高速鐵路富水軟弱地質(zhì)大噸位箱梁雙層存梁臺(tái)座地基處理施工技術(shù)

馮鵬飛

（中鐵十七局集團(tuán)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(cè)，梁場總建筑面積176666m2。選址在懷仁市親和鄉(xiāng)內(nèi)，緊鄰懷應(yīng)線，遠(yuǎn)離居民生活區(qū)，地勢平坦開闊，交通便利，進(jìn)出場利用既有021 鄉(xiāng)道。為減少用地，梁場采用橫列式布置，存梁臺(tái)座采用雙層存梁方式。梁場承擔(dān)821 孔箱梁預(yù)制任務(wù)，其中24m 梁59 孔，32m梁762 孔。

梁場內(nèi)共設(shè)制梁臺(tái)座20 個(gè)（預(yù)留4 個(gè)，32/24m 共用臺(tái)座2 個(gè)，靜載臺(tái)座1 個(gè)），存梁臺(tái)座70 個(gè)（其中32/24m 共用存梁臺(tái)座14 個(gè)），其中2 個(gè)靜載試驗(yàn)臺(tái)座，14個(gè)32/24m 共用臺(tái)座，地基處理方式為換填及擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2 場地地質(zhì)條件

2.1 地形地貌及底層結(jié)構(gòu)

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(jù)鉆探資料、原位測試及室內(nèi)土工試驗(yàn)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(zhì)黏土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）、粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）、粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）、粉質(zhì)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(cè)向徑流及大氣降水補(bǔ)給，勘探期間實(shí)測測得地下水穩(wěn)定水位埋深在現(xiàn)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(nèi)地基土主要由素填土、粉質(zhì)黏土、粉砂組成，分別屬于軟弱土、中軟土。20m 深度范圍內(nèi)土層等效剪切波速估算值Vse 介于150～250m/s 之間。

另外，根據(jù)鉆探資料可知，場地覆蓋層厚度大于50m，由此根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)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(tái)座地基處理方式

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

在基礎(chǔ)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(shí)，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到《建筑地基處理技術(shù)規(guī)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(shí)。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(tái)座橫斷面圖和縱斷面圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 存梁臺(tái)座橫斷面圖

圖2 存梁臺(tái)座縱斷面圖

4 存梁臺(tái)座地基基礎(chǔ)計(jì)算

按雙層存梁考慮，單片箱梁重量按720t 計(jì)。

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

其二，擴(kuò)大基礎(chǔ)受力按柔性基礎(chǔ)，則換填水泥土的受力：

pk1=+ 1.85 × 26=248kPa < 250kPa，滿足要求。

其三，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）第12 頁：

粉細(xì)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(yàn)臺(tái)座施工

5.1 施工流程

試驗(yàn)臺(tái)座開挖至3.35m，實(shí)測承載力為196kPa。根據(jù)地勘顯示，該層位于粉細(xì)砂層，承載力為140kPa，滿足要求。開挖完成后對(duì)地基進(jìn)行回填片石，分3 層填筑壓實(shí)，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(shí)，每層厚30cm。換填完成后，對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測，均大于250kPa，試驗(yàn)合格后進(jìn)行擴(kuò)大基礎(chǔ)施工[3]。

5.2 試驗(yàn)過程

待擴(kuò)大基礎(chǔ)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行預(yù)壓，采用20t 汽車吊進(jìn)行配重壓載，預(yù)壓方式采用逐塊預(yù)壓，分三級(jí)進(jìn)行：50%、80%、100%。預(yù)壓總重量為150t，預(yù)壓滿載后必須保證連續(xù)24h 最大沉降量不超過2mm，累計(jì)持荷不少于72h。滿載觀測穩(wěn)定后，繼續(xù)逐塊施加承載力至破壞狀態(tài)，記錄極限承載力。

5.3 配重加載辦法

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

5.4 沉降觀測方法

5.4.1 在距離預(yù)壓臺(tái)座30m 外，隱蔽性、通視性好的地方選取基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)在沒有確定穩(wěn)定性前不得使用，在臺(tái)座側(cè)邊對(duì)稱埋設(shè)2 個(gè)沉降觀測點(diǎn)。臺(tái)座預(yù)壓前，確定沉降觀測點(diǎn)穩(wěn)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(wěn)定觀測，在臺(tái)座上預(yù)埋觀測點(diǎn)。第二階段為加載后的沉降速率觀測，觀測點(diǎn)設(shè)在第一塊配重塊的固定點(diǎn)位[5]。

5.4.2 在臺(tái)座預(yù)壓載荷達(dá)到50% 后用水準(zhǔn)儀對(duì)臺(tái)座每4h 記錄1 次沉降數(shù)據(jù)，觀測1 天后如無異常，可加荷到80%；開始二級(jí)沉降觀測，每4h 記錄1 次沉降數(shù)據(jù)，觀測1 天后如無異常，可加荷到100%；開始三級(jí)沉降觀測，持續(xù)3 天，直到穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定臺(tái)座沉降值[6]。

5.4.3 每次觀測后應(yīng)及時(shí)對(duì)觀測資料進(jìn)行整理，計(jì)算出沉降量沉降差、平均沉降量和沉降速度，并進(jìn)行分析。如出現(xiàn)變化量異常時(shí)，則停止預(yù)壓試驗(yàn)，分析臺(tái)座承載力情況。

5.5 沉降數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)束后處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到沉降試驗(yàn)沉降變化圖，如圖3所示。

圖3 沉降試驗(yàn)沉降變化圖

5.5.1 臺(tái)座強(qiáng)度達(dá)到30MPa 狀態(tài)穩(wěn)定無明顯沉降變化后，進(jìn)行首次加載。從沉降試驗(yàn)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(xù)8h 后趨于穩(wěn)定，沉降0.3cm。

5.5.2 首次加載穩(wěn)定后進(jìn)行二級(jí)加載。沉降數(shù)據(jù)顯示：二級(jí)加載80%（120t），加載8h 后，沉降0.6cm，持續(xù)16h 后趨于穩(wěn)定，沉降0.2cm。

5.5.3 二次加載穩(wěn)定后進(jìn)行三級(jí)加載。沉降數(shù)據(jù)顯示：三級(jí)加載100%（150t），加載2h 后，沉降0.8cm；8h 后，沉降0.4cm，19h 后趨于穩(wěn)定，沉降0.2cm。

5.5.4 當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：

第一，周圍的土明顯側(cè)向擠出；

第二，壓力-沉降曲線出現(xiàn)徒降段；

第三，在某一級(jí)荷載下，24h 內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

5.6 試驗(yàn)總結(jié)

試驗(yàn)臺(tái)座沉降形式為均勻沉降，加載后整體沉降5.2cm。通過沉降數(shù)據(jù)顯示：首次加載時(shí)，沉降較為顯著，約3cm；二級(jí)、三級(jí)加載時(shí)，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(tái)座施工

按照試驗(yàn)臺(tái)座施工工藝，對(duì)現(xiàn)場雙層存梁臺(tái)座基礎(chǔ)進(jìn)行開挖，開挖至粉細(xì)砂層后進(jìn)行換填施工，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行擴(kuò)大基礎(chǔ)施工，擴(kuò)大基礎(chǔ)具體尺寸為9×4×0.6m，加臺(tái)尺寸為7×2×0.6m，墊石尺寸為0.8×0.8×0.75m。施工完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行雙層存梁。在存梁過程中，通過對(duì)存梁臺(tái)座加強(qiáng)監(jiān)控，觀測存梁臺(tái)座四支點(diǎn)沉降，整理觀測數(shù)據(jù)得到CL9-1-1 沉降及沉降速率隨累計(jì)天數(shù)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(jì)天數(shù)變化圖

7 效益分析

存梁臺(tái)座采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)與管樁或鉆孔樁基礎(chǔ)效益對(duì)比如表1所示。采用擴(kuò)大基礎(chǔ)每個(gè)存梁臺(tái)座成本約4.3 萬元，每天可施工完成5 個(gè)臺(tái)座。若采用管樁或鉆孔樁基礎(chǔ)每個(gè)臺(tái)座成本約14.7 萬元，每天施工完成2 個(gè)臺(tái)座。相比較每個(gè)臺(tái)座可節(jié)約10.4萬元，同時(shí)減少了管樁靜壓設(shè)備的投入，工期也得到了可靠的保障，為項(xiàng)目快速進(jìn)場奠定了基礎(chǔ)[9]。

表1 采用擴(kuò)大基礎(chǔ)與管樁或鉆孔樁基礎(chǔ)效益對(duì)比

8 結(jié)語

對(duì)懷仁制梁場富水軟弱地質(zhì)雙層存梁臺(tái)座地基進(jìn)行處理施工，通過試驗(yàn)臺(tái)座及現(xiàn)場實(shí)際施工檢驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后高速鐵路類似地質(zhì)地基處理積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，具有非常重要的意義。類似地質(zhì)雙層存梁臺(tái)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(shè)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也大大節(jié)約了施工成本。