趙根田 中鐵六局集團(tuán)豐橋公司 100070

客運(yùn)專線900t箱梁預(yù)制場制（存）梁臺座擴(kuò)大基礎(chǔ)處理方案研究

趙根田 中鐵六局集團(tuán)豐橋公司 100070

為保證箱梁預(yù)制及存放達(dá)到規(guī)定的平整量要求，防止箱梁受扭開裂，客運(yùn)專線雙線整孔簡支箱梁預(yù)制場制（存）梁臺座基礎(chǔ)需采用恰當(dāng)?shù)姆桨高M(jìn)行地基處理。

本文結(jié)合京滬高速鐵路箱梁場工程實(shí)例，通過采用擴(kuò)大基礎(chǔ)方案處理臺座基礎(chǔ)，在充分的理論計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，闡述了地基基礎(chǔ)處理的實(shí)施過程。并通過使用過程中的沉降監(jiān)測與調(diào)整，驗(yàn)證了擴(kuò)大基礎(chǔ)處理方案的合理性，為快速、經(jīng)濟(jì)地建設(shè)箱梁預(yù)制場提供了參考。

箱梁；臺座；擴(kuò)大基礎(chǔ)；地基處理

1 概述

我國新建客運(yùn)專線及高速鐵路建設(shè)中，大量采用了無碴軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線整孔簡支箱梁。

箱梁預(yù)制場建設(shè)中，制（存）梁臺座的基礎(chǔ)承載力和沉降是否滿足規(guī)范規(guī)定的相關(guān)技術(shù)要求，其地基處理方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施事關(guān)成敗。

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

如何因地制宜地選擇臺座基礎(chǔ)處理方案，不僅要滿足技術(shù)要求，同時還得做到經(jīng)濟(jì)節(jié)省、便于施工等。

本文擬結(jié)合京滬高速鐵路箱梁場工程實(shí)例，通過采用擴(kuò)大基礎(chǔ)方案處理臺座基礎(chǔ)，在充分的理論計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，闡述地基基礎(chǔ)處理的實(shí)施過程。并通過使用過程中的沉降監(jiān)測與調(diào)整，驗(yàn)證擴(kuò)大基礎(chǔ)處理方案的合理性，為快速、經(jīng)濟(jì)地建設(shè)箱梁預(yù)制場提供參考。

2 采取的研究方法

先期調(diào)研了國內(nèi)多處箱梁預(yù)制場的臺座基礎(chǔ)處理方案的技術(shù)現(xiàn)狀，收集、分析和研究了多種處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)、地質(zhì)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)施的方便性等，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)相關(guān)規(guī)范對箱梁臺座基礎(chǔ)的技術(shù)要求，進(jìn)行初步理論研究。然后，結(jié)合京滬高鐵南皮、東光梁場場址處的地質(zhì)情況，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，重點(diǎn)研究了擴(kuò)大基礎(chǔ)處理方案，對其進(jìn)行了理論計(jì)算和施工實(shí)施方案研究，制定使用過程中的沉降監(jiān)測方案,觀測驗(yàn)證其質(zhì)量滿足技術(shù)要求。

3臺座基礎(chǔ)處理的基本要求

箱梁預(yù)制場制（存）梁臺座的基礎(chǔ)需滿足規(guī)范規(guī)定的承載力和沉降兩個方面的相關(guān)技術(shù)要求。

為滿足承載力要求，若在原始地基（fak＝140kPa）上采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，勢必要有足夠的平面尺寸，采取布設(shè)足夠的鋼筋或增大基礎(chǔ)的厚度來滿足其剛度要求。顯然，這是不經(jīng)濟(jì)的。因此，一般通過對地基進(jìn)行處理，提高地基的承載力來達(dá)到要求。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，經(jīng)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(yīng)力，即認(rèn)為地基底面承載力滿足要求。

關(guān)于沉降:《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》第7.3條規(guī)定:“預(yù)制梁在存梁時應(yīng)保證四個支點(diǎn)不平整量不大于2 mm?！?/p>

支點(diǎn)不平整量是指兩對角線高程之和的差值，并不是指四支點(diǎn)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(chǔ)的不均勻沉降引起的箱梁四個支點(diǎn)所形成的兩對角線支點(diǎn)的標(biāo)高之和的差值不大于2mm，即認(rèn)為基礎(chǔ)的沉降滿足要求。

4 擴(kuò)大基礎(chǔ)地基處理的理論計(jì)算

圖1 支點(diǎn)不平整量示意圖

為減小臺座擴(kuò)大基礎(chǔ)的面積，從而減少混凝土的數(shù)量，采用換填法地基處理方式，來提高地基的承載力。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（G B50009-2001）、《建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JDJ79-2002）等，對臺座基礎(chǔ)地基進(jìn)行檢算。

4.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式與沉降檢算

按照箱梁的受力特點(diǎn)和設(shè)計(jì)圖對存梁支點(diǎn)的要求，存梁時采用四點(diǎn)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(diǎn)基礎(chǔ)連成一體。由此，梁端雙支點(diǎn)位于同一整體基礎(chǔ)上，地基經(jīng)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(jié)構(gòu)、上部為混凝土條型基礎(chǔ)縱梁。梁體兩端基礎(chǔ)與跨中部分分開，保證了張拉后臺座兩端基礎(chǔ)的各自均勻沉降，避免了不均勻沉降問題。

箱梁每端的基礎(chǔ)連成一體后，梁體四支點(diǎn)支撐實(shí)際上已轉(zhuǎn)換為梁兩端雙支撐，為簡支結(jié)構(gòu)，無需進(jìn)行沉降計(jì)算，就能保證四個支點(diǎn)所形成的兩條對角線支點(diǎn)的標(biāo)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(chǔ)換填和碾壓均勻，存梁前對基礎(chǔ)四支點(diǎn)進(jìn)行磨平處理，使四支點(diǎn)不平整量在2mm范圍內(nèi)，即能夠滿足存梁使用要求。

4.2 存梁臺座基礎(chǔ)地基承載力的計(jì)算

1）、經(jīng)試算后，初步確定擴(kuò)大基礎(chǔ)底面平面尺寸B×L、基礎(chǔ)埋深d;

2）、計(jì)算基礎(chǔ)底壓應(yīng)力PK，荷載為基礎(chǔ)承重Gl與基礎(chǔ)自重Gj之和。

3）、根據(jù)基礎(chǔ)埋深d、基礎(chǔ)底持力層原土地基承載力fak及對應(yīng)處的重力密度γ計(jì)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(yīng)對地基進(jìn)行換填處理。

5）、經(jīng)試算確定換填深度Z，根據(jù)換填材料稍微壓實(shí)后的地基承載力fak計(jì)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(jù)Z/b，確定壓力擴(kuò)散角θ。計(jì)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(jì)算墊層底面自重壓力Pcz=γ×d+γ換×Z 。

8）、計(jì)算墊層底面處的總壓力為PZ+Pcz。

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

10）、計(jì)算經(jīng)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(rèn)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(kuò)大基礎(chǔ)按承載面積相應(yīng)擴(kuò)大以滿足存梁要求。

4.3 制梁臺座基礎(chǔ)地基承載力的計(jì)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(yàn)算。

制梁臺座基礎(chǔ)地基承載力的計(jì)算步驟同存梁臺座，經(jīng)上述第4步和第11步檢算后，得出基底結(jié)構(gòu)尺寸及相應(yīng)的換填深度。

5 擴(kuò)大基礎(chǔ)處理的實(shí)施方案

根據(jù)多次調(diào)查、討論、試驗(yàn)、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(chǔ)地基采用3:7灰土換填法進(jìn)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(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，制訂了《地基換填處理施工組織設(shè)計(jì)方案》，對制梁臺座進(jìn)行了試驗(yàn)性換填施工。

1）、基坑開挖

基坑開挖尺寸不小于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后人工清理基坑，壓路機(jī)碾壓密實(shí)。

2）、三七灰土拌合

（1）石灰選用:應(yīng)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?；彝涟韬锨斑M(jìn)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(jī)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(guī)范嚴(yán)格控制。

（4）先將土堆成錐型，清理板結(jié)土塊后再摻合石灰；灰土拌合應(yīng)均勻，顏色一致。

（5）含水率控制在16～23%，以手緊握土料成團(tuán)，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(diǎn)倒入坑內(nèi)。每層鋪設(shè)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(shè)碾壓，制梁臺座中部換填深度為50cm，分3層鋪設(shè)碾壓?；彝翑備伜髩郝窓C(jī)進(jìn)行碾壓4遍以上，基坑邊角部位采用蛙式夯進(jìn)行夯實(shí)。壓實(shí)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(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，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(jìn)行動力觸探檢測，制梁臺座端部每端各檢測4個點(diǎn)，中部檢測8個點(diǎn)。存梁臺位每端檢測2個點(diǎn)。各部位原狀土地基承載力檢測結(jié)果滿足要求后再進(jìn)行地基換填。

換填過程中采用環(huán)刀法取樣或灌砂法檢測壓實(shí)后灰土的壓實(shí)度。檢測點(diǎn)數(shù)不得少于動力觸探檢測點(diǎn)數(shù)。檢測濕密度和含水率，計(jì)算出干密度，然后根據(jù)灰土擊實(shí)試驗(yàn)報告計(jì)算壓實(shí)度。實(shí)測各部位壓實(shí)度均達(dá)到95%以上后再進(jìn)行下一層灰土填筑。

地基換填完成后用動力觸探儀進(jìn)行地基承載力檢測，檢測方法同換填前。實(shí)測換填后的地基承載力應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值以上。

地基換填完成一定數(shù)量后，按照規(guī)范規(guī)定的每300m2一個檢測點(diǎn)，采用直徑為800mm的圓盤進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，得出P～S、S～lgt關(guān)系曲線。平板載荷試驗(yàn)得出的復(fù)合地基承載力特征值大于設(shè)計(jì)要求時，可進(jìn)行后續(xù)的臺座基礎(chǔ)施工。

5.3 堆載預(yù)壓試驗(yàn)

選取一個制梁臺座為堆載試驗(yàn)臺座。在制梁臺座基礎(chǔ)完成澆筑，強(qiáng)度達(dá)到底模安裝條件后，安裝底模，在基礎(chǔ)側(cè)壁做沉降觀測標(biāo)識，設(shè)22個觀測點(diǎn)。

完成以上準(zhǔn)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(jì)算堆載重1050t，實(shí)際堆載為1100t。

圖2 制梁臺座堆載試驗(yàn)

在前兩天每兩小時觀測一次沉降數(shù)據(jù)，之后每四小時觀測一次，直至沉降趨于穩(wěn)定，單測點(diǎn)四小時沉降差值不大于1mm，且各測點(diǎn)不均勻沉降小于5mm,即認(rèn)定堆載試驗(yàn)合格。形象圖如圖2所示。

6 臺座沉降監(jiān)測與調(diào)整

為監(jiān)測使用中臺座基礎(chǔ)沉降的均勻性，保證支點(diǎn)的不平整量滿足規(guī)定要求，需對換填后的臺座基礎(chǔ)進(jìn)行沉降的觀測，必要時需采取調(diào)整底模標(biāo)高、在存梁臺座支點(diǎn)處加墊薄石棉板等措施來保證支點(diǎn)的平整，糾正和消除局部不均勻沉降帶來的影響。

6.1 實(shí)驗(yàn)觀測儀器

根據(jù)沉降觀測精度要求高的特點(diǎn)，為能精確地反映出臺座基礎(chǔ)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(zhǔn)儀(S1或S05級)，水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度因合金水準(zhǔn)尺。在不具備因合金水準(zhǔn)尺的情況下，使用一般塔尺盡量使用第一段標(biāo)尺。實(shí)際采用DINI03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測（最小讀數(shù)0.01mm，1KM往返測高差中誤差為0.3mm，水準(zhǔn)尺采用與之配套的因瓦尺）。

6.2 觀測點(diǎn)的埋設(shè)

觀測測點(diǎn)數(shù)量為制梁臺座兩端各4個點(diǎn)、制梁臺座中部每側(cè)8個點(diǎn)、存梁臺位每端各2個點(diǎn)，布設(shè)位置以便于觀測對稱原則設(shè)置。測點(diǎn)采用鋼錨釘栽入混凝土面，并用紅油漆標(biāo)記。

臺位附近成對布設(shè)穩(wěn)固的水準(zhǔn)點(diǎn)，并進(jìn)行聯(lián)測后記錄每個點(diǎn)的標(biāo)高，作為沉降監(jiān)測的基點(diǎn)。

6.3 監(jiān)測方法、周期及頻次

用視線高法測量各沉降觀測點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)的相對高差，觀測水準(zhǔn)路線按二等水準(zhǔn)測量精度要求形成閉合水準(zhǔn)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(jìn)行首次觀量（得到零測量數(shù)據(jù)），測量各沉降觀測點(diǎn)與相應(yīng)水準(zhǔn)基點(diǎn)的相對高差，并計(jì)算出每個觀測點(diǎn)的“零高差”。加載后，每次觀測計(jì)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(dāng)連續(xù)三次觀測得到的成果中各觀測點(diǎn)的沉降量相差不大于1mm時視作該觀測點(diǎn)的沉降趨于穩(wěn)定，基礎(chǔ)沉降趨于穩(wěn)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(dāng)調(diào)整觀測時間。

7 結(jié)語

中鐵六局京滬高速鐵路工程在南皮、東光設(shè)置兩個箱梁預(yù)制場，預(yù)制箱梁1296孔，采用了灰土換填基礎(chǔ)。中鐵六局津秦鐵路客運(yùn)專線工程在秦皇島設(shè)置箱梁場，預(yù)制箱梁407孔，采用了級配砂礫換填基礎(chǔ)。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(shí)踐證明，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)換填法地基處理方案建設(shè)箱梁的制（存）梁臺座不僅能滿足技術(shù)要求，適宜當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，而且成本經(jīng)濟(jì)、實(shí)施便捷。

[1] 建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）

[3] 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JDJ79-2002）

[4] 客運(yùn)專線鐵路無碴軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（雙線）》設(shè)計(jì)圖（通橋2322 A）

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.018