1）基础应满足地基承载力要求。在荷载效应标准组合下，基底压力应小于沿线大部分地段设计持力层的地基承载力特征值。由于软粘土层在高应力时压缩性迅速增大，为减少基础沉降，当条件允许时，可控制荷载效应准永久组合下对应的基底附加压力小于。（2）基础应满足倒用要求。基础重量应小于现场常用机械的起重运输能力，各部分尺寸均不得妨碍基础的运输吊装。（3）基础各部分尺寸应满足受力和构造要求，比例合理且便于安装。

以本线箱梁施工为例，沿线大部分地段设计持力层为粉质粘土层，地基承载力特征值，对应荷载效应标准组合时中间墩基础反力约为70.5t（考虑1.05倍胀模系数），对应准永久组合时约为64t。按地基承载力控制设计时基础面积（埋深按1.0m计）；按沉降控制设计时，后者约比前者面积大10%左右。基础底面设计为正方形，底面边长，取。确定基础截面内力和尺寸时，应按荷载效应基本组合计算基础反力。基础高度由柱与基础交接处的受冲切承载力确定，上台阶高度综合考虑柱尺寸及冲切角要求，下台阶高度由基础变阶处的受冲切承载力确定，台阶宽高比宜小于2.5。具体计算方法参照地基规范或设计手册。本工程基础总高度60cm，上台阶高25cm，平面尺寸为1.2m×1.2m，下台阶高35cm，平面尺寸为2.0m×2.0m，基础立面如图3.1所示。基础重量约4.4t，可以用汽车吊或履带吊安装，调整对中时也可用挖机移动。基础顶面设置预埋件，便于与其上的钢管立柱连接。

3.2 基础配筋

基础底板配筋应按抗弯计算确定。计算时可连接柱角与基础角，将基础底板分成四块梯形板，各板视为固定在柱周边的梯形悬臂板。矩形基础长宽比时，为双向受弯，需在两个方向配置受力钢筋。具体计算方法及构造要求参照地基规范或设计手册。

一般独立基础可仅在底板配置钢筋。由于本基础需要频繁加载、卸载、吊装及堆放，采用上述方式配筋时易损坏基础。根据现场使用经验，建议在各台阶顶面配置构造钢筋，沿基础立面配置受拉钢筋。基础顶面设置吊耳，便于吊装，详见图3.2所示。

4 基础沉降计算

基础沉降计算主要用于预估地基在施工期间的变形值，为支架预压方案制定及预拱度设置提供参考，亦可根据沉降计算结果调整基础尺寸及附加应力大小。基础沉降计算有多种方法，规范法较为系统实用。本文选取ZB46-ZB47跨为例计算。基础处地面以下0～1.5m为①-2素填土层，1.5～6.2m为③-1b-2粉质粘土层，6.2～8.4m为③-2b-3粉质粘土层。因上层土质不好，选择工程性质较好的③-1b-2层作为持力层，基础埋深1.5m。沉降计算深度取5.0m，最后一层。附加压力，计算结果见表4.1。

，计算深度满足要求。当量压缩模量，则沉降经验系数，最终沉降量。

以上计算结果为地基在设计荷载作用下最终固结完成时的沉降量。由于箱梁施工期较短，至拆模时实际仅完成部分沉降量。低、中压缩性地基可按照太沙基一维固结理论估算施工期基础沉降量，高压缩性地基应按沉降组成估算瞬时沉降及施工期主固结沉降。具体计算可参照文献3或相关手册。

当缺少相关参数难于计算时，可参照地基规范相关条文：一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上，对于其他低压缩性土可认为已完成50%～80%，对于中压缩性土可认为已完成20%～50%，对于高压缩性土可认为已完成5%～20%。预估结果可由现场预压试验检验修正。根据本支架预压试验的观测结果，加载完成10天后，独立基础沉降量约11～13mm，完成总沉降量40%左右。

5 沉降控制措施

（1）控制基底附加压力。如上文所述，在布置支架时，可通过调整跨径布置、基础数量，控制单个基础的反力大小，从而控制基础附加压力。在设计基础时考虑仅利用地基土部分强度，采用较大的基底面积。对于部分软弱地基段，可通过在基础下铺设面积较大的混凝土板或型钢框架来减小附加压力。如本线施工时部分孔在基础下设置了3.0×3.0×0.3m混凝土板，大幅减少了基底压力及基础沉降，取得了良好的效果。

（2）选择较好土层作为持力层。由表4.1计算结果可知，沉降主要集中在基础下3m范围内，约占总沉降量的80%。国内外亦有很多资料认为方形基础影响深度约为2倍基础宽度。故布置基础时，选择承载力高，压缩性低的土层作为持力层能大幅减少基础沉降。无合适持力层时可对地基土进行处理，如基底为松散砂砾层时，可以压实或夯实；如为软弱粘土层时，可采用换填垫层法（换填深度一般不超过3m）。其他影响深度较大的地基处理方法因耗资耗时一般不采用。

（3）支架预压。当基础沉降超标时，可以通过预压消除部分沉降。由于全跨预压耗资较大，当以消除基础沉降为主要目的时，可仅对跨中支点进行预压，以提高预压效率，降低造价。预压数据还可作为立模时设置预拱度的依据，通过设置合适的预拱度抵消基础及主梁的部分变形，进一步改善箱梁线形。

6 其它事项

6.1 基坑处理

基坑应选择无雨时方可开挖，开挖尺寸应每侧较基础边外扩0.2～0.5m，以方便基础安装为限。距基底20cm高度范围采用人工开挖，避免扰动基底土层，降低地基承载力。开挖完成并验槽合格后在基底铺设5～10cm厚M10砂浆用于基底调平，然后在其上满铺一层彩条布，用于防水和隔离基础与砂浆垫层，便于基础二次倒用。彩条布应沿坑壁伸至基坑台阶顶，并用砂浆或粘土压实。扩大基础安装到位后，基础四周与坑壁应立即用石粉进行回填至基础顶面。待钢管立柱安装完成后应用粘土继续回填，直至回填土高出周边地面为止，避免基坑积水，如图6.1所示。

6.2 钢管立柱与基础连接

考虑到基础需多次倒用，钢管与预埋件采用焊接连接时不方便拆除。当支架不太高，基础不会受到拉力时，可采用加劲板连接，即钢管立柱放置在预埋件上（端头加封板），但不与预埋件焊接。钢管周围均匀布置加劲板，加劲板分别与钢管和预埋件焊接。拆除时割除加劲板即可。这种连接方式抗弯能力较弱，应在近地面处设置连接系，增强钢管立柱稳定性。另外，钢管立柱安装及接长时均应严格控制垂直度，其垂直度偏差应不大于1/500。当支架较高时，可采用双法兰连接，即在基础与钢管立柱之间设置一个双法兰头钢管，增强连接的抗拉抗弯性能。两种连接如图6.2所示。

7 结语

可倒用式独立基础多用于搭设支架等临时施工设施，适用于荷载不太大，地基较好的场合。使用方便，施工快速，费用低廉。通过精心设计和施工控制，应用在地铁三号线箱梁施工中取得了良好的效果，可在多孔梁支架法现浇施工中推广应用。

参考文献

[1]《建筑地基与基础设计规范》GB50007-2002.

[2]赵明华，俞晓，王贻荪.土力学与基础工程.武汉理工大学出版社，2006.

[3]《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》JTG/T D31-02-2013.