客运专线900t箱梁预制场制（存）梁台座扩大基础处理方案研究

赵根田 中铁六局集团丰桥公司 100070

客运专线900t箱梁预制场制（存）梁台座扩大基础处理方案研究

赵根田 中铁六局集团丰桥公司 100070

为保证箱梁预制及存放达到规定的平整量要求，防止箱梁受扭开裂，客运专线双线整孔简支箱梁预制场制（存）梁台座基础需采用恰当的方案进行地基处理。

本文结合京沪高速铁路箱梁场工程实例，通过采用扩大基础方案处理台座基础，在充分的理论计算基础上，结合现场实际，阐述了地基基础处理的实施过程。并通过使用过程中的沉降监测与调整，验证了扩大基础处理方案的合理性，为快速、经济地建设箱梁预制场提供了参考。

箱梁；台座；扩大基础；地基处理

1 概述

我国新建客运专线及高速铁路建设中，大量采用了无碴轨道后张法预应力混凝土双线整孔简支箱梁。

箱梁预制场建设中，制（存）梁台座的基础承载力和沉降是否满足规范规定的相关技术要求，其地基处理方案的设计与实施事关成败。

根据地质条件的不同，箱梁预制场制（存）梁台座基础处理方案主要采用桩基础和扩大基础处理方案。桩基础方案中主要采用的有钻孔桩基础、管桩基础、沉管灌注桩基础、CFG桩基础、粉喷桩基础等。扩大基础处理方案中按基础形式主要采用筏板基础和条形基础形式等；按地基处理方式主要采用强夯处理基础、灰土换填基础、级配砂砾换填基础等。

如何因地制宜地选择台座基础处理方案，不仅要满足技术要求，同时还得做到经济节省、便于施工等。

本文拟结合京沪高速铁路箱梁场工程实例，通过采用扩大基础方案处理台座基础，在充分的理论计算基础上，结合现场实际，阐述地基基础处理的实施过程。并通过使用过程中的沉降监测与调整，验证扩大基础处理方案的合理性，为快速、经济地建设箱梁预制场提供参考。

2 采取的研究方法

先期调研了国内多处箱梁预制场的台座基础处理方案的技术现状，收集、分析和研究了多种处理方案的优缺点、地质适应性、经济性、实施的方便性等，系统梳理了国内相关规范对箱梁台座基础的技术要求，进行初步理论研究。然后，结合京沪高铁南皮、东光梁场场址处的地质情况，通过经济技术比选，重点研究了扩大基础处理方案，对其进行了理论计算和施工实施方案研究，制定使用过程中的沉降监测方案,观测验证其质量满足技术要求。

3台座基础处理的基本要求

箱梁预制场制（存）梁台座的基础需满足规范规定的承载力和沉降两个方面的相关技术要求。

为满足承载力要求，若在原始地基（fak＝140kPa）上采用扩大基础，势必要有足够的平面尺寸，采取布设足够的钢筋或增大基础的厚度来满足其刚度要求。显然，这是不经济的。因此，一般通过对地基进行处理，提高地基的承载力来达到要求。在设计计算中，经深度修正后的地基承载力特征值大于地基底面处的总压应力，即认为地基底面承载力满足要求。

关于沉降:《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》第7.3条规定:“预制梁在存梁时应保证四个支点不平整量不大于2 mm。”

支点不平整量是指两对角线高程之和的差值，并不是指四支点间相互高差，如图1所示。也就是说，斜平面上存梁是符合要求的。

因此，地基基础的不均匀沉降引起的箱梁四个支点所形成的两对角线支点的标高之和的差值不大于2mm，即认为基础的沉降满足要求。

4 扩大基础地基处理的理论计算

图1 支点不平整量示意图

为减小台座扩大基础的面积，从而减少混凝土的数量，采用换填法地基处理方式，来提高地基的承载力。根据《建筑结构荷载规范》（G B50009-2001）、《建筑地基和基础设计规范》（GB50007-2002）和《建筑地基处理技术规范》（JDJ79-2002）等，对台座基础地基进行检算。

4.1 扩大基础的结构形式与沉降检算

按照箱梁的受力特点和设计图对存梁支点的要求，存梁时采用四点支承的方法，横向按箱梁的支座中心布置（即横向跨度4.5m），纵向距梁端1.5m以避开支座板。每端的两个存梁支点基础连成一体。由此，梁端双支点位于同一整体基础上，地基经过换填处理后均匀受力，不存在不均匀沉降的问题。

制梁台座底部采用混凝土板式结构、上部为混凝土条型基础纵梁。梁体两端基础与跨中部分分开，保证了张拉后台座两端基础的各自均匀沉降，避免了不均匀沉降问题。

箱梁每端的基础连成一体后，梁体四支点支撑实际上已转换为梁两端双支撑，为简支结构，无需进行沉降计算，就能保证四个支点所形成的两条对角线支点的标高之和的差值，即不平整量不大于2mm。因此，在地基换填施工中，保证每端的基础换填和碾压均匀，存梁前对基础四支点进行磨平处理，使四支点不平整量在2mm范围内，即能够满足存梁使用要求。

4.2 存梁台座基础地基承载力的计算

1）、经试算后，初步确定扩大基础底面平面尺寸B×L、基础埋深d;

2）、计算基础底压应力PK，荷载为基础承重Gl与基础自重Gj之和。

3）、根据基础埋深d、基础底持力层原土地基承载力fak及对应处的重力密度γ计算修正后的地基承载力fa＝fak＋ηd×γm×(d-0.5)。

4）、判断:若fa＜PK，即地基承载力不满足要求，应对地基进行换填处理。

5）、经试算确定换填深度Z，根据换填材料稍微压实后的地基承载力fak计算修正后的地基承载力fa。若fa＞PK，即换填层承载力满足要求。

6）、根据Z/b，确定压力扩散角θ。计算垫层底面处附加压力值PZ=( PK-PC )×B×L/(B+2×Z×tg θ)/(L+2×Z×tg θ)。其中，自重压力PC=γ×Z。

7）、计算垫层底面自重压力Pcz=γ×d+γ换×Z 。

8）、计算垫层底面处的总压力为PZ+Pcz。

9）、根据换填材料的湿密度γ换，计算垫层底面处（深度为d+Z）土的平均重力密度:

10）、计算经深度修正后垫层地基承载力的特征值:

fa= fak＋ηd×γ均×(d+Z -0.5)

11）、判断:若深度修正后垫层地基承载力的特征值fa大于垫层底面处的总压力为PZ+ Pcz，则认为换填后的垫层底面地基承载力满足要求。

对于双层存梁位置，基底处理及扩大基础按承载面积相应扩大以满足存梁要求。

4.3 制梁台座基础地基承载力的计算

制梁台座在初张拉后端部受载为最不利工况，浇筑阶段时的地基承载力可不验算。

制梁台座基础地基承载力的计算步骤同存梁台座，经上述第4步和第11步检算后，得出基底结构尺寸及相应的换填深度。

5 扩大基础处理的实施方案

根据多次调查、讨论、试验、比选，京沪高速铁路（东光、南皮）制梁场的制梁台座和存梁台座基础地基采用3:7灰土换填法进行处理。地基换填深度制梁台座中部换填500mm，制梁台座端部换填800mm。存梁台位三七灰土换填深度为800mm。

5.1 地基换填处理施工方案

根据设计计算结果，制订了《地基换填处理施工组织设计方案》，对制梁台座进行了试验性换填施工。

1）、基坑开挖

基坑开挖尺寸不小于图纸设计尺寸，开挖至设计标高后人工清理基坑，压路机碾压密实。

2）、三七灰土拌合

（1）石灰选用:应用块灰或生石灰粉；使用前将其充分熟化，但不得含有过多的水分。灰土拌合前进行过筛处理，使之不得含有粒径大于5mm的生石灰块。

（2）土的选用:选择黏性土，采用梁场基槽中挖出的黏土，清除土中的有机杂物后可以使用。

（3）拌合比例:体积比，灰:土为3:7，灰土比例按规范严格控制。

（4）先将土堆成锥型，清理板结土块后再掺合石灰；灰土拌合应均匀，颜色一致。

（5）含水率控制在16～23%，以手紧握土料成团，两指轻捏能碎为宜。

3）、地基换填

灰土下入基坑前，先将基坑底部碾压一遍，然后将拌好的灰土按指定的地点倒入坑内。每层铺设厚度20cm左右。制梁台座端部和存梁台座换填深度为80cm，分5层铺设碾压，制梁台座中部换填深度为50cm，分3层铺设碾压。灰土摊铺后压路机进行碾压4遍以上，基坑边角部位采用蛙式夯进行夯实。压实完毕后及时加以覆盖，防止日晒雨淋。

5.2 地基换填检测

地基处理前对拌合好的灰土取样，进行击实试验，得出改组土样的最大干密度和最佳含水率。

换填前首先对基坑底原状土进行动力触探检测，制梁台座端部每端各检测4个点，中部检测8个点。存梁台位每端检测2个点。各部位原状土地基承载力检测结果满足要求后再进行地基换填。

换填过程中采用环刀法取样或灌砂法检测压实后灰土的压实度。检测点数不得少于动力触探检测点数。检测湿密度和含水率，计算出干密度，然后根据灰土击实试验报告计算压实度。实测各部位压实度均达到95%以上后再进行下一层灰土填筑。

地基换填完成后用动力触探仪进行地基承载力检测，检测方法同换填前。实测换填后的地基承载力应达到设计值以上。

地基换填完成一定数量后，按照规范规定的每300m2一个检测点，采用直径为800mm的圆盘进行平板载荷试验，得出P～S、S～lgt关系曲线。平板载荷试验得出的复合地基承载力特征值大于设计要求时，可进行后续的台座基础施工。

5.3 堆载预压试验

选取一个制梁台座为堆载试验台座。在制梁台座基础完成浇筑，强度达到底模安装条件后，安装底模，在基础侧壁做沉降观测标识，设22个观测点。

完成以上准备后，在底模上加垫砂袋并摆放钢轨。堆载重量为梁体砼、模板及施工荷载的总和，计算堆载重1050t，实际堆载为1100t。

图2 制梁台座堆载试验

在前两天每两小时观测一次沉降数据，之后每四小时观测一次，直至沉降趋于稳定，单测点四小时沉降差值不大于1mm，且各测点不均匀沉降小于5mm,即认定堆载试验合格。形象图如图2所示。

6 台座沉降监测与调整

为监测使用中台座基础沉降的均匀性，保证支点的不平整量满足规定要求，需对换填后的台座基础进行沉降的观测，必要时需采取调整底模标高、在存梁台座支点处加垫薄石棉板等措施来保证支点的平整，纠正和消除局部不均匀沉降带来的影响。

6.1 实验观测仪器

根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出台座基础在不断加荷作用下的沉降情况，为此要求沉降观测使用精密水准仪(S1或S05级)，水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度因合金水准尺。在不具备因合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一段标尺。实际采用DINI03电子水准仪进行观测（最小读数0.01mm，1KM往返测高差中误差为0.3mm，水准尺采用与之配套的因瓦尺）。

6.2 观测点的埋设

观测测点数量为制梁台座两端各4个点、制梁台座中部每侧8个点、存梁台位每端各2个点，布设位置以便于观测对称原则设置。测点采用钢锚钉栽入混凝土面，并用红油漆标记。

台位附近成对布设稳固的水准点，并进行联测后记录每个点的标高，作为沉降监测的基点。

6.3 监测方法、周期及频次

用视线高法测量各沉降观测点与水准基点的相对高差，观测水准路线按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线。在每个制梁台座首次浇筑箱梁或每个存梁台座首次存梁之前进行首次观量（得到零测量数据），测量各沉降观测点与相应水准基点的相对高差，并计算出每个观测点的“零高差”。加载后，每次观测计算出的高差减去上一次高差即为本次沉降量，减去“零高差”即为累积沉降量。

表1 箱梁场制（存）梁台座沉降变形观测频次

当连续三次观测得到的成果中各观测点的沉降量相差不大于1mm时视作该观测点的沉降趋于稳定，基础沉降趋于稳定后方可降低观测频次。

各阶段观测频次要满足表1要求，因天气或施工影响可适当调整观测时间。

7 结语

中铁六局京沪高速铁路工程在南皮、东光设置两个箱梁预制场，预制箱梁1296孔，采用了灰土换填基础。中铁六局津秦铁路客运专线工程在秦皇岛设置箱梁场，预制箱梁407孔，采用了级配砂砾换填基础。地基换填深度制梁台座中部换填500 m m，制梁台座端部换填800mm。存梁台位换填深度为800mm。

通过实践证明，采用扩大基础换填法地基处理方案建设箱梁的制（存）梁台座不仅能满足技术要求，适宜当地的地质条件，而且成本经济、实施便捷。

[1] 建筑地基和基础设计规范（GB50007-2002）

[2] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）

[3] 建筑地基处理技术规范（JDJ79-2002）

[4] 客运专线铁路无碴轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线）》设计图（通桥2322 A）

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.018