津?yàn)I輕軌地基沉降控制研究
摘 要:為了滿足津?yàn)I輕軌軌道構(gòu)造的要求和避免過大增加梁部構(gòu)造的投資,科學(xué)地控制地基的沉降量,不僅為合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、減小梁部結(jié)構(gòu)的投資提供依據(jù),而且還為無碴無縫線路的順利鋪設(shè)和正常使用提供保證,達(dá)到提高軟土地基上橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的目的。關(guān)鍵詞:津?yàn)I輕軌; 高架橋梁; 地基沉降; 控制
1 概述
(1) 津?yàn)I輕軌工程地質(zhì)特點(diǎn)
津?yàn)I輕軌起點(diǎn)位天津市區(qū),終點(diǎn)為天津?yàn)I海新區(qū), 經(jīng)過地區(qū)處于海河沖積平原與濱海相銜接處,按大的地貌單元可分為沖積平原和濱海平原。地形平坦,地勢低平。地下水位埋深較淺,沿線分布了較多的粉砂、細(xì)砂,均為地震可液化層,局部地段具有地震液化現(xiàn)象。沿線地層簡單,第四系地層廣泛發(fā)育,地層分布從上到下依次為人工堆積層、新近沉積層、上部陸相層、第一海相層、中上部陸相層、上部及中上部地層廣泛沉積有幾十米厚的軟土。其工程范圍水文地質(zhì)條件為: 地表以松散沉積物夾積的典型堆積平原地貌為基本特征,以黏土、亞黏土為主,河床及古河道穿過地區(qū)粉細(xì)砂、粉砂等細(xì)粒堆積,地貌形成年代顯示地貌類型為全新世中晚期。由于地勢低平,地下水及地表水排泄不暢,地下水一般埋深0. 5～1. 5 m 。
(2) 津?yàn)I輕軌的技術(shù)特點(diǎn)
津?yàn)I輕軌橋上采用無碴無縫線路,其特殊的構(gòu)造要求橋梁各種豎向位移之和不得超過2 cm 。津?yàn)I輕軌常規(guī)橋梁采用混凝土連續(xù)梁,過大的地基差異沉降將使梁部結(jié)構(gòu)內(nèi)力增加,從而導(dǎo)致梁部結(jié)構(gòu)增加投資。為了滿足軌道構(gòu)造的要求和避免過大增加梁部構(gòu)造的投資,必須對(duì)地基的差異沉降量加以控制。
(3) 津?yàn)I輕軌地基沉降控制研究的意義
津?yàn)I輕軌橋上采用的無碴無縫線路和常規(guī)橋梁采用的混凝土連續(xù)梁,均對(duì)地基的沉降有較高的要求。科學(xué)地控制地基的沉降量,不僅為合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、減小梁部結(jié)構(gòu)的投資提供依據(jù),而且還為無碴無縫線路的順利鋪設(shè)和正常使用提供保證,達(dá)到提高軟土地基上橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的目的。
2 地基沉降計(jì)算原理和計(jì)算方法
(1) 地基沉降計(jì)算基本原理
由于接觸壓力的作用,在地基中將引起荷載壓力, 從而導(dǎo)致地基變形。在荷載作用下,當(dāng)土中剪應(yīng)力小于土的抗剪強(qiáng)度時(shí),土的骨架只產(chǎn)生壓縮變形,這類變形是有限的,其結(jié)果是地表產(chǎn)生有限的下沉,稱之為沉降。地基受到相同荷載作用所產(chǎn)生的沉降,隨土性質(zhì)而有差別,這些差別不僅表現(xiàn)在總沉降量上,而且也反映在沉降速度上。一般來說,在荷載作用下,地基沉降包括3 部分:當(dāng)荷載剛剛加上時(shí),在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降,是地基土骨架在3 個(gè)軸上產(chǎn)生彈性或非彈性變形的結(jié)果;其次是主固結(jié)沉降(也叫滲透固結(jié)沉降),它是飽和黏性地基土在荷載作用下,孔隙水被擠出而產(chǎn)生滲透固結(jié)的結(jié)果;再次是次固結(jié)沉降,它是上述地基孔隙水基本停止擠出后,顆粒和結(jié)合水之間的剩余應(yīng)力還在調(diào)整而引起的沉降。砂土地基和非飽和黏性土地基,主要是瞬時(shí)沉降。建于黏性土上的基礎(chǔ)在施工期間只完成總沉降量的一部分,即瞬時(shí)沉降,它的沉降主要屬于固結(jié)沉降,隨時(shí)間變化逐漸產(chǎn)生。因此,在建筑物使用期間仍然會(huì)發(fā)生沉降,值得深入研究,以便找出解決問題的辦法。
(2) 地基沉降計(jì)算基本方法瞬時(shí)沉降,一般采用彈性理論的公式,指標(biāo)采用不排水的初始切線彈性模量及不排水的泊桑比值。對(duì)于正常固結(jié)粘性土的固結(jié)沉降, 一般采用分層總和計(jì)算法, 計(jì)算時(shí)采用的基本假定: ① 地基壓縮時(shí), 只產(chǎn)生豎向變形而無側(cè)向膨脹,與實(shí)驗(yàn)室土樣壓縮試驗(yàn)區(qū)的一致; ② 根據(jù)基礎(chǔ)下各點(diǎn)處因基礎(chǔ)底面處作用的附加壓力σz(0)(該σz(0)=σh-γh, 這里的σh 可根據(jù)需要取為墩臺(tái)使基礎(chǔ)底面中心或前后邊緣處產(chǎn)生的壓應(yīng)力,γ 為基礎(chǔ)底面高程以上土的容重; h 為基礎(chǔ)底面至地面的深度) 進(jìn)行沉降計(jì)算; ③ 基礎(chǔ)最終沉降量等于基礎(chǔ)底面下壓縮土層范圍內(nèi)各薄層壓縮量之總和。對(duì)于軟土地基,因土的蠕變而產(chǎn)生次固結(jié)沉降,或稱蠕變變形。由于次固結(jié)沉降變形在主固結(jié)期即已開始,兩者很難截然分開,但其沉降量占總沉降量的比例很小,在工程設(shè)計(jì)中通常忽略不計(jì)。
(3) 地基沉降量計(jì)算方法選擇
地基總沉降量的計(jì)算方法選擇:在工程設(shè)計(jì)中一般采用分層總和法計(jì)算地基總沉降量,不同部門、不同行業(yè)編制的設(shè)計(jì)規(guī)范,根據(jù)各自的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),某些參數(shù)采用了不同的數(shù)值。在津?yàn)I輕軌的橋梁設(shè)計(jì)中,仍將采用分層總和法計(jì)算地基總沉降量。為了合理計(jì)算地基總沉降量,擬采用《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002. 5 99) 、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50007 2002) 、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ 94 94) 中的方法計(jì)算比較,以期得到合理的計(jì)算結(jié)果。地基工后的沉降量計(jì)算方法選擇:一般地,飽和黏性土地基的固結(jié)沉降需要幾年、甚至幾十年才能完成。由于飽和黏性土地基的總沉降量主要由固結(jié)沉降組成,因此,工后沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的正常使用和安全構(gòu)成威脅。津?yàn)I輕軌的橋梁工程設(shè)計(jì)中,擬采用在工程設(shè)計(jì)中常用的太沙基的一維固結(jié)理論計(jì)算。差異沉降量計(jì)算方法選擇:津?yàn)I輕軌的橋梁工程設(shè)計(jì)中,常規(guī)橋梁大量地采用混凝土連續(xù)梁。由于各個(gè)橋墩的基礎(chǔ)所處的地基條件不盡相同,基礎(chǔ)承受的荷載也不盡相同,因此,地基的沉降必然有所不同。為了盡量涵蓋津?yàn)I輕軌橋梁工程遇到的最不利情況,擬采用不同的地基和荷載條件,采用分層總和法計(jì)算其地基總沉降量,取其最不利者,以便能夠涵蓋差異沉降量。
3 研究范圍
(1) 橋跨的結(jié)構(gòu)形式
津?yàn)I輕軌常規(guī)橋梁大量采用3 25 m 的連續(xù)箱梁,為了使計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)更貼近,代表性更強(qiáng),因此采用3 25 m 的連續(xù)梁作為計(jì)算模型進(jìn)行沉降計(jì)算。
(2) ) 基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式
采用<80 cm 的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
(3) 地基土類別樁尖以下,黏性土可以分為黏土、粉質(zhì)黏土。
4 主要計(jì)算結(jié)果
(1) 總沉降量
① 樁尖持力層為黏土的總沉降計(jì)算
計(jì)算時(shí)采用ZD 137 的地質(zhì)資料,分別對(duì)3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的3 個(gè)橋墩的樁基總沉降進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算時(shí)分別采用了《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》( TB10002. 5 99) 和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50007 2002) ,以資比較。
② 樁尖持力層為粉質(zhì)粘土的沉降計(jì)算
計(jì)算時(shí)采用ZD 118 的地質(zhì)資料,分別對(duì)3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的3 個(gè)橋墩的樁基總沉降進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算時(shí)分別采用了《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002. 5 99) 和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ 94 94) ,以資比較。
(2) 差異沉降量
① 當(dāng)橋梁樁基礎(chǔ)位于同種土層時(shí),同種計(jì)算方法計(jì)算出的最大差異沉降量如下: 黏土?xí)r為0. 34 cm , 采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50007 2002) 計(jì)算; 粉質(zhì)黏土為0. 55 cm , 采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ 94 94) 計(jì)算。
② 當(dāng)橋梁樁基礎(chǔ)位于異種土層時(shí),同種計(jì)算方法計(jì)算出的最大差異沉降量如下: 《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002. 5 99) 0.74 cm(ms = 1)
原作者：張智新
