淺談制梁場臺座地基處理技術

摘要：針對大型客專預制箱梁場的制、存梁臺座的設計，保證制、存梁的安全性、經濟性。

關鍵詞：客運專線 大型箱梁 臺座 地基處理

1 工程概況

1.1 場地位置

袁州制梁場位于滬昆客運專線鐵路DK767+200處線路右側，梁場分為辦公區、生活區、制梁區、存梁區、拌合區、鋼筋加工區、鋼筋綁扎區等共占地120畝。

1.2 承擔任務

袁州制梁場承擔杭州至長沙鐵路客運專線（江西段）HKJX-8標共461孔單線整孔箱梁的預制，其中32米452榀，24米9榀。

1.3 地址條件

根據梁場范圍地勘資料，揭示場地范圍地層分布情況有：

①耕植土（Q4al）：雜色，灰褐色，稍濕，漏水，主要成份為粉質粘土，含有植物根莖，松散，孔隙大，壓縮性高。本場地內大部占地均有分布，厚度1.10～1.67m，平均0.77m。

②粉質粘土：灰-灰黑色，深灰色，稍濕，呈可塑狀，局部軟塑狀，具粘性，粘手，刀切面平整光滑，可搓成直徑2mm的細長條，有輕的砂感或滑感，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。本層場地內均有分布，厚度8.30～18.60m，平均厚度12.16m。

③中風化灰巖：淺灰-灰白色，中厚層狀構造，隱晶質結構，溶蝕裂隙較發育，含方解石脈，巖芯較完整，呈短柱狀至柱狀，RQD=70%。

1.4 梁重載荷

32ｍ簡支梁采用部頒梁部通用圖，圖號（2009）2322A系列簡支梁，梁型為單箱單室箱梁。每孔箱梁場預制混凝土為334.71m3，鋼筋混凝土比重按2.6t/m3計，每孔梁重量為870.25ｔ。豎向荷載為8702.5kN。模板及施工機械等荷載按800KN計算。

2 臺座設計

2.1 存梁臺座設計

根據要求采用雙層存梁，每個存梁臺座承受存梁豎向荷載為8702.5KN：橋梁支座支點距（橫向）4500/2=2250=2.25m，梁高中心3.05m，縱向支點距距梁端0.55m，32米預制部分梁重：w=334.71x2.6=870.25t，雙層存梁時，每側臺座承受梁部荷載為ｗ＝870.25ｔ，存梁臺座每個支撐墊石頂上作用的支座反力為435.12ｔ。

下圖為存梁臺座受力圖示（圖2.1-1）。

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圖2-1 存梁臺座受力圖示

臺座基礎設計

由于場地范圍，由于地面高程起伏較大，平整后場坪高程為131.50m，根據場地縱斷面表明，存梁臺座基底位于粉質黏土層上，地基基本承載力為180kPa。存梁臺座擬采用明挖擴大基礎。

①采用2層基礎，基礎尺寸如下圖所示

采用2層基礎，底層基礎尺寸為3.4x9.5m，基礎體積為44.62m3，支撐墊石體積為0.77m3。

底層基礎面積A1=3.4x9.5=32.3m2

2層基礎面積A2=1.6x7.7=12.32m2

墊石面積A3=0.8x1.2=0.96m2

各層基礎及墊石體積為：

V1=32.3x1.0=32.3m3

V2=12.32x1.0=12.32m3

V3=2*0.96x0.4=2*0.384＝0.768m3

基礎C20混凝土：V=V1+V2+V3=32.3+12.32+0.768=45.39m3，基礎重量：W=V×25=45.39x25=1135KN。

②地基容許承載力計算

基底位于填筑土層上，根據地質測試表明，地基基本承載力不小于σ0=180kPa。

地基容許承載力根據公式：

[σ]=σ0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)

由于h小于3m不計深度修正

故[σ]=σ0+k1γ1(b-2)

b=3.4m γ1=19 σ0=180kPa K1=2.0

[σ]=180+2.0x19x(3.4-2)

=180+53.2=233.2kpa

按施工荷載考慮，地基容許承載力提高系數為1.4

1.4[σ]=233.2x1.4=326.5kPa

③基底應力計算

基礎自重：W基=1135KN

襟邊工重：W土=1.0x(3.4x9.5-1.6x7.7)x17=340KN

梁重（按雙層存梁設計）：W梁=8702.5KN

基底總重量：W=W基+W土+W梁=1135+340+8702.5=10178KN，

作用在存梁臺上的其他力

運梁通道運梁車對存梁臺產生的土壓力，按100KN集中力計算，作用在基底以上1.0m位置。

H1=100KN

換算基底時：H1=100KN M1=100×1=100KN.m

梁在臺上進行張拉后，對臺底產生水平作用力，按H2=50KN集中力考慮，作用土墊石頂面，換算到基底時：H2=50KN

M2=50x2.4=120KN.m

基底中心外力組合：

W=10178KN

H=H1+H2=100+50=150KN

M=m1+m2=100+120=220KN.m

基底壓力：

σmax=■+■ σmin=■-■

截面模量：

W=■bL2=■×9.5×3.42=18.30

基底設計應力：

σmax=■+■=315.1+12.02

=327.12kPa≌1.4[σ]=326.5kPa

σmin=■-■=315.1-12.02=303.1kPa<1.4[σ]

=326.5kPa

基底置于粉質黏土層，考慮提高后的地基容許承載力1.4[σ]=326.5kPa，與計算基底最大壓應力σmax=327.12kPa基本一致，相差在3%以內。設計通過。

2.2 制梁臺座

2.2.1 制梁臺座基礎布置

依據場地地質資料，制梁臺座地基處理擬采用明挖擴大基礎，制梁臺座基礎位于硬塑黏土層上，地基基本承載力為180kpa。按32m制梁臺座進行設計檢算。32m制梁臺座基礎布置如下圖2-3：

2.2.2 制梁臺座地基處理計算

①32ｍ簡支箱梁荷載

梁場預制每孔梁重量為870.25t。模板重量按130t計算。

②制梁臺座荷載

制梁臺座布置形式，采用3道直墻形式的制梁臺座。

制梁臺座尺寸長為33.4m，寬為5.0cm，高為0.8m，基礎以上部分混凝土數量為91.7m3。

臺座本身自重為：w臺座＝91.7×2.5＝229.2t。臺座采用C25混凝土，鋼筋級別為Ⅱ級。

作用在臺座上豎向荷載為N＝870.25+229.2+130＝1229.45t。

基礎形式：制梁臺座采用4道條形筏基，根據基底持力層基本承載力不同，分別進行設計基礎尺寸。

2.2.3 基礎設計

①基礎尺寸擬定如下圖2-3所示：

兩端基礎寬度為4.0m，中間兩道寬度為3.0m；基礎厚度1.0m，基底置于基本承載力為180kpa的粉質黏土層上。

②基礎荷載

采用擴大條形基礎：

臺座兩端為6.3x5.0x1.0=31.5m3 共2個

臺座中間為6.3x2.0x1.0=12.6m3 共2個

筏基基底面積A=31.5*2+2x12.6=88.2m2

基礎體積V=88.2m3

W基=88.2x25=2205KN

③基底荷載組合

臺座以上豎向荷載（自重）：12294.5kN

基礎自重：2205kN

基底荷載組合：N=12294.5＋2205

＝14499.5kN

④基底應力

制梁臺座基礎僅受豎直荷載作用，上部荷載僅由條形筏基承受，據此計算基底應力。

按全部荷載由4道筏基均勻承受時，筏基基底應力：

σ=■=■=164.4kpa

考慮制梁臺座控制設計荷載為張拉工況，此時，荷載由臺座兩端基礎承受。

按一端基礎計算：

臺座以上荷載重量為：12294.5/2＝6147.25KN

基底面積：6.3x5＝31.5m2

基礎重量為:31.5x1.0x25=787.5KN

豎向荷載總重：w＝6147.25＋787.5＝6934.75KN

基底應力為：

σ=■=■=220.2kpa

基底位于粉質黏土層，地基土的基本承載力為σ0=180kpa

地基容許承載力：考慮寬度修正提高

[σ]=σ0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)

由于h小于3m不計深度修正

故[σ]=σ0+k1γ1(b-2)

b=5m γ1=19 σ0=180kpa K1=0.5

[σ]=180+0.5x19x(5-2)

=180+28.5=208.5kpa

制梁臺座按施工荷載考慮，地基基本承載力可提高1.4

1.4[σ]=1.4x208.5=291.9kpa≥220.2kpa (可)

計算結果表明，1~2號制梁臺座采用條形擴大基礎，可滿足承載力要求?；A直接設置在粉質黏土層上，要求地基土的基本承載力大于σ0=180kpa。

⑤制梁臺座穩定性檢算

制梁臺座底板為一整體，無論是兩端初張拉，還是提梁機等外部設備產生的主動土壓力，對制梁臺座來說，在兩側產生的水平力是互相平衡，且截面重心與外力作用點重合。也就是說制梁臺座傾覆力矩、滑動水平力均為零。

3 結束語

根據場區所在地的地質條件，我們在臺座設計中，采用了擴大基礎作為存、制梁臺座基礎，充分利用了地勢，在保證質量的前提下，節約了投資，取得了良好的社會及經濟效益。