客運專線900t箱梁預制場制（存）梁臺座擴大基礎處理方案研究

趙根田 中鐵六局集團豐橋公司 100070

客運專線900t箱梁預制場制（存）梁臺座擴大基礎處理方案研究

趙根田 中鐵六局集團豐橋公司 100070

為保證箱梁預制及存放達到規定的平整量要求，防止箱梁受扭開裂，客運專線雙線整孔簡支箱梁預制場制（存）梁臺座基礎需采用恰當的方案進行地基處理。

本文結合京滬高速鐵路箱梁場工程實例，通過采用擴大基礎方案處理臺座基礎，在充分的理論計算基礎上，結合現場實際，闡述了地基基礎處理的實施過程。并通過使用過程中的沉降監測與調整，驗證了擴大基礎處理方案的合理性，為快速、經濟地建設箱梁預制場提供了參考。

箱梁；臺座；擴大基礎；地基處理

1 概述

我國新建客運專線及高速鐵路建設中，大量采用了無碴軌道后張法預應力混凝土雙線整孔簡支箱梁。

箱梁預制場建設中，制（存）梁臺座的基礎承載力和沉降是否滿足規范規定的相關技術要求，其地基處理方案的設計與實施事關成敗。

根據地質條件的不同，箱梁預制場制（存）梁臺座基礎處理方案主要采用樁基礎和擴大基礎處理方案。樁基礎方案中主要采用的有鉆孔樁基礎、管樁基礎、沉管灌注樁基礎、CFG樁基礎、粉噴樁基礎等。擴大基礎處理方案中按基礎形式主要采用筏板基礎和條形基礎形式等；按地基處理方式主要采用強夯處理基礎、灰土換填基礎、級配砂礫換填基礎等。

如何因地制宜地選擇臺座基礎處理方案，不僅要滿足技術要求，同時還得做到經濟節省、便于施工等。

本文擬結合京滬高速鐵路箱梁場工程實例，通過采用擴大基礎方案處理臺座基礎，在充分的理論計算基礎上，結合現場實際，闡述地基基礎處理的實施過程。并通過使用過程中的沉降監測與調整，驗證擴大基礎處理方案的合理性，為快速、經濟地建設箱梁預制場提供參考。

2 采取的研究方法

先期調研了國內多處箱梁預制場的臺座基礎處理方案的技術現狀，收集、分析和研究了多種處理方案的優缺點、地質適應性、經濟性、實施的方便性等，系統梳理了國內相關規范對箱梁臺座基礎的技術要求，進行初步理論研究。然后，結合京滬高鐵南皮、東光梁場場址處的地質情況，通過經濟技術比選，重點研究了擴大基礎處理方案，對其進行了理論計算和施工實施方案研究，制定使用過程中的沉降監測方案,觀測驗證其質量滿足技術要求。

3臺座基礎處理的基本要求

箱梁預制場制（存）梁臺座的基礎需滿足規范規定的承載力和沉降兩個方面的相關技術要求。

為滿足承載力要求，若在原始地基（fak＝140kPa）上采用擴大基礎，勢必要有足夠的平面尺寸，采取布設足夠的鋼筋或增大基礎的厚度來滿足其剛度要求。顯然，這是不經濟的。因此，一般通過對地基進行處理，提高地基的承載力來達到要求。在設計計算中，經深度修正后的地基承載力特征值大于地基底面處的總壓應力，即認為地基底面承載力滿足要求。

關于沉降:《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》第7.3條規定:“預制梁在存梁時應保證四個支點不平整量不大于2 mm。”

支點不平整量是指兩對角線高程之和的差值，并不是指四支點間相互高差，如圖1所示。也就是說，斜平面上存梁是符合要求的。

因此，地基基礎的不均勻沉降引起的箱梁四個支點所形成的兩對角線支點的標高之和的差值不大于2mm，即認為基礎的沉降滿足要求。

4 擴大基礎地基處理的理論計算

圖1 支點不平整量示意圖

為減小臺座擴大基礎的面積，從而減少混凝土的數量，采用換填法地基處理方式，來提高地基的承載力。根據《建筑結構荷載規范》（G B50009-2001）、《建筑地基和基礎設計規范》（GB50007-2002）和《建筑地基處理技術規范》（JDJ79-2002）等，對臺座基礎地基進行檢算。

4.1 擴大基礎的結構形式與沉降檢算

按照箱梁的受力特點和設計圖對存梁支點的要求，存梁時采用四點支承的方法，橫向按箱梁的支座中心布置（即橫向跨度4.5m），縱向距梁端1.5m以避開支座板。每端的兩個存梁支點基礎連成一體。由此，梁端雙支點位于同一整體基礎上，地基經過換填處理后均勻受力，不存在不均勻沉降的問題。

制梁臺座底部采用混凝土板式結構、上部為混凝土條型基礎縱梁。梁體兩端基礎與跨中部分分開，保證了張拉后臺座兩端基礎的各自均勻沉降，避免了不均勻沉降問題。

箱梁每端的基礎連成一體后，梁體四支點支撐實際上已轉換為梁兩端雙支撐，為簡支結構，無需進行沉降計算，就能保證四個支點所形成的兩條對角線支點的標高之和的差值，即不平整量不大于2mm。因此，在地基換填施工中，保證每端的基礎換填和碾壓均勻，存梁前對基礎四支點進行磨平處理，使四支點不平整量在2mm范圍內，即能夠滿足存梁使用要求。

4.2 存梁臺座基礎地基承載力的計算

1）、經試算后，初步確定擴大基礎底面平面尺寸B×L、基礎埋深d;

2）、計算基礎底壓應力PK，荷載為基礎承重Gl與基礎自重Gj之和。

3）、根據基礎埋深d、基礎底持力層原土地基承載力fak及對應處的重力密度γ計算修正后的地基承載力fa＝fak＋ηd×γm×(d-0.5)。

4）、判斷:若fa＜PK，即地基承載力不滿足要求，應對地基進行換填處理。

5）、經試算確定換填深度Z，根據換填材料稍微壓實后的地基承載力fak計算修正后的地基承載力fa。若fa＞PK，即換填層承載力滿足要求。

6）、根據Z/b，確定壓力擴散角θ。計算墊層底面處附加壓力值PZ=( PK-PC )×B×L/(B+2×Z×tg θ)/(L+2×Z×tg θ)。其中，自重壓力PC=γ×Z。

7）、計算墊層底面自重壓力Pcz=γ×d+γ換×Z 。

8）、計算墊層底面處的總壓力為PZ+Pcz。

9）、根據換填材料的濕密度γ換，計算墊層底面處（深度為d+Z）土的平均重力密度:

10）、計算經深度修正后墊層地基承載力的特征值:

fa= fak＋ηd×γ均×(d+Z -0.5)

11）、判斷:若深度修正后墊層地基承載力的特征值fa大于墊層底面處的總壓力為PZ+ Pcz，則認為換填后的墊層底面地基承載力滿足要求。

對于雙層存梁位置，基底處理及擴大基礎按承載面積相應擴大以滿足存梁要求。

4.3 制梁臺座基礎地基承載力的計算

制梁臺座在初張拉后端部受載為最不利工況，澆筑階段時的地基承載力可不驗算。

制梁臺座基礎地基承載力的計算步驟同存梁臺座，經上述第4步和第11步檢算后，得出基底結構尺寸及相應的換填深度。

5 擴大基礎處理的實施方案

根據多次調查、討論、試驗、比選，京滬高速鐵路（東光、南皮）制梁場的制梁臺座和存梁臺座基礎地基采用3:7灰土換填法進行處理。地基換填深度制梁臺座中部換填500mm，制梁臺座端部換填800mm。存梁臺位三七灰土換填深度為800mm。

5.1 地基換填處理施工方案

根據設計計算結果，制訂了《地基換填處理施工組織設計方案》，對制梁臺座進行了試驗性換填施工。

1）、基坑開挖

基坑開挖尺寸不小于圖紙設計尺寸，開挖至設計標高后人工清理基坑，壓路機碾壓密實。

2）、三七灰土拌合

（1）石灰選用:應用塊灰或生石灰粉；使用前將其充分熟化，但不得含有過多的水分。灰土拌合前進行過篩處理，使之不得含有粒徑大于5mm的生石灰塊。

（2）土的選用:選擇黏性土，采用梁場基槽中挖出的黏土，清除土中的有機雜物后可以使用。

（3）拌合比例:體積比，灰:土為3:7，灰土比例按規范嚴格控制。

（4）先將土堆成錐型，清理板結土塊后再摻合石灰；灰土拌合應均勻，顏色一致。

（5）含水率控制在16～23%，以手緊握土料成團，兩指輕捏能碎為宜。

3）、地基換填

灰土下入基坑前，先將基坑底部碾壓一遍，然后將拌好的灰土按指定的地點倒入坑內。每層鋪設厚度20cm左右。制梁臺座端部和存梁臺座換填深度為80cm，分5層鋪設碾壓，制梁臺座中部換填深度為50cm，分3層鋪設碾壓。灰土攤鋪后壓路機進行碾壓4遍以上，基坑邊角部位采用蛙式夯進行夯實。壓實完畢后及時加以覆蓋，防止日曬雨淋。

5.2 地基換填檢測

地基處理前對拌合好的灰土取樣，進行擊實試驗，得出改組土樣的最大干密度和最佳含水率。

換填前首先對基坑底原狀土進行動力觸探檢測，制梁臺座端部每端各檢測4個點，中部檢測8個點。存梁臺位每端檢測2個點。各部位原狀土地基承載力檢測結果滿足要求后再進行地基換填。

換填過程中采用環刀法取樣或灌砂法檢測壓實后灰土的壓實度。檢測點數不得少于動力觸探檢測點數。檢測濕密度和含水率，計算出干密度，然后根據灰土擊實試驗報告計算壓實度。實測各部位壓實度均達到95%以上后再進行下一層灰土填筑。

地基換填完成后用動力觸探儀進行地基承載力檢測，檢測方法同換填前。實測換填后的地基承載力應達到設計值以上。

地基換填完成一定數量后，按照規范規定的每300m2一個檢測點，采用直徑為800mm的圓盤進行平板載荷試驗，得出P～S、S～lgt關系曲線。平板載荷試驗得出的復合地基承載力特征值大于設計要求時，可進行后續的臺座基礎施工。

5.3 堆載預壓試驗

選取一個制梁臺座為堆載試驗臺座。在制梁臺座基礎完成澆筑，強度達到底模安裝條件后，安裝底模，在基礎側壁做沉降觀測標識，設22個觀測點。

完成以上準備后，在底模上加墊砂袋并擺放鋼軌。堆載重量為梁體砼、模板及施工荷載的總和，計算堆載重1050t，實際堆載為1100t。

圖2 制梁臺座堆載試驗

在前兩天每兩小時觀測一次沉降數據，之后每四小時觀測一次，直至沉降趨于穩定，單測點四小時沉降差值不大于1mm，且各測點不均勻沉降小于5mm,即認定堆載試驗合格。形象圖如圖2所示。

6 臺座沉降監測與調整

為監測使用中臺座基礎沉降的均勻性，保證支點的不平整量滿足規定要求，需對換填后的臺座基礎進行沉降的觀測，必要時需采取調整底模標高、在存梁臺座支點處加墊薄石棉板等措施來保證支點的平整，糾正和消除局部不均勻沉降帶來的影響。

6.1 實驗觀測儀器

根據沉降觀測精度要求高的特點，為能精確地反映出臺座基礎在不斷加荷作用下的沉降情況，為此要求沉降觀測使用精密水準儀(S1或S05級)，水準尺也應使用受環境及溫差變化影響小的高精度因合金水準尺。在不具備因合金水準尺的情況下，使用一般塔尺盡量使用第一段標尺。實際采用DINI03電子水準儀進行觀測（最小讀數0.01mm，1KM往返測高差中誤差為0.3mm，水準尺采用與之配套的因瓦尺）。

6.2 觀測點的埋設

觀測測點數量為制梁臺座兩端各4個點、制梁臺座中部每側8個點、存梁臺位每端各2個點，布設位置以便于觀測對稱原則設置。測點采用鋼錨釘栽入混凝土面，并用紅油漆標記。

臺位附近成對布設穩固的水準點，并進行聯測后記錄每個點的標高，作為沉降監測的基點。

6.3 監測方法、周期及頻次

用視線高法測量各沉降觀測點與水準基點的相對高差，觀測水準路線按二等水準測量精度要求形成閉合水準路線。在每個制梁臺座首次澆筑箱梁或每個存梁臺座首次存梁之前進行首次觀量（得到零測量數據），測量各沉降觀測點與相應水準基點的相對高差，并計算出每個觀測點的“零高差”。加載后，每次觀測計算出的高差減去上一次高差即為本次沉降量，減去“零高差”即為累積沉降量。

表1 箱梁場制（存）梁臺座沉降變形觀測頻次

當連續三次觀測得到的成果中各觀測點的沉降量相差不大于1mm時視作該觀測點的沉降趨于穩定，基礎沉降趨于穩定后方可降低觀測頻次。

各階段觀測頻次要滿足表1要求，因天氣或施工影響可適當調整觀測時間。

7 結語

中鐵六局京滬高速鐵路工程在南皮、東光設置兩個箱梁預制場，預制箱梁1296孔，采用了灰土換填基礎。中鐵六局津秦鐵路客運專線工程在秦皇島設置箱梁場，預制箱梁407孔，采用了級配砂礫換填基礎。地基換填深度制梁臺座中部換填500 m m，制梁臺座端部換填800mm。存梁臺位換填深度為800mm。

通過實踐證明，采用擴大基礎換填法地基處理方案建設箱梁的制（存）梁臺座不僅能滿足技術要求，適宜當地的地質條件，而且成本經濟、實施便捷。

[1] 建筑地基和基礎設計規范（GB50007-2002）

[2] 建筑結構荷載規范（GB50009-2001）

[3] 建筑地基處理技術規范（JDJ79-2002）

[4] 客運專線鐵路無碴軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁（雙線）》設計圖（通橋2322 A）

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.018