夯扩桩在宁夏平原高铁梁场地基处理中的应用

王 军 海

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001)

夯扩桩在宁夏平原高铁梁场地基处理中的应用

王 军 海

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001)

由于修建银西铁路(银川到西安高速铁路)需要在宁夏平原一带设置制梁场。在场址范围通过详细的地质勘测，结合宁夏平原的地质特点，经计算验证，采用夯扩桩加固地基。总结了采用夯扩桩处理制梁场地基的成功经验，为其他类似项目提供借鉴和参考。

夯扩桩，宁夏平原，高铁，梁场

银西铁路(西安到银川高速铁路)南起西北地区中心城市西安，向西北经陕西省咸阳市、甘肃省庆阳市、宁夏自治区吴忠市后接入宁夏回族自治区首府银川市，线路运营长度632.76 km(西安站至银川站)，正线长度597.96 km(茂陵站至银川站)。银西铁路为宁夏第一条高铁，也是宁夏平原第一次建设高铁制梁场。本文所述梁场计划建在宁夏吴忠市杨马湖一带。通过本梁场的成功经验，为其他类似梁场建设提供参考。

1 宁夏平原概况

宁夏平原位于宁夏回族自治区中部黄河两岸。北起石嘴山，南止黄土高原，东到鄂尔多斯高原，西接贺兰山。面积1.7万km2，滔滔黄河斜贯其间，形成了大面积的自流灌溉区。

宁夏属中温带干旱、半干旱大陆性高原气候区。本场区岩土以粉质黏土、粉土、粉砂及细砂为主，组成了多层结构的含水层。地下水主要为第四系沉积物中的孔隙水，相对隔水层为粉质黏土。地下水位很高，根据季节不同在1 m～2 m左右变化。其中侧向径流补给和大气降水是地下水主要的补给源。

2 梁场概况

本制梁场承担本标段7座特大桥、大桥、中桥简支箱梁预制。制梁场拟设置在吴忠南特大桥附近，正线DK548+825处，线路左侧。共计制梁606孔，其中24 m简支箱梁51孔，32 m简支箱梁555孔。

3 地质情况

对场地各土层原位测试修正击数、地基土承载力及其修正系数统计见表1。

表1 承载力计算表

根据野外钻探和原位测试结果、结合室内土工试验成果，对各土层物理力学性质指标进行分析、综合、剔除个别异常数据后分层统计计算。

拟建场区为抗震设防8度区，本次勘察结果表明，本场地地形地貌较简单，岩土种类较多，持力层及主要受力层分布较连续，稳定性一般。

场区为液化场地，无岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区、地面沉降、地裂缝等其他不良地质作用。

场区内无浅埋的全新活动断裂和发震断裂，无需避让。场地内无埋藏的河道、沟滨、墓穴、防空洞、孤石、溶洞等问题；根据周边环境，地基条件无发生显著变化的可能。

综合上述场地环境、工程地质条件、地震稳定性评价，本场地经处理后适宜进行本梁场的建设。

4 载体夯扩桩设计及施工

4.1载体夯扩桩基础设计

31.5 m制梁台座端部基础3 m范围内采用夯扩桩处理，桩径400 mm，设置8根，边条基各设3根，中条基设2根。其余部分铺设20 cm碎石垫层，原地基及碎石垫层处理后的地基压实系数不宜小于0.94。

本工程以④层粉质黏土或⑤层中密～密实细砂层作为桩端持力层考虑，底部扩大头直径为600 mm，夯扩长度为1.5 m，桩端进入持力层不小于3 m；单桩竖向承载力设计值为720 kN，桩长约19 m。钢筋笼主筋6根HRB400直径为12 mm，螺旋筋为φ6@100/300，加劲箍12@2 000，钢筋保护层厚度为40 mm。混凝土标号采用C25,见图1。

4.2夯扩桩施工

1)工艺流程：施工放线→桩机就位→双管沉管→双管拔管(浇桩扩大头混凝土)→利用内夯管夯扩→灌注桩身混凝土(安放钢筋笼)→成桩。

2)施工注意事项：桩机在施工前要进行调试，就位调整垂直，使桩机护筒对准桩位。要保持护筒垂直，利用桩机的反压装置和锤击使护筒进入土层中，并控制好护筒底部标高。根据地层的性质控制干硬混凝土填入量，使填入地层中的填料夯击，形成桩端扩大头。填夯干硬性混凝土，每次填夯2锨～5锨，共填夯0.3 m3干硬性混凝土。干硬性混凝土的标准是手握成团一捻就开。并使混凝土上标高距护筒底标高不大于5 cm。提出锤，放入钢筋笼，检查标高。灌注混凝土，并满足最小灌注量。提出锤进行振捣，振捣棒要快插慢拔，振捣深度不小于2 m。单桩完整性、承载力检测的方法可采用低应变动测和静载荷载试验。应避免桩机或车辆靠混凝土强度低的桩行走，并避免人为的操作失误。

5 制梁台座设计

5.1制梁台座平面布置

32 m制梁台座设10个，32 m/24 m共用制梁台座设1个。台座宽4.6 m，高度为0.8 m。台座顺45 t门吊轨道纵向布置，利于模板的装拆及钢绞线张拉操作。

5.2制梁台座基础形式

制梁台座为C30钢筋混凝土筏板，其结构为长33.2 m、宽5.2 m、高0.3 m的钢筋混凝土结构。其主要受力钢筋为上下两层钢筋网片，通过竖向联系钢筋构成整体式钢筋骨架，见图2。

5.3制梁台座检算

5.3.1荷载计算

1)浇筑施工阶段。

条基荷载计算：依据通桥(2016)2321A-Ⅱ中梁型，分别求出梁端截面、距梁端2.4 m段截面、距梁端3.45 m段截面、距梁端4.5 m段截面，沿纵向取1 m长度求其传递到支点上的荷载，见图3，表2。

表2 1 m梁段所传递的混凝土荷载 kN

内模支点荷载计算：

每1 m段混凝土传递到内模支撑点的线荷载：

梁端：q1=1.2×2.651 6×2.6+1.4×1×4.432=88.94 kN/m；

距梁端2.4 m段：q2=1.2×2.449 1×26+1.4×1×4.848=83.20 kN/m；

距梁端3.45 m段：q3=1.2×2.170 8×26+1.4×1×5.294=75.14 kN/m；

距梁端4.5 m段：q4=1.2×2.013×26+1.4×1×5.772=70.89 kN/m。

考虑模板荷载后，经计算泄水管处支腿荷载如图4所示。

2)预张拉前阶段。

浇筑梁体完毕，尚未张拉时，设计荷载均布作用于制梁台座上。

每1 m段混凝土传递到制梁台座上的线荷载：

梁端：q1=1.2×14.501 801×26=452.46 kN/m;

距梁端2.4 m段：q2=1.2×12.888 657×26=402.13 kN/m;

距梁端3.45 m段：q3=1.2×10.891 231×26=339.81 kN/m;

距梁端4.5 m段：q4=1.2×9.002 688×26=280.88 kN/m。

3)初张拉后阶段。

台座上混凝土梁张拉完毕尚未提梁时，箱梁结构自重荷载集中作用于制梁台座两端。

5.3.2内力计算

1)浇筑施工阶段。

基床系数：桩基端部3 m范围内的基床系数取150 000 kN/m3，基床系数分别取15 000 kN/m3，25 000 kN/m3，35 000 kN/m3进行复核。

计算结果见表3。

表3 计算结果表(一)

2)预张拉前阶段。

基床系数：桩基端部3 m范围内的基床系数取150 000 kN/m3,基床系数分别取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3进行复核。

计算结果见表4。

表4 计算结果表(二)

3)初张拉后阶段。

基床系数：桩基端部3 m范围内的基床系数取150 000 kN/m3,基床系数分别取15 000 kN/m3,25 000 kN/m3,35 000 kN/m3进行复核。

有限元模型：为确定集中荷载在梁端产生的内力，建立有限元模型，如图5所示。

计算结果见表5。

表5 计算结果表(三)

5.3.3地基承载力验算

对地基进行压实处理，并达到70 kPa。

5.3.4截面承载力验算

1)正截面承载力复核。

箍筋按构造要求进行配筋，采用HPB300，直径采用8 mm，间距为300 mm。

2)横向配筋验算。

每米宽板的线荷载：66.0×1=66.0 kN/m。

经计算，每米宽板受到的内力：M=15.2 kN·m,V=56.3 kN。

V=56.3 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 000×365=365.4 kN,横向承载力满足要求。

3)斜截面抗剪验算。

依据GB 5007—2010建筑地基基础设计规范8.4.10条，Vs=1 100.6 kN≤0.7βhsftbwh0=0.7×1.0×1.43×1 500×1 050=1 576.6 kN,斜截面抗剪满足要求。

6 结语

根据宁夏平原的地质特点，结合银西铁路制梁场的要求，经过验算，设计，完成制梁台座的施工，经过制梁检验，证明采用夯扩桩地基处理，筏板式基础完全可以满足高铁制梁需要。

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RammedpileinNingxiaplainhigh-speedrailwayfoundationtreatment

WangJunhai

(ChinaRailwayNo.3EngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Construction of Yin-Xi Railway (Yinchuan to Xi’an high-speed railway) needs to set up a beam fabricating yard in the plain area of Ningxia. Combined with the geological characteristics of Ningxia plain, the project can adopt ramming-reamed pile to reinforce the foundation after detailed geological survey, calculation and verification in the site range. This paper summarizes the successful experience of using rammed pile to deal with the foundation of the beam foundation, and provides reference for other similar projects.

rammed pile, Ningxia plain, high-speed railway, beam field

1009-6825(2017)32-0054-03

2017-09-03

王军海(1978- )，男，高级工程师

TU473.1

A