下穿高铁U型槽复合地基载荷试验研究

2020-08-22马小亮

湖北理工学院学报 2020年4期

马小亮

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州 072750)

0 引言

近年来，国内外学者对于异型截面桩进行了深入研究，并取得了一定成果。U型槽、现浇X桩、H型异型截面桩在各大工程中得到了广泛应用，如U型槽复合地基铁路、公路软土地基等[1]。U型槽复合地基是一种在不增加混凝土用量的条件下，提升复合桩承载力的地基加固技术。目前，关于U型槽复合地基试验研究已有一系列的相关报道，但对其桩-土相互作用的特性研究比较少，其应用在下穿高铁软土地基处理中的研究更为罕见[2]。因此，本文结合新建商丘至登封高速公路段软土地基处理工程，开展了U型槽复合地基载荷试验研究，旨在积极推广U型槽复合地基在下穿高铁软土地基处理中的应用。

1 工程概述

新建商丘至登封高速公路与京广高铁交叉处为港区枢纽互通，其主线以及G匝道均从京广高铁(郑州东-许昌东区间)薛店特大桥下穿过。薛店特大桥位于新郑市，桥址处地势平坦，线路两侧多为耕地。线位处薛店特大桥上部结构均采用32 m的简支梁，下部结构采用双柱式桥墩，基础采用8根直径为1 m的钻孔桩基础。

港区枢纽互通下穿京广高铁薛店特大桥共有3条线。主线的左线从京广高铁薛店特大桥的325#和326#桥墩之间通过，交叉处铁路里程为K725+092.722，交叉角度为69.8°。主线的右线从京广高铁薛店特大桥的324#和325#桥墩之间通过，交叉处铁路里程为K725+082.758，交叉角度为70.4°。G匝道从京广高铁薛店特大桥的327#和328#桥墩之间通过，交叉处铁路里程为K725+171.693，交叉角度为48.4°。

2 G匝道U型槽碎石桩施工试验

施工前，采用人工挖探沟方式对施工范围内地下管线设备进行探查，至无地下管线设备及改迁完毕后方可进行施工作业。场地平整完毕后，对碎石桩进行中心点放样，由施工人员全程跟随。碎石桩的施工按照隔孔、隔排跳跃式施工。在薛店特大桥327#和328#墩身之间，由中间往两侧施工，目的是尽量避免碎石桩挤压给高铁桥墩带来安全隐患。

2.1 试桩布置设计

碎石桩正式施工前，在起点里程GK0+404.509和终点里程GK0+479.509两端进行现场成桩试验。为确保试验结果精确，试验时在U型槽复合地基两侧随机选择3根试验桩，并根据试验桩数据选择正确的机具参数、施工工艺和技术参数等，为后期施工提供数据支持和理论指导[3]。成桩7 d以后，由监理工程师监督检测单位对成桩效果进行检测[4]。

2.2 试验设计方案

为准确获知复合地基的载荷情况，试验分为8个等级，最大加载压力不能低于设计压力的2倍，其荷载量测量精度不应低于最大荷载的±1%。案例工程的复合地基载荷试验最大加载压力为240 kPa。复合地基静载荷试验加载分级见表1。

表1 复合地基静载荷试验加载分级

2.3 试验参数

加载稳定标准是试验过程的主要参考标准之一。加压1 h后，若沉降量小于0.1 mm，即可认为达到加压标准，进行下一级荷载。第1 h内按间隔5，10，15，15，15 min测读沉降量，以后为每隔0.5 h测读1次沉降量[5]。

当出现下列情况之一时，即可终止加载。①当沉降量快速增加时，立即停止加压，表明该地基承载力已经达到实际承载极限值；②在某级荷载下，沉降增量大于前一级沉降增量的5倍，或者大于前一级沉降量的2倍，并经24 h尚未稳定；③承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%；④未达到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍[6]。

3 分析与讨论

3.1 复合地基静载试验

对下穿京广客运专线立交工程地基试验桩进行了地基静载试验检测，U型槽复合地基载荷试验结果见表2。从表2中可以看出，6#-4试点、35#-3试点、42#-3试点的试验终止条件均为未达到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。

表2 U型槽复合地基载荷试验结果

3.2 复合地基抗压静载试验

以6#-4试点复合地基抗压静载试验结果为例，对U型槽复合地基抗压静载试验结果进行分析。6#-4试点复合地基抗压静载试验沉降结果见表3。从表3中可以看出，12个监测点中的最大沉降值为17.43 mm，且随着试验荷载不断增加，沉降位移量也随之增加[7]。

表3 6#-4试点复合地基抗压静载试验沉降结果

6#-4试点复合地基的P-s曲线和s-lgt曲线分别如图1和图2所示。

由图1和图2可知，6#-4试点加载至最大检测荷载240 kPa，对应最大沉降量为17.43 mm，P-s曲线和s-lgt曲线均正常，沉降速率稳定。根据《铁路工程地基处理技术规程》(TB 10106-2010)中相对变形值，取213 kPa为6#-4试点的复合地基承载力特征值[8]。

同理，可分析35#-3试点和42#-3试点的复合地基试验结果。35#-3试点加载至最大检测荷载240 kPa，对应最大沉降量为16.18 mm，P-s曲线和s-lgt曲线均正常，沉降速率稳定。根据《铁路工程地基处理技术规程》(TB 10106-2010)中相对变形值，取222 kPa为35#-3试点的复合地基承载力特征值。42#-3试点加载至最大检测荷载240 kPa，其对应最大沉降量为16.46 mm，P-s曲线和s-lgt曲线均正常，沉降速率稳定。根据《铁路工程地基处理技术规程》(TB 10106-2010)中相对变形值，取187 kPa为42#-3试点的复合地基承载力特征值[8-9]。