高速鐵路富水軟弱地質大噸位箱梁雙層存梁臺座地基處理施工技術

馮鵬飛

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

懷仁制梁場位于集大原鐵路正線DK18+600 線路左側，梁場總建筑面積176666m2。選址在懷仁市親和鄉內，緊鄰懷應線，遠離居民生活區，地勢平坦開闊，交通便利，進出場利用既有021 鄉道。為減少用地，梁場采用橫列式布置，存梁臺座采用雙層存梁方式。梁場承擔821 孔箱梁預制任務，其中24m 梁59 孔，32m梁762 孔。

梁場內共設制梁臺座20 個（預留4 個，32/24m 共用臺座2 個，靜載臺座1 個），存梁臺座70 個（其中32/24m 共用存梁臺座14 個），其中2 個靜載試驗臺座，14個32/24m 共用臺座，地基處理方式為換填及擴大基礎。

2 場地地質條件

2.1 地形地貌及底層結構

擬建場地位于懷仁市，地形較為平坦，所處地貌單元為沖洪積平原。根據鉆探資料、原位測試及室內土工試驗資料綜合分析，擬建場地地基土從上至下共分為8 層，第1 層至第8 層依次為：素填土（Q42ml）、粉土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）、粉質黏土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）、粉質黏土（Q3al+pl）、粉質黏土（Q3al+pl）、粉質黏土（Q3al+pl）。

2.2 場地地下水

該場地地下水類型為潛水，主要受側向徑流及大氣降水補給，勘探期間實測測得地下水穩定水位埋深在現狀地面下1.5～3.0m 之間[1]。

2.3 建筑場地類別

擬建場地20.0m 深度范圍內地基土主要由素填土、粉質黏土、粉砂組成，分別屬于軟弱土、中軟土。20m 深度范圍內土層等效剪切波速估算值Vse 介于150～250m/s 之間。

另外，根據鉆探資料可知，場地覆蓋層厚度大于50m，由此根據《建筑抗震設計規范（2016年版）》（GB 50011—2010）表4.1.6 劃分該場地建筑場地類別為Ⅲ類[2]。

3 存梁臺座地基處理方式

存梁臺座支座為0.8×0.8×0.75m，支座上部按100×100mm 間距布設8mm 鋼筋，保護層按50mm 考慮（支座四周可適當配置鋼筋防止局部受壓開裂）；擴大基礎按階梯形基礎設計，上層尺寸2×7×0.5m，下層尺寸4×9×0.6m，在基礎的頂部和底部分別布置兩層鋼筋網，配筋按f12mm@200mm，保護層厚度按50mm。臺座與基礎均采用C30 混凝土。

在基礎下面按5.5×11×0.6m 換填水泥土（水泥與土按體積比2∶8），分2 層碾壓夯實，壓實標準需達到《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）第13 頁的要求，且確保其地基承載力不低于250kPa。水泥土下部換填0.9m 砂礫或片石，分層碾壓密實。換填層下部的原狀土地基承載力按140kPa、水位按地面下1.5m 考慮，存梁臺座橫斷面圖和縱斷面圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 存梁臺座橫斷面圖

圖2 存梁臺座縱斷面圖

4 存梁臺座地基基礎計算

按雙層存梁考慮，單片箱梁重量按720t 計。

其一，梁體與臺座接觸面積A=4×0.8×0.8=2.56m2，臺座承受壓力f==5.62MPa<[ fc]=14.3MPa，滿足要求。

其二，擴大基礎受力按柔性基礎，則換填水泥土的受力：

pk1=+ 1.85 × 26=248kPa < 250kPa，滿足要求。

其三，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）第12 頁：

粉細砂原狀土承載力修正：faz=140 + 1.0××( 2.6 - 0.5 )=169kPa。

換填墊層底部：

pk2=+( 1.5 - 1.1 )×18 +( 2.6 - 1.5 )×18=166.6kPa

5 試驗臺座施工

5.1 施工流程

試驗臺座開挖至3.35m，實測承載力為196kPa。根據地勘顯示，該層位于粉細砂層，承載力為140kPa，滿足要求。開挖完成后對地基進行回填片石，分3 層填筑壓實，每層厚30cm。片石換填完成后，回填2∶8水泥改良土，分2 層填筑壓實，每層厚30cm。換填完成后，對地基承載力進行檢測，均大于250kPa，試驗合格后進行擴大基礎施工[3]。

5.2 試驗過程

待擴大基礎混凝土達到設計強度后進行預壓，采用20t 汽車吊進行配重壓載，預壓方式采用逐塊預壓，分三級進行：50%、80%、100%。預壓總重量為150t，預壓滿載后必須保證連續24h 最大沉降量不超過2mm，累計持荷不少于72h。滿載觀測穩定后，繼續逐塊施加承載力至破壞狀態，記錄極限承載力。

5.3 配重加載辦法

在配重塊上標記承壓位置，用吊車四點平衡起吊，按標記位置緩慢輕放，每次吊放時使臺座均衡受力，第一級加載按50%（75t）觀測，第二級加載按80%（120t）觀測，第三級加載按100%（150t）觀測，累計堆載10 層[4]。

5.4 沉降觀測方法

5.4.1 在距離預壓臺座30m 外，隱蔽性、通視性好的地方選取基準點，基準點在沒有確定穩定性前不得使用，在臺座側邊對稱埋設2 個沉降觀測點。臺座預壓前，確定沉降觀測點穩定后可開始觀測。觀測分兩階段，第一階段為未施加承載力的穩定觀測，在臺座上預埋觀測點。第二階段為加載后的沉降速率觀測，觀測點設在第一塊配重塊的固定點位[5]。

5.4.2 在臺座預壓載荷達到50% 后用水準儀對臺座每4h 記錄1 次沉降數據，觀測1 天后如無異常，可加荷到80%；開始二級沉降觀測，每4h 記錄1 次沉降數據，觀測1 天后如無異常，可加荷到100%；開始三級沉降觀測，持續3 天，直到穩定后進行數據分析，確定臺座沉降值[6]。

5.4.3 每次觀測后應及時對觀測資料進行整理，計算出沉降量沉降差、平均沉降量和沉降速度，并進行分析。如出現變化量異常時，則停止預壓試驗，分析臺座承載力情況。

5.5 沉降數據分析

試驗結束后處理試驗數據得到沉降試驗沉降變化圖，如圖3所示。

圖3 沉降試驗沉降變化圖

5.5.1 臺座強度達到30MPa 狀態穩定無明顯沉降變化后，進行首次加載。從沉降試驗沉降變化圖可以看到，首次加載50%（75t），加載16h 后，沉降2.7cm，持續8h 后趨于穩定，沉降0.3cm。

5.5.2 首次加載穩定后進行二級加載。沉降數據顯示：二級加載80%（120t），加載8h 后，沉降0.6cm，持續16h 后趨于穩定，沉降0.2cm。

5.5.3 二次加載穩定后進行三級加載。沉降數據顯示：三級加載100%（150t），加載2h 后，沉降0.8cm；8h 后，沉降0.4cm，19h 后趨于穩定，沉降0.2cm。

5.5.4 當出現下列情況之一時，即可終止加載：

第一，周圍的土明顯側向擠出；

第二，壓力-沉降曲線出現徒降段；

第三，在某一級荷載下，24h 內沉降速率不能達到穩定標準。

5.6 試驗總結

試驗臺座沉降形式為均勻沉降，加載后整體沉降5.2cm。通過沉降數據顯示：首次加載時，沉降較為顯著，約3cm；二級、三級加載時，沉降量較小，約1cm，沉降趨勢較小，約0.2cm，滿足要求[7]。

6 雙層存梁臺座施工

按照試驗臺座施工工藝，對現場雙層存梁臺座基礎進行開挖，開挖至粉細砂層后進行換填施工，檢驗合格后進行擴大基礎施工，擴大基礎具體尺寸為9×4×0.6m，加臺尺寸為7×2×0.6m，墊石尺寸為0.8×0.8×0.75m。施工完成達到設計強度后進行雙層存梁。在存梁過程中，通過對存梁臺座加強監控，觀測存梁臺座四支點沉降，整理觀測數據得到CL9-1-1 沉降及沉降速率隨累計天數變化圖，見圖4。從圖中可以看出，沉降為均勻沉降，誤差均不大于2mm，滿足要求[8]。

圖4 CL9-1-1 沉降及沉降速率隨累計天數變化圖

7 效益分析

存梁臺座采用擴大基礎，采用擴大基礎與管樁或鉆孔樁基礎效益對比如表1所示。采用擴大基礎每個存梁臺座成本約4.3 萬元，每天可施工完成5 個臺座。若采用管樁或鉆孔樁基礎每個臺座成本約14.7 萬元，每天施工完成2 個臺座。相比較每個臺座可節約10.4萬元，同時減少了管樁靜壓設備的投入，工期也得到了可靠的保障，為項目快速進場奠定了基礎[9]。

表1 采用擴大基礎與管樁或鉆孔樁基礎效益對比

8 結語

對懷仁制梁場富水軟弱地質雙層存梁臺座地基進行處理施工，通過試驗臺座及現場實際施工檢驗，達到了預期效果，為今后高速鐵路類似地質地基處理積累了一定的經驗，具有非常重要的意義。類似地質雙層存梁臺座采用該種地基處理方式，提高了施工功效，有效縮短了施工工期，為鐵路施工快速上場建設奠定了基礎，同時也大大節約了施工成本。