沿海超厚超软地质条件下预制场提梁龙门基础方案比选

2017-03-27李当

福建交通科技 2017年1期

关键词：龙门吊龙门管桩

■李当

（中交一公局厦门工程有限公司，厦门361004）

沿海超厚超软地质条件下预制场提梁龙门基础方案比选

■李当

（中交一公局厦门工程有限公司，厦门361004）

滨海滩涂淤泥覆盖层较厚，地质条件差，天然地基一般都需要处理才能作为构筑物地基使用，处理方案如何选择，与施工成本关系密切。本文结合台州湾大桥及接线工程T S10标段T梁预制场的施工条件，通过方案比选，在确保技术条件满足的前提下，找到相对经济的提梁龙门基础处治方案。

软土梁厂地基方案比选

1 前言

台州湾大桥及接线工程TS10标段，起讫桩号为K151+806～K159+875.5，路线里程8.07km。本标段预制T梁共计3679片，共设置2个大型T梁预制场，T梁预制台座共设置120个，每个梁场各60个。

考虑到本预制场的重要性，结合本合同段的梁板预制数量的情况，本预制场计划架设1台100t大龙门吊及3台10t小龙门吊进行预制施工。提梁龙门吊如下图1所示。

图1 预制场提梁龙门吊布置图（单位：mm）

2 现场施工条件

2.1 地质条件

本项目地处椒江南岸海积平原，地势低平，现为围垦区，表面硬壳层多缺失。上部为海积淤泥质土、淤泥，厚21.0～37.5m，其下分布厚层海积、冲积粘性土，软塑性，性质差，厚约12.8～32.5m,中部以海积粘性土为主，软塑～可塑状，性质较差～一般，中下部主要分布冲洪积含粘性土圆砾，工程地质较好。

预制场附近的土层主要分布为素填土、淤泥质粉质黏土、淤泥质土、粉质黏土、黏土、粉质黏土、黏土等，各层的分布情况及物理特性如表1所示。

表1 地质参数一览表

2.2材料条件

由于地处沿海滩涂，周围房屋建设大多采用预应力管桩，因此线路周边有多家预应力管桩生产厂家，管桩材料供应充足，且T梁预制场与当地路网连接，运输便利。

2.3 机械条件

根据图纸设计要求，一般路段采用塑料排水板、双向水泥搅拌桩处理；桥头等结构物路段采用预应力管桩处理。根据施工要求，项目部进行了路基试验段的施工，其中包括水泥搅拌桩和预应力管桩的施工，同时拌合站基础处理时也采用了预应管桩的方案。因此，水泥搅拌桩机械和预应力管桩机械均以进场，同时项目部现场施工人员也积累了水泥搅拌桩和预应力管桩的施工经验。

3 方案拟定及比选

3.1 方案拟定

根据梁厂现场施工条件，结合龙门吊的技术要求，共拟定了如下两种地基处理方案：

方案一：400HPC管桩（单排布桩，纵向间距3m，桩长45m）+砼承台梁（800mm×500mm）。

方案二：直径500水泥搅拌桩（单排布桩，纵向间距1m，桩长12m）+砼条形基础（1500mm×500mm）。

3.2 技术比较（见表2）

3.3 经济比较

两种方案经济指标比较如表3所示。

表2 地基处理技术比较

表3 地基处理经济性指标比较

3.4 工期比较

方案一：一台D60柴油锤沉每天施工约350m，桩基全部施工完约要60d，承台梁施工滞后10d，则全部施工完共计70d。

方案二：一台单向水泥搅拌桩机每天施工约120m，桩基全部施工完约要140d，考虑水泥搅拌强度的时间间隙承台梁施工滞后20d，则全部施工完共计160d。

3.5 方案确定

根据以上分析，两种方案在技术上都可行，且各有优缺点；水泥搅拌桩与预应力管桩相比节约了50万；从工期上看，水泥搅拌桩施工虽然较慢，但由于是两个梁厂同时施工，共有两台水泥搅拌桩机施工，工期缩短了一半，由于下部结构刚开始施工，梁厂建设时间相对宽裕，故确定采用水泥搅拌桩作为提梁龙门的地基处理方案。

4 初步计算

4.1 龙门轮压计算

台州湾项目T梁预制场采用1台提梁龙门（简称“提梁龙门”），提梁龙门吊重120t，自重60t，P=1200/2= 600kN,q=600/36=16.6kN/m,最不利荷载计算图示如下：其中L=36m，a=0.5m,b=32m（最长T梁），c=3.5m。

查根据《路桥施工计算手册》可知：Ra1=600×（2×3.5+ 32）/36=650kN，Ra2=16.6×36/2=298.8kN，则提梁龙门单侧支腿受集中荷载RA=650+298.8=948.8kN。

4.2 方案一基础计算

轨道基础采用预应力管桩+砼承台梁，单侧支腿受集中荷载RA=948.8KN，单滚轮受力为p=948.8/2=474.4kN，按500kN计。当T龙门起到T梁时，单个压轮位于预应力管桩正上方，此时管桩受力最为不利，即单根管桩反力R=500kN，其受力工况如图3所示。

图2 提梁龙门最不利计算图示

图3 提梁龙门最不利计算图示（单位：mm）

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》有

公式（1）中，

[Ra]——单桩轴向受压容许值（kN）；

u——桩身周长（m）；

n——土的层数；

li——承台底面或局部冲刷线以下各土的厚度；

qik——桩侧摩擦阻力标准值（kPa）；

qrk——桩端处土的承载力标准值（kPa）；

ai、ar——分别为振动沉桩对桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数；对于锤击、静压沉桩均取为1.0。

预应力管桩承载力计算如表4所示。

经计算管桩容许承载力[R]=656＞R=500kN,满足要求。

4.3 方案二基础受力验算

4.3.1 复合地基承载力计算

现场地基采用水泥搅拌桩进行处理，沿轨道中心线间距1m布置，水泥搅拌桩直径500mm，桩长12m。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）可知，单桩承载力按下式进行计算。

公式（2）中，

up——桩的周长（m）；

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，应按地区经验确定。

li——第i层土的厚度（m）；

qp——桩端阻力特征值（kPa），可按《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定确定；

α——桩间土承载力提高系数；

Ap——桩的截面积（m2）。

水泥搅拌桩直径0.5m，周长1.57m，截面积0.2m2，入土深度12m，桩长范围内全为淤泥，共计1层土。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）可知，桩间土承载力折减系数取值0.6，淤泥侧阻力特征值取值6kPa，不考虑桩间土承载力提高，故取α=1。查《浙江省台州湾大桥及接线工程第TS10合同施工图设计阶段地质勘查报告》有：淤泥层未经修正的承载力特征值为55kPa。

表4 桩基承载力计算表

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）规定，有复合地基承载力计算如下：

公式（3）中，

fspk——复合地基承载力特征值（kPa）；

λ——单桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验可取0.7～0.9；

Ra——单桩承载力特征值（kN）；

Ap——桩的截面积（m2）；

β——桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值；

fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）可知，桩间土承载力折减系数取值0.5，单桩承载力发挥度系数取1。则

4.3.2 基础底面地基承载力计算

轨道基础采用钢筋砼条形基础，横向宽度1.5m，厚0.5m，基础下方采用水泥搅拌桩进行加固，沿轨道中心线1m间距进行布桩。单侧支腿受集中荷载Ra=948.8kN，单滚轮受力为p=948.8/2=474.4kN，按500kN计，龙门吊轨道梁按弹性地基梁进行计算，垫层基床系数取20000kN/m3，把轨道离散为0.5m长的单元，则节点弹性支撑刚度K= 20000×1.5×0.5=15000kN/m。根据龙门吊移动的特点，利用midas civil有限元软件进行移动荷载分析，得到条形基础反力包络图如图4所示。