采用高压旋喷桩加固铁路箱涵的基底应力与沉降计算
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本阶段施工完成后 , 717 m 高程平面已全部闭合 , 工程的主要施工困难已经解决 。
5 相贯式钢管桁架及彩钢板屋面施工
本工程屋盖采用相贯式钢管桁架 ,主桁架最大跨 度为 53 m ,每榀重 13 t。受施工环境条件限制 ,起重机 械设备无法进入场内吊装 。采用的方案是 :钢管桁架 在工厂下料切割加工成杆件后运到工地 ,利用塔吊将 杆件吊运到楼面 ,进行整榀桁架的拼装焊接 ;经对焊缝 等各专项检测合格后 ,用拔杆作为起重工具 ,逐榀吊装 主桁架 ,每榀桁架由二座拔杆施吊 ,分别设置在钢桁架 支点的两端 ,经翻转 、平移 、起吊就位等过程完成安装 ; 次桁架在现场搭设满堂架拼接安装 。
Zhu Zhaobin Yang M ei
摘 要 结合工程实例 ,针对文献 [ 1 ]关于涵洞基础工后沉降的要求 ,对采用高压旋喷桩加固铁路 箱涵的基底应力和沉降进行了计算和分析 ;并对软土地基上铁路箱涵的基底复合地基处理提出了一些 建议 。
关键词 旋喷桩 箱涵 基底应力 沉降计算
随着铁路既有线的提速改造 ,既有铁路道口均需
各土层厚度和物理力学指标如表 1。
表 1 各土层厚度和物理力学指标
层号
土层名称
层厚 ω /m / % e
IP
IL
ES C φ Fak /M Pa / kPa / ( °) / kPa
①
粉质黏土
110 2818 01812 1418 01385 512 2616 1211 95
② - a 淤泥质粉质黏土 611 5214 11459 1519 11828 211 1516 615 55
参考文献
[ 1 ] 铁道部铁运 [ 1999 ]19号 铁路行车设备施工管理办法 [ S] [ 2 ] YB9082—2006 钢骨混凝土结构技术规程 [ S ] [ 3 ] TB10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范 [ S ]
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
区间 长度
走行 时间
平均速度
牵引 时间
/ ( km / h)
/m / s
/s
牵引能耗 / ( kW ·h)
总能耗 / ( kW ·h)
牵引率
11 2 300 17112 481364 48 8714 71283 333 33 131763 368 06 01529 182 487 22 1 600 10714 531631 28 5418 41566 666 66 71014 062 5 01651 072 993 33 1 414 9610 531025 4910 41083 333 33 61469 618 056 01631 155 24
高压旋喷桩是通过高压发生装置 ,使液流获得巨大 能量后 ,经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中 ,以 很高的速度喷射出来 ,形成了一股能量高度集中的液 流 ,直接冲击破坏土体 ,并使浆液与土搅拌混合 ,在土中 凝固为一个具有特殊结构的固结体 ,从而使地基得到加 强 。旋喷注浆时 ,高压喷射流的流态、结构和喷射速度 等基本形态 ,对加固地基的质量和经济效益 ,将起到关 键作用。目前高压旋喷桩的基本工艺类型有 3种 ,即 : 单管旋喷桩 、二重管旋喷桩和三重管旋喷桩 [4 - 5 ] 。
213 复合地基承载力标准值 ( fck )
fck
=
m
R
k d
/Ap
+λ( 1 - m ) fsk
=
0128 ×16514 / (π /4 ×0136) +
013 ×(1 - 0128) ×55 =
17517 kPa > 140 kPa (满足要求 )
3 软弱下卧层检算 [ 3 ]
311 假想基础底面的附加应力 ( Pb )
⑤
粉质黏土
519 2912 01841 1218 01676 712 2614 1416 180
2 复合地基承载力计算 [6 ]
复合地基承载力计算的基本参数如图 1所示 。
图 1 承载力计算 (单位 : cm )
211 单桩承 载力
(
R
k d
)
( 1 )估算法
R 1kd =Up qs l +αqp Ap = π ×016 ×7 ×12 +
5 结论
计算结果的分析 、对比 (平均速度 ,牵引时间 ,牵 引能耗 ,总能耗 ,牵引率 )表明 : 在同样的区间长度范 围内 ,编组方式为 6动 2 拖的编组方式和 4 动 2 拖方 式比较 ,其平均速度较快 ,牵引时间较短 ,牵引能耗较 低 ,总能耗也比较经济 。所以 ,应该说 6动 2拖的编组 形式是比较好的 。
②- b
淤泥
616 5610 11566 1817 11723 212 1418 515 50
② - c 淤泥质粉质黏土 317 4511 11316 1517 11454 211 1817 519 55
④ 淤泥质粉质黏土 613 3819 11123 1415 11202 216 2413 614 65
22 1 600 11019 511938 68 6312 51266 667 71929 34 01664 2
33 1 414 9812 511837 07 5515 41625
71244 27101638 436
图 2 6 动 2 拖编组 V 2S 曲线
表 3 6 动 2 拖牵引计算
区间
骨梁先与 1站台上的两根下短钢柱连接 ,再通过微调 两根下短钢柱的水平位置 ,达到钢骨梁两个短柱与水 平梁同时就位的目的 ;然后先上紧两根下短柱与钢梁 连接螺栓 (这样可防止钢骨梁因连接螺栓安装顺序不 当而产生内部应力 ) ,再安装 2 站台施工缝处的连接 节点 ,最后同时上紧外伸梁连接节点及下短柱与混凝 土柱上预埋的连接螺栓 ;松开吊钩 ,梁安装过程完成 。
6 结束语
高架候车室工程是在边运营边过渡的特殊环境条 件下进行工程施工的 。由于方案合理 ,措施到位 ,运输 及施工安全质量管理严格 ,各种影响因素处于受控状 态 。工程施工过程没有发生质量和施工伤亡 、旅客伤 亡 、铁路行车 、电气化接触网安全事故 ,实现了铁路和 省市领导要求的安全和质量目标 ,是一项在特殊恶劣 施工环境条件下 ,凭借优化的施工组织 ,有序的运输调 度 ,合理的施工过渡 ,成功实现工程安全施工的项目 。
015 ×50 ×π /4 ×0136 = 16514 kPa
(2)试验法
R 2kd = ηquc Ap = 014 ×1 500 ×π /4 ×0136 = 16916 kPa
R
k d
= m in (R 1kd , R 2kd )
= 16514 kPa
212 置换率 (m )
m = nAp /A = ( 40 ×π /4 ×0136) / (5 ×8) = 0128
(上接第 67页 )
312 软弱下卧层检算
γ( h +ζ) +α(σh - γh) =
2414 + 17 ×(16 - 0145) = 28818 kPa
[σ ]
=
σ 0
+ K2γ2 ( h
-
3)
= 50 + 17 ×115 ×
66
铁 道 勘 察
2008年第 1期
采用高压旋喷桩加固铁路箱涵的基底应力与沉降计算
朱兆斌 杨 玫
(杭州铁路设计院 , 浙江杭州 310006)
Ca lcula tion on Founda tion Bottom Stress and Settlemen t w ith H igh2 Pressure Jet2Grouted P iles to Re inforce Ra ilway Box Beam s and Culverts
收稿日期 : 2007211229 第一作者简介 :朱兆斌 (1977—) ,男 , 1999 年毕业于兰州铁道学院桥梁 工程专业 ,工学学士 ,工程师 。
进行“平交改立交 ”的全封闭改造工程 。浙江省境内 的萧甬线 、金温线及宣杭线等既有路基下广泛分布着 软土地基 。针对这一现状 ,箱底地基土的加固通常采 用压入预制钢筋混凝土方桩 、静压注浆及高压旋喷桩
根据文献 [ 1 ]:“涵洞基础应计算工后沉降 ,其工 后沉降量不应大于 100 mm。涵洞的工后沉降量不满 足上述要求时 ,应进行地基处理 ”。这是本次修改规 范区别文献 [ 2 ]的新增条目之一 。目前不少设计人员 对之重视不够 ,往往仅侧重于箱身基底复合承载力的 计算而疏忽了沉降量计算 。尤其当软土地基较深而高 压旋喷桩又不能穿透软土层时 ,复合地基的沉降量就 可能超过规范允许值 。本文结合工程实例 ,分别从复 合地基承载力控制和复合地基沉降控制两方面计算了 设计桩长 ,并进行了比较和分析 。
本工程为彩钢板屋面 。设计立面舒展平缓 ,屋面 坡度仅为 215% ～4% ,单向排水长度达 60 m。若按通
常搭接 ,彩钢板接头处极易形成倒灌水 。从彩钢板制 作工艺入手来解决这个问题 :将轧板机床运到工地 ,在 现场轧制成 60 m 通长槽板 ,然后从屋顶往 6道外侧拉 支撑锚缆 ,将制作好的通长槽板平行拉到屋面安装 。 这样就消除了彩板接头 ,避免了整个屋面排水方向因 搭接点多而产生的渗漏水现象的产生 ,解决了屋面排 水坡度不足的问题 。
Pb = Pab / ( ( a + 2h tanφ) ( b + 2h tanφ) ) = 140 ×5 ×8 / ( (5 + 2 ×12 ×tan20°) (8 + 2 ×12 ×tan20°) ) = 2414 kPa (下转第 84页 )
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
84
铁 道 勘 察
2008年第 1期
图 1 4 动 2 拖编组 V S 曲线
表 2 4 动 2 拖牵引计算
区间
区间长 度 /m
走行时 间 /s
ห้องสมุดไป่ตู้
平均速度 / ( km / h)
牵引时 间 /s
牵引能耗 / ( kW ·h)
总能耗 / ( kW ·h)
牵引率
11 2 300 17412 471531 57 9116 71633 333 141275 69 01534 708
参考文献
[ 1 ] 唐明辉 ,等. 城市轨道交通列车编组形式与牵引电机的选择 [ J ]. 北京 :城市轨道车辆 , 2005
[ 2 ] TB1407—1998 列车牵引计算规程 [ S] [ 3 ] 石红国 ,彭其渊 ,郭寒英. 城市轨道交通牵引计算模型 [ J ]. 交通运
输工程学报 , 2005
1 工程概况
宁波北仑大工业深度净化水管工程是为北仑区大 工业配套的重点项目之一 。根据规划走向 ,该管道需 从位于铁路北仑站北侧铁路的 K183 + 220 处穿越 。 新建 1 315 ×210 m 箱涵作为宁波北仑大工业深度净 化水管过铁路之用 。箱涵中心线与既有铁路中心线正 交 ,箱涵箱身总长 8 m。根据本工程的“岩土工程勘察 报告 (详勘 ) ”可知 ,本箱涵基底处于第 ② - a层淤泥质 粉质黏土 ,为典型的软弱地基土 ,具含水量高 、孔隙比 大 、压缩性高 、灵敏度高 、抗剪强度小 、承载能力差等特 点 ,其地基土的基本承载力仅为 55 kPa。设计采用 <60 cm 的高压旋喷桩加固箱底地基 ,有效桩长 12 m , 桩间距按 100 cm ×100 cm 矩阵式布置 。
采用高压旋喷桩加固铁路箱涵的基底应力与沉降计算 :朱兆斌 杨 玫
67
等几种复合地基处理方案 。对于跨径 ≤410 m 的箱 涵 ,通常其通行净高 ≤215 m ,若采用压入预制钢筋混 凝土方桩则势必多次接桩 ,不仅对施工质量要求比较 高 ,而且也影响了施工进度 。对于目前繁忙的既有线 而言 ,这样的施工方案并不是最优的 。若采用静压注 浆 ,由于软土地基的含泥量较大 ,使得浆液不能均匀渗 透 ,其加固的效果较差 。高压旋喷桩基本克服了上述 的两个弊端 。对于既有线“平交改立交 ”这类工期要 求紧 、列车慢行时间短的工程而言 ,采用高压旋喷桩进 行加固不失为一种合理方案 。
5 相贯式钢管桁架及彩钢板屋面施工
本工程屋盖采用相贯式钢管桁架 ,主桁架最大跨 度为 53 m ,每榀重 13 t。受施工环境条件限制 ,起重机 械设备无法进入场内吊装 。采用的方案是 :钢管桁架 在工厂下料切割加工成杆件后运到工地 ,利用塔吊将 杆件吊运到楼面 ,进行整榀桁架的拼装焊接 ;经对焊缝 等各专项检测合格后 ,用拔杆作为起重工具 ,逐榀吊装 主桁架 ,每榀桁架由二座拔杆施吊 ,分别设置在钢桁架 支点的两端 ,经翻转 、平移 、起吊就位等过程完成安装 ; 次桁架在现场搭设满堂架拼接安装 。
Zhu Zhaobin Yang M ei
摘 要 结合工程实例 ,针对文献 [ 1 ]关于涵洞基础工后沉降的要求 ,对采用高压旋喷桩加固铁路 箱涵的基底应力和沉降进行了计算和分析 ;并对软土地基上铁路箱涵的基底复合地基处理提出了一些 建议 。
关键词 旋喷桩 箱涵 基底应力 沉降计算
随着铁路既有线的提速改造 ,既有铁路道口均需
各土层厚度和物理力学指标如表 1。
表 1 各土层厚度和物理力学指标
层号
土层名称
层厚 ω /m / % e
IP
IL
ES C φ Fak /M Pa / kPa / ( °) / kPa
①
粉质黏土
110 2818 01812 1418 01385 512 2616 1211 95
② - a 淤泥质粉质黏土 611 5214 11459 1519 11828 211 1516 615 55
参考文献
[ 1 ] 铁道部铁运 [ 1999 ]19号 铁路行车设备施工管理办法 [ S] [ 2 ] YB9082—2006 钢骨混凝土结构技术规程 [ S ] [ 3 ] TB10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范 [ S ]
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
区间 长度
走行 时间
平均速度
牵引 时间
/ ( km / h)
/m / s
/s
牵引能耗 / ( kW ·h)
总能耗 / ( kW ·h)
牵引率
11 2 300 17112 481364 48 8714 71283 333 33 131763 368 06 01529 182 487 22 1 600 10714 531631 28 5418 41566 666 66 71014 062 5 01651 072 993 33 1 414 9610 531025 4910 41083 333 33 61469 618 056 01631 155 24
高压旋喷桩是通过高压发生装置 ,使液流获得巨大 能量后 ,经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中 ,以 很高的速度喷射出来 ,形成了一股能量高度集中的液 流 ,直接冲击破坏土体 ,并使浆液与土搅拌混合 ,在土中 凝固为一个具有特殊结构的固结体 ,从而使地基得到加 强 。旋喷注浆时 ,高压喷射流的流态、结构和喷射速度 等基本形态 ,对加固地基的质量和经济效益 ,将起到关 键作用。目前高压旋喷桩的基本工艺类型有 3种 ,即 : 单管旋喷桩 、二重管旋喷桩和三重管旋喷桩 [4 - 5 ] 。
213 复合地基承载力标准值 ( fck )
fck
=
m
R
k d
/Ap
+λ( 1 - m ) fsk
=
0128 ×16514 / (π /4 ×0136) +
013 ×(1 - 0128) ×55 =
17517 kPa > 140 kPa (满足要求 )
3 软弱下卧层检算 [ 3 ]
311 假想基础底面的附加应力 ( Pb )
⑤
粉质黏土
519 2912 01841 1218 01676 712 2614 1416 180
2 复合地基承载力计算 [6 ]
复合地基承载力计算的基本参数如图 1所示 。
图 1 承载力计算 (单位 : cm )
211 单桩承 载力
(
R
k d
)
( 1 )估算法
R 1kd =Up qs l +αqp Ap = π ×016 ×7 ×12 +
5 结论
计算结果的分析 、对比 (平均速度 ,牵引时间 ,牵 引能耗 ,总能耗 ,牵引率 )表明 : 在同样的区间长度范 围内 ,编组方式为 6动 2 拖的编组方式和 4 动 2 拖方 式比较 ,其平均速度较快 ,牵引时间较短 ,牵引能耗较 低 ,总能耗也比较经济 。所以 ,应该说 6动 2拖的编组 形式是比较好的 。
②- b
淤泥
616 5610 11566 1817 11723 212 1418 515 50
② - c 淤泥质粉质黏土 317 4511 11316 1517 11454 211 1817 519 55
④ 淤泥质粉质黏土 613 3819 11123 1415 11202 216 2413 614 65
22 1 600 11019 511938 68 6312 51266 667 71929 34 01664 2
33 1 414 9812 511837 07 5515 41625
71244 27101638 436
图 2 6 动 2 拖编组 V 2S 曲线
表 3 6 动 2 拖牵引计算
区间
骨梁先与 1站台上的两根下短钢柱连接 ,再通过微调 两根下短钢柱的水平位置 ,达到钢骨梁两个短柱与水 平梁同时就位的目的 ;然后先上紧两根下短柱与钢梁 连接螺栓 (这样可防止钢骨梁因连接螺栓安装顺序不 当而产生内部应力 ) ,再安装 2 站台施工缝处的连接 节点 ,最后同时上紧外伸梁连接节点及下短柱与混凝 土柱上预埋的连接螺栓 ;松开吊钩 ,梁安装过程完成 。
6 结束语
高架候车室工程是在边运营边过渡的特殊环境条 件下进行工程施工的 。由于方案合理 ,措施到位 ,运输 及施工安全质量管理严格 ,各种影响因素处于受控状 态 。工程施工过程没有发生质量和施工伤亡 、旅客伤 亡 、铁路行车 、电气化接触网安全事故 ,实现了铁路和 省市领导要求的安全和质量目标 ,是一项在特殊恶劣 施工环境条件下 ,凭借优化的施工组织 ,有序的运输调 度 ,合理的施工过渡 ,成功实现工程安全施工的项目 。
015 ×50 ×π /4 ×0136 = 16514 kPa
(2)试验法
R 2kd = ηquc Ap = 014 ×1 500 ×π /4 ×0136 = 16916 kPa
R
k d
= m in (R 1kd , R 2kd )
= 16514 kPa
212 置换率 (m )
m = nAp /A = ( 40 ×π /4 ×0136) / (5 ×8) = 0128
(上接第 67页 )
312 软弱下卧层检算
γ( h +ζ) +α(σh - γh) =
2414 + 17 ×(16 - 0145) = 28818 kPa
[σ ]
=
σ 0
+ K2γ2 ( h
-
3)
= 50 + 17 ×115 ×
66
铁 道 勘 察
2008年第 1期
采用高压旋喷桩加固铁路箱涵的基底应力与沉降计算
朱兆斌 杨 玫
(杭州铁路设计院 , 浙江杭州 310006)
Ca lcula tion on Founda tion Bottom Stress and Settlemen t w ith H igh2 Pressure Jet2Grouted P iles to Re inforce Ra ilway Box Beam s and Culverts
收稿日期 : 2007211229 第一作者简介 :朱兆斌 (1977—) ,男 , 1999 年毕业于兰州铁道学院桥梁 工程专业 ,工学学士 ,工程师 。
进行“平交改立交 ”的全封闭改造工程 。浙江省境内 的萧甬线 、金温线及宣杭线等既有路基下广泛分布着 软土地基 。针对这一现状 ,箱底地基土的加固通常采 用压入预制钢筋混凝土方桩 、静压注浆及高压旋喷桩
根据文献 [ 1 ]:“涵洞基础应计算工后沉降 ,其工 后沉降量不应大于 100 mm。涵洞的工后沉降量不满 足上述要求时 ,应进行地基处理 ”。这是本次修改规 范区别文献 [ 2 ]的新增条目之一 。目前不少设计人员 对之重视不够 ,往往仅侧重于箱身基底复合承载力的 计算而疏忽了沉降量计算 。尤其当软土地基较深而高 压旋喷桩又不能穿透软土层时 ,复合地基的沉降量就 可能超过规范允许值 。本文结合工程实例 ,分别从复 合地基承载力控制和复合地基沉降控制两方面计算了 设计桩长 ,并进行了比较和分析 。
本工程为彩钢板屋面 。设计立面舒展平缓 ,屋面 坡度仅为 215% ～4% ,单向排水长度达 60 m。若按通
常搭接 ,彩钢板接头处极易形成倒灌水 。从彩钢板制 作工艺入手来解决这个问题 :将轧板机床运到工地 ,在 现场轧制成 60 m 通长槽板 ,然后从屋顶往 6道外侧拉 支撑锚缆 ,将制作好的通长槽板平行拉到屋面安装 。 这样就消除了彩板接头 ,避免了整个屋面排水方向因 搭接点多而产生的渗漏水现象的产生 ,解决了屋面排 水坡度不足的问题 。
Pb = Pab / ( ( a + 2h tanφ) ( b + 2h tanφ) ) = 140 ×5 ×8 / ( (5 + 2 ×12 ×tan20°) (8 + 2 ×12 ×tan20°) ) = 2414 kPa (下转第 84页 )
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
84
铁 道 勘 察
2008年第 1期
图 1 4 动 2 拖编组 V S 曲线
表 2 4 动 2 拖牵引计算
区间
区间长 度 /m
走行时 间 /s
ห้องสมุดไป่ตู้
平均速度 / ( km / h)
牵引时 间 /s
牵引能耗 / ( kW ·h)
总能耗 / ( kW ·h)
牵引率
11 2 300 17412 471531 57 9116 71633 333 141275 69 01534 708
参考文献
[ 1 ] 唐明辉 ,等. 城市轨道交通列车编组形式与牵引电机的选择 [ J ]. 北京 :城市轨道车辆 , 2005
[ 2 ] TB1407—1998 列车牵引计算规程 [ S] [ 3 ] 石红国 ,彭其渊 ,郭寒英. 城市轨道交通牵引计算模型 [ J ]. 交通运
输工程学报 , 2005
1 工程概况
宁波北仑大工业深度净化水管工程是为北仑区大 工业配套的重点项目之一 。根据规划走向 ,该管道需 从位于铁路北仑站北侧铁路的 K183 + 220 处穿越 。 新建 1 315 ×210 m 箱涵作为宁波北仑大工业深度净 化水管过铁路之用 。箱涵中心线与既有铁路中心线正 交 ,箱涵箱身总长 8 m。根据本工程的“岩土工程勘察 报告 (详勘 ) ”可知 ,本箱涵基底处于第 ② - a层淤泥质 粉质黏土 ,为典型的软弱地基土 ,具含水量高 、孔隙比 大 、压缩性高 、灵敏度高 、抗剪强度小 、承载能力差等特 点 ,其地基土的基本承载力仅为 55 kPa。设计采用 <60 cm 的高压旋喷桩加固箱底地基 ,有效桩长 12 m , 桩间距按 100 cm ×100 cm 矩阵式布置 。
采用高压旋喷桩加固铁路箱涵的基底应力与沉降计算 :朱兆斌 杨 玫
67
等几种复合地基处理方案 。对于跨径 ≤410 m 的箱 涵 ,通常其通行净高 ≤215 m ,若采用压入预制钢筋混 凝土方桩则势必多次接桩 ,不仅对施工质量要求比较 高 ,而且也影响了施工进度 。对于目前繁忙的既有线 而言 ,这样的施工方案并不是最优的 。若采用静压注 浆 ,由于软土地基的含泥量较大 ,使得浆液不能均匀渗 透 ,其加固的效果较差 。高压旋喷桩基本克服了上述 的两个弊端 。对于既有线“平交改立交 ”这类工期要 求紧 、列车慢行时间短的工程而言 ,采用高压旋喷桩进 行加固不失为一种合理方案 。