高速铁路富水软弱地质大吨位箱梁双层存梁台座地基处理施工技术

冯鹏飞

（中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概况

怀仁制梁场位于集大原铁路正线DK18+600 线路左侧，梁场总建筑面积176666m2。选址在怀仁市亲和乡内，紧邻怀应线，远离居民生活区，地势平坦开阔，交通便利，进出场利用既有021 乡道。为减少用地，梁场采用横列式布置，存梁台座采用双层存梁方式。梁场承担821 孔箱梁预制任务，其中24m 梁59 孔，32m梁762 孔。

梁场内共设制梁台座20 个（预留4 个，32/24m 共用台座2 个，静载台座1 个），存梁台座70 个（其中32/24m 共用存梁台座14 个），其中2 个静载试验台座，14个32/24m 共用台座，地基处理方式为换填及扩大基础。

2 场地地质条件

2.1 地形地貌及底层结构

拟建场地位于怀仁市，地形较为平坦，所处地貌单元为冲洪积平原。根据钻探资料、原位测试及室内土工试验资料综合分析，拟建场地地基土从上至下共分为8 层，第1 层至第8 层依次为：素填土（Q42ml）、粉土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）、粉质黏土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）、粉质黏土（Q3al+pl）、粉质黏土（Q3al+pl）、粉质黏土（Q3al+pl）。

2.2 场地地下水

该场地地下水类型为潜水，主要受侧向径流及大气降水补给，勘探期间实测测得地下水稳定水位埋深在现状地面下1.5～3.0m 之间[1]。

2.3 建筑场地类别

拟建场地20.0m 深度范围内地基土主要由素填土、粉质黏土、粉砂组成，分别属于软弱土、中软土。20m 深度范围内土层等效剪切波速估算值Vse 介于150～250m/s 之间。

另外，根据钻探资料可知，场地覆盖层厚度大于50m，由此根据《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010）表4.1.6 划分该场地建筑场地类别为Ⅲ类[2]。

3 存梁台座地基处理方式

存梁台座支座为0.8×0.8×0.75m，支座上部按100×100mm 间距布设8mm 钢筋，保护层按50mm 考虑（支座四周可适当配置钢筋防止局部受压开裂）；扩大基础按阶梯形基础设计，上层尺寸2×7×0.5m，下层尺寸4×9×0.6m，在基础的顶部和底部分别布置两层钢筋网，配筋按f12mm@200mm，保护层厚度按50mm。台座与基础均采用C30 混凝土。

在基础下面按5.5×11×0.6m 换填水泥土（水泥与土按体积比2∶8），分2 层碾压夯实，压实标准需达到《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）第13 页的要求，且确保其地基承载力不低于250kPa。水泥土下部换填0.9m 砂砾或片石，分层碾压密实。换填层下部的原状土地基承载力按140kPa、水位按地面下1.5m 考虑，存梁台座横断面图和纵断面图分别如图1、图2所示。

图1 存梁台座横断面图

图2 存梁台座纵断面图

4 存梁台座地基基础计算

按双层存梁考虑，单片箱梁重量按720t 计。

其一，梁体与台座接触面积A=4×0.8×0.8=2.56m2，台座承受压力f==5.62MPa<[ fc]=14.3MPa，满足要求。

其二，扩大基础受力按柔性基础，则换填水泥土的受力：

pk1=+ 1.85 × 26=248kPa < 250kPa，满足要求。

其三，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）第12 页：

粉细砂原状土承载力修正：faz=140 + 1.0××( 2.6 - 0.5 )=169kPa。

换填垫层底部：

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

5 试验台座施工

5.1 施工流程

试验台座开挖至3.35m，实测承载力为196kPa。根据地勘显示，该层位于粉细砂层，承载力为140kPa，满足要求。开挖完成后对地基进行回填片石，分3 层填筑压实，每层厚30cm。片石换填完成后，回填2∶8水泥改良土，分2 层填筑压实，每层厚30cm。换填完成后，对地基承载力进行检测，均大于250kPa，试验合格后进行扩大基础施工[3]。

5.2 试验过程

待扩大基础混凝土达到设计强度后进行预压，采用20t 汽车吊进行配重压载，预压方式采用逐块预压，分三级进行：50%、80%、100%。预压总重量为150t，预压满载后必须保证连续24h 最大沉降量不超过2mm，累计持荷不少于72h。满载观测稳定后，继续逐块施加承载力至破坏状态，记录极限承载力。

5.3 配重加载办法

在配重块上标记承压位置，用吊车四点平衡起吊，按标记位置缓慢轻放，每次吊放时使台座均衡受力，第一级加载按50%（75t）观测，第二级加载按80%（120t）观测，第三级加载按100%（150t）观测，累计堆载10 层[4]。

5.4 沉降观测方法

5.4.1 在距离预压台座30m 外，隐蔽性、通视性好的地方选取基准点，基准点在没有确定稳定性前不得使用，在台座侧边对称埋设2 个沉降观测点。台座预压前，确定沉降观测点稳定后可开始观测。观测分两阶段，第一阶段为未施加承载力的稳定观测，在台座上预埋观测点。第二阶段为加载后的沉降速率观测，观测点设在第一块配重块的固定点位[5]。

5.4.2 在台座预压载荷达到50% 后用水准仪对台座每4h 记录1 次沉降数据，观测1 天后如无异常，可加荷到80%；开始二级沉降观测，每4h 记录1 次沉降数据，观测1 天后如无异常，可加荷到100%；开始三级沉降观测，持续3 天，直到稳定后进行数据分析，确定台座沉降值[6]。

5.4.3 每次观测后应及时对观测资料进行整理，计算出沉降量沉降差、平均沉降量和沉降速度，并进行分析。如出现变化量异常时，则停止预压试验，分析台座承载力情况。

5.5 沉降数据分析

试验结束后处理试验数据得到沉降试验沉降变化图，如图3所示。

图3 沉降试验沉降变化图

5.5.1 台座强度达到30MPa 状态稳定无明显沉降变化后，进行首次加载。从沉降试验沉降变化图可以看到，首次加载50%（75t），加载16h 后，沉降2.7cm，持续8h 后趋于稳定，沉降0.3cm。

5.5.2 首次加载稳定后进行二级加载。沉降数据显示：二级加载80%（120t），加载8h 后，沉降0.6cm，持续16h 后趋于稳定，沉降0.2cm。

5.5.3 二次加载稳定后进行三级加载。沉降数据显示：三级加载100%（150t），加载2h 后，沉降0.8cm；8h 后，沉降0.4cm，19h 后趋于稳定，沉降0.2cm。

5.5.4 当出现下列情况之一时，即可终止加载：

第一，周围的土明显侧向挤出；

第二，压力-沉降曲线出现徒降段；

第三，在某一级荷载下，24h 内沉降速率不能达到稳定标准。

5.6 试验总结

试验台座沉降形式为均匀沉降，加载后整体沉降5.2cm。通过沉降数据显示：首次加载时，沉降较为显著，约3cm；二级、三级加载时，沉降量较小，约1cm，沉降趋势较小，约0.2cm，满足要求[7]。

6 双层存梁台座施工

按照试验台座施工工艺，对现场双层存梁台座基础进行开挖，开挖至粉细砂层后进行换填施工，检验合格后进行扩大基础施工，扩大基础具体尺寸为9×4×0.6m，加台尺寸为7×2×0.6m，垫石尺寸为0.8×0.8×0.75m。施工完成达到设计强度后进行双层存梁。在存梁过程中，通过对存梁台座加强监控，观测存梁台座四支点沉降，整理观测数据得到CL9-1-1 沉降及沉降速率随累计天数变化图，见图4。从图中可以看出，沉降为均匀沉降，误差均不大于2mm，满足要求[8]。

图4 CL9-1-1 沉降及沉降速率随累计天数变化图

7 效益分析

存梁台座采用扩大基础，采用扩大基础与管桩或钻孔桩基础效益对比如表1所示。采用扩大基础每个存梁台座成本约4.3 万元，每天可施工完成5 个台座。若采用管桩或钻孔桩基础每个台座成本约14.7 万元，每天施工完成2 个台座。相比较每个台座可节约10.4万元，同时减少了管桩静压设备的投入，工期也得到了可靠的保障，为项目快速进场奠定了基础[9]。

表1 采用扩大基础与管桩或钻孔桩基础效益对比

8 结语

对怀仁制梁场富水软弱地质双层存梁台座地基进行处理施工，通过试验台座及现场实际施工检验，达到了预期效果，为今后高速铁路类似地质地基处理积累了一定的经验，具有非常重要的意义。类似地质双层存梁台座采用该种地基处理方式，提高了施工功效，有效缩短了施工工期，为铁路施工快速上场建设奠定了基础，同时也大大节约了施工成本。