钢筋混凝土桩网结构在客运新线中的应用

杜小素，霍少磊，胡洪军

(1.河南省交通规划勘察设计院，郑州 450052;2.新疆煤田地质局，乌鲁木齐 830000;3.中国中铁电气化局集团，北京 100036)

20世纪70年代，桩网结构地基处理技术产生于日本，主要用于对高等级道路所经软土地基区的加固，在控制路基残余变形方面较有优势［1］。它主要利用形成的柔性拱区，调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比，使桩—网—土形成有机整体共同承担荷载及减小沉降的作用原理来满足列车运营稳定与变形要求。桩网结构地基处理技术在我国具有良好的应用前景，它将补充完善我国铁路地基处理技术系列，在深厚软土地基、湿陷性黄土地基、持力层较浅的平原丘陵地带修建高速铁路，它将会以其独特的优势受到越来越多的青睐，在我国铁路的客运专线建设中发挥作用［2］。

1 钢筋混凝土桩网结构原理

钢筋混凝土桩网结构作为桩承式路堤结构形式的一种，是通过刚性桩(钻孔混凝土桩、预制混凝土桩等)处理地基的一种新型结构形式，其作用原理是上部填土和其他荷载通过独立桩帽上铺设的土工格栅垫层，均匀地传递到下部桩和桩间土上，由桩和桩间土按一定的比例共同分摊承受上部荷载，以便于控制路基的初始稳定和沉降，尤其是不均匀沉降［3］。多应用于路基与结构物过渡段，以获取路基与结构物之间的平顺过渡，保证线路平顺;也用于道路拓宽时保证新旧线路地基不产生大的沉降差异，新线路能够及时投入运营，达到拓宽目的。其具有施工工期短、地基侧向变形小和工后沉降小等优点，可以有效解决受工期限制的路基工程的不均匀沉降问题。其具体结构形式如图1。

图1 钢筋混凝土桩网结构形式

2 工程概况

客运新线XXTJVI标第八项目部部分路基范围内基底采用桩网结构加固，桩的直径 φ60 cm，桩帽尺寸为1.5 m×1.5 m×0.5 m;桩身混凝土设计强度等级为C15。根据《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》规定，设计要求桩网结构钢筋混凝土桩应进行单桩静载试验，检验单桩承载力是否达到设计要求(1 250 kN)。本次试验检测桩数3根，试验内容为去除桩帽后的单桩竖向承载力静载试验。

检测里程范围内土层分布主要为粉质黏土、砂土、全风化花岗岩(W4)及强风化花岗岩(W3)等岩土层。

3 试验装置及试验方法

3.1 试验装置

本次试验采用压重平台反力装置。加载装置为2个2 000 kN DYG200-200液压千斤顶和一台 YZB63-0.27-1电动油泵。千斤顶行程是200 mm，压力表精度为1.5级，量程100 MPa;百分表连磁性表座4只，6 m长的基准梁2根。

加载装置如图2所示。主梁采用3根6 m长I36c工字钢对焊，次梁采用6根6 m长I30c工字钢。配重块采用钢筋混凝土块，尺寸为2.3 m×0.9 m×0.9 m。次梁支座采用2块钢筋混凝土块，尺寸为6.0 m×0.5 m×0.5 m，主梁支座采用2块钢筋混凝土块，尺寸为1.0 m×0.3 m×0.3 m。

3.2 试验方法

3.2.1 加载

采用慢速维持荷载法逐级加载，最大加载量为2 500 kN，单级荷载取预估试验荷载量的1/10，各级加载量分别为 500 kN、750 kN、1 000 kN、1 250 kN、1 500 kN、1 750 kN、2 000 kN、2 250 kN、2 500 kN。每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载。读数时间为每级加载后，按 5、10、15、15、15、30、30…min 的时间间隔读数，直至变形达到稳定标准或满足终止加载条件时为止。

稳定标准:每一小时沉降不超过0.1 mm。

图2 单桩承载力静载试验加载装置示意

3.2.2 卸载

每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后按15 min，15 min，30 min读数，即可卸下一级荷载。

3.2.3 单桩承载力特征值的确定

据国家《建筑基桩检测技术规程》(JGJ106—2003)之规定，当出现下列现象之一时，可终止试验:

1)当荷载—沉降(P—S)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40 mm;

2)ΔSn+1/ΔSn≥2，且经 24 h 尚未达到稳定;

3)25 m以上的非嵌岩桩，P—S曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60～80 mm;

4)在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量>100 mm。

5)桩底支承在坚硬岩(土)层上，桩的沉降量很小时，最大加载量不应小于设计荷载的两倍。

单桩竖向抗压极限承载力可按下列方法综合分析确定:

1)根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型P—S曲线，取其发生明显陡降的起点对应的荷载值;

2)出现终止加载条件第2款情况，取前一级荷载值;

3)对于缓变型P—S曲线可根据沉降量确定，宜取S=40 mm对应的荷载值;当桩长>40 m时，宜考虑桩身弹性压缩量;对直径≥800 mm的桩，可取 S=0.05D(D为桩端直径)对应的荷载值。

4 数据整理与试验结果

为确定单桩承载力特征值，将现场试验数据进行处理，并绘制SYZ1-SYZ3 3根试桩P—S曲线，见图3。

图3 SYZ1-SYZ3号试桩P—S曲线

由试验结果，3根单桩复合地基的最大加载值为2 500 kN，最大沉降量为16.47 mm，P—S曲线为缓变型，无明显陡降段。各桩的单桩承载力特征值见表1。

表1 单桩承载力特征值汇总

5 结论

1)本次试验对3根单桩进行了检测，由试验结果可知3根桩的P—S曲线为缓变型，无明显陡降段，在2 500 kN荷载作用下，最大沉降16.47 mm，最小沉降5.58 mm。综合分析，所检测3根桩承载力特征值满足设计要求。

2)钢筋混凝土桩网结构路基作为一种刚性桩基，桩的承载力由桩侧摩阻力与桩端支撑力共同承担，具有竖向沉降变形小、变形稳定时间短的突出优点，且施工质量易控制，可用于加固高速铁路和客运专线的深厚软弱地基。

［1］肖宏，蒋关鲁，魏永幸，等.遂渝线无砟轨道桩网结构地基处理技术［J］.铁道工程学报，2006(4):22-25.

［2］肖宏，蒋关鲁，魏永幸.遂渝线无砟轨道桩网结构解析计算探讨［J］.铁道建筑，2006(11):93-95.

［3］李毅，邓小卫，邓明高.钢筋混凝土桩网结构加固既有路堤施工技术［C］∥2006年中国交通土建工程学术论文集，2006:776-780.