淺析鐵路梁場制梁臺座施工方案

徐彬

（蒙西華中鐵路股份有限公司湖北指揮部，湖北 襄陽441102）

1 情況簡介

制梁場地處山嶺重丘區(qū)，山體表層為粉質粘土厚度3～5m，谷地為深層軟基，軟土最大深度15m，地基承載力50～120kPa。軟基處理完成后站坪填筑普通土，最大填高18m，填方完成后在站坪上建設梁場。由于梁場設計位于站坪上，梁場場坪工作完成后才能進行梁場臨建工程的施工，導致梁場工期緊，各方面要求較高。

2 方案的確定

2.1 梁場臨建工程特點

①梁場所處位置為山嶺重丘區(qū)，并且該地區(qū)降雨多，土體含水量常年處于飽和狀態(tài)，谷地地表水非常多，且多處為魚塘。

②地質差異較大，山體土質為全風化花崗巖，地基承載力120～150kPa;谷地為淤泥質粉質粘土，承載力50～80kPa，并且軟土分部深淺不均勻，會導致梁臺座跨區(qū)時產(chǎn)生不均勻沉降。

③施工工期緊，站坪填筑完成后必須立即開始梁場臨建工程的施工，同時進行制梁工作，工后沉降會貫穿整個制梁過程。

④該梁場預制梁為雙線箱梁，噸位較大，每支點受力約250 噸；同一片梁四個支點相對高差不能大于2mm。

2.2 施工方案選擇

2.2.1 用樁基礎作為制存梁臺座基礎

根據(jù)工程自身特點首先考慮樁基礎作為制存梁臺座，其最大的優(yōu)點是能夠克服地質差異、消除工后沉降對臺座的影響。缺點是投入成本大、施工工期長，并且在設計時要充分考慮樁基礎在填方段及軟土段負摩阻對樁承載力的影響。

該梁場近2/3 的面積為填方區(qū)，最大填方18m，對應最大填方區(qū)的軟土深度達到12～15m。那么在30～33m 區(qū)段樁體理論是不能提供承載力，并且在負摩阻力的影響下會降低樁體自身的承載力。

圖1 樁基礎受力分布圖

按照樁體受力情況初步情況分析，樁體必須穿過填土層和軟土區(qū)，并且在持力區(qū)有足夠的長度，而確定樁體負摩阻區(qū)的受力需進行土質與樁體的摩阻力試驗，條件不具備。綜上所述，該方案從經(jīng)濟、進度、現(xiàn)場條件等方面比較，可行性差，故放棄該方案。

2.2.2 強夯后采用擴大基礎

如果在填筑過程中分3～5m 對制存臺座基礎范圍進行強夯，可以有效地降低工后沉降，大幅度地消除臺座的不均勻沉降。從理論上有效地解決了問題，但經(jīng)現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，該方法存在最大的問題是施工周期較長，并且在雨季施工強夯過程或強夯后路基表面排水不暢容易造成積水，積水沿周邊填土下滲將會對工程實體產(chǎn)生較大的影響。

該方案優(yōu)點是經(jīng)濟上可以節(jié)省，缺點是工期不易保證，而且由于該地區(qū)雨水較多，會對工程實體及臺座基礎造成危害。

2.2.3 換填后采用擴大基礎

梁場建設最重要是在滿足承載力的前提下如何解決沉降和不均勻沉降問題。沉降過大會對梁場配套設施造成影響（如場內道路開裂、滑梁道與運梁設施產(chǎn)生過大高差無法運梁等）；不均勻沉降最大的危害是直接對梁體受力造成影響，超過一定程度會導致梁體開裂，嚴重影響工程質量。

按照受力的分析，可知單位面積受力越大，變形越大，反之則小。如果通過現(xiàn)場的實驗（復合地基承載力實驗），首先分別對填挖區(qū)土體和換填料實際質量和承載力進行測試，再通過理論計算，得出需換填厚度、面積及擴大基礎的受力面積；按照計算結果在實驗區(qū)（為不影響工期，可選擇在梁場以外相鄰區(qū)域）分填方、挖方進行實施，換填完成后采用與制存梁同周期進行試驗，分3 天、7 天、15 天進行試驗，分別測出其實際沉降量。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集分析，最終確定確實可行的方案，理論上可行，但需要大量的現(xiàn)場試驗為基礎。

通過對經(jīng)濟、施工周期、現(xiàn)場條件等方面的比較，最終確定采用換填后擴大基礎的方案。

3 方案的確定及過程分析

3.1 基本承載力的確定

基本承載力要通過現(xiàn)場試驗確定，通過堆載或反頂預壓的方法，在應力一定的情況下繪制出時間—變形曲線（e—t 曲線），從曲線中選擇能夠滿足要求的承載力值做為基本承載力值（假定支點受力恒定）。

不同應力值的選擇（輕型觸探為參考值）：①原狀土地基承載力平均值的1.2 倍作為最小值；②可根據(jù)現(xiàn)場情況每增加20kPa 為一級；③最大應力值為基地處理后承載力最小值。

基本承載力值的選擇：①基本承載力值按由大到小的原則選取；②不同試驗點承載力e—t 曲線在相同加載時間點相對變形不大于2mm；③同一臺座跨越地質情況差異較大的不同區(qū)域應延長加載時間；④每級荷載下試驗點數(shù)不小于3 個[1]。

如果上述要求不能滿足時要根據(jù)個別臺座基礎進行單獨設計（加大基礎尺寸）。

3.2 以挖方段為例

采用輕型觸探儀對填筑區(qū)、挖方區(qū)進行試驗。測點按照梁場基礎布置位置布點，數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 梁場輕型動力觸探數(shù)據(jù)（挖方）

基底換填處理后最小承載力為252kPa，選擇240kPa 為其最小承載力。

承載力分級：一級180kPa；二級200kPa；三級220kPa；四級240kPa。

圖2

按照以上原則選擇，由大到小，240kPa 時最大相對變形2.9mm，不滿足要求；220kPa 時最大相對變形2mm 滿足要求，選擇220kPa 應力值作為基本承載力。

3.3 基礎設計

以220kPa 為基本承載力，壓實系數(shù)90 以上（根據(jù)路基改良土填筑試驗結果完全可以達到），根據(jù)軸心受力確定混凝土基礎尺寸為：4.5m×8.3m。

3.3.1 換填厚度和面積確定

σ220/σ地= S地/S220可得換填底面積：填方S=60m2；挖方S=52m2。

（2x+8.3）×（2x+4.5）=60;（2x+8.3）×（2x+4.5）=52

從而可得需加寬值：填方△b=0.78m（取0.8）；挖方△b=0.53m（取0.6）；

進一步可得換填厚度（擴散角按30°考慮）：填方h=1.6m;挖方h=1.2m。

那么根據(jù)數(shù)據(jù)推算可得以下結論：填方區(qū)換填尺寸6.1m×9.9m，厚度1.6m；挖方區(qū)換填尺寸5.7m×9.5m，厚度1.2m。

3.3.2 基礎配筋計算

按照上一步理論數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場實施換填，并進行堆載試驗（反頂加壓），該試驗必須對不同時間段、不同位置、不同荷載狀態(tài)下的變形值進行收集。梁臺座基礎采用鋼筋混凝土基礎，按獨立基礎軸心受壓計算配筋（偏安全），梁體每支點作用力取2500kN；故q1，q2均為2500kN，地基壓應力σt取220kPa。

MI =1/24σt（a-at）2×（2b+bt） （1）

式（1）中，MI——基礎彎矩;

a、b——基礎邊長;

at、bt——柱邊長;

σt——地基壓應力。

根據(jù)計算結果進行配筋，如圖3 所示。

圖3 存梁臺座配筋橫斷面圖

4 擴大基礎方案取得的效果

①通過制存梁整個的施工過程監(jiān)控，梁臺座各項指標滿足施工和設計要求，存梁臺座前期一個存梁周期最大沉降10.5mm，累計最大沉降18mm；最大相對沉降1.8mm。

②分析沉降較大的臺座，主要原因是在基礎換填施工質量控制，經(jīng)歷雨天施工的臺座沉降量相對加大；其次是換填料質量，本梁場采用兩種換填料：水泥改良土（水泥摻量5%）或風化石，從現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)可知，采用水泥改良土施工的后期沉降較小，主要原因是水泥改良土后期強度大，雨水不易下滲。

③梁體支點相對沉降在理論計算中和實際中有一定的偏差，主要表現(xiàn)在梁體自身平衡上，實際梁體四個支點由于其沉降變化不一致導致受力不一致，在這個過程中梁體會自身剛度平衡，實際中效果要更為理想。

④對于地質情況差的便采用鉆孔樁、管樁作為支撐，這種設計會帶來巨大的成本浪費，并且大幅度地增加了施工周期。設計如果采用平車移梁，特別是采用樁基礎作為存梁支墩，條形基礎做運梁道時，一定要考慮到運梁道和存梁臺剛度分配問題，一旦存梁支墩剛度很大，而移梁道剛度較小，將會產(chǎn)生不均勻沉降，嚴重時出現(xiàn)基礎開裂、基礎失穩(wěn)等情況，所以在這種情況下最好采用分離式基礎，單獨計算承載力和變形[2]。

⑤存梁支墩和運梁道均采用擴大基礎，兩者均連接為整體，剛度相近，能夠協(xié)同受力，沒有出現(xiàn)相對沉降，并且節(jié)省材料，效果很好。

5 結論

對于大型鐵路梁場臨建設計方案，首先根據(jù)現(xiàn)場地質、氣候，同時必須結合現(xiàn)場的試驗驗證最終確定方案。臺座設計不能一味追求基礎沉降變形絕對值，為了保證絕對沉降值滿足2mm 要求，而實際臺座四個支點的受力也不可能絕對一樣，假如當其中一個支點的沉降超過其他支點沉降2mm 時，其沉降過程中地基承載力也在不斷地提高，那么在變形的過程中梁體會隨剛度的變化自行調整受力狀況，因此，在進行臺座設計時要將地基的相對沉降考慮在內，可以通過承載力、變相、時間曲線選擇合適的地基處理方案，從而達到安全、簡便、經(jīng)濟的最佳效果。