淺析鐵路梁場(chǎng)制梁臺(tái)座施工方案

徐彬

（蒙西華中鐵路股份有限公司湖北指揮部，湖北 襄陽(yáng)441102）

1 情況簡(jiǎn)介

制梁場(chǎng)地處山嶺重丘區(qū)，山體表層為粉質(zhì)粘土厚度3～5m，谷地為深層軟基，軟土最大深度15m，地基承載力50～120kPa。軟基處理完成后站坪填筑普通土，最大填高18m，填方完成后在站坪上建設(shè)梁場(chǎng)。由于梁場(chǎng)設(shè)計(jì)位于站坪上，梁場(chǎng)場(chǎng)坪工作完成后才能進(jìn)行梁場(chǎng)臨建工程的施工，導(dǎo)致梁場(chǎng)工期緊，各方面要求較高。

2 方案的確定

2.1 梁場(chǎng)臨建工程特點(diǎn)

①梁場(chǎng)所處位置為山嶺重丘區(qū)，并且該地區(qū)降雨多，土體含水量常年處于飽和狀態(tài)，谷地地表水非常多，且多處為魚(yú)塘。

②地質(zhì)差異較大，山體土質(zhì)為全風(fēng)化花崗巖，地基承載力120～150kPa;谷地為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，承載力50～80kPa，并且軟土分部深淺不均勻，會(huì)導(dǎo)致梁臺(tái)座跨區(qū)時(shí)產(chǎn)生不均勻沉降。

③施工工期緊，站坪填筑完成后必須立即開(kāi)始梁場(chǎng)臨建工程的施工，同時(shí)進(jìn)行制梁工作，工后沉降會(huì)貫穿整個(gè)制梁過(guò)程。

④該梁場(chǎng)預(yù)制梁為雙線(xiàn)箱梁，噸位較大，每支點(diǎn)受力約250 噸；同一片梁四個(gè)支點(diǎn)相對(duì)高差不能大于2mm。

2.2 施工方案選擇

2.2.1 用樁基礎(chǔ)作為制存梁臺(tái)座基礎(chǔ)

根據(jù)工程自身特點(diǎn)首先考慮樁基礎(chǔ)作為制存梁臺(tái)座，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠克服地質(zhì)差異、消除工后沉降對(duì)臺(tái)座的影響。缺點(diǎn)是投入成本大、施工工期長(zhǎng)，并且在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮樁基礎(chǔ)在填方段及軟土段負(fù)摩阻對(duì)樁承載力的影響。

該梁場(chǎng)近2/3 的面積為填方區(qū)，最大填方18m，對(duì)應(yīng)最大填方區(qū)的軟土深度達(dá)到12～15m。那么在30～33m 區(qū)段樁體理論是不能提供承載力，并且在負(fù)摩阻力的影響下會(huì)降低樁體自身的承載力。

圖1 樁基礎(chǔ)受力分布圖

按照樁體受力情況初步情況分析，樁體必須穿過(guò)填土層和軟土區(qū)，并且在持力區(qū)有足夠的長(zhǎng)度，而確定樁體負(fù)摩阻區(qū)的受力需進(jìn)行土質(zhì)與樁體的摩阻力試驗(yàn)，條件不具備。綜上所述，該方案從經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)條件等方面比較，可行性差，故放棄該方案。

2.2.2 強(qiáng)夯后采用擴(kuò)大基礎(chǔ)

如果在填筑過(guò)程中分3～5m 對(duì)制存臺(tái)座基礎(chǔ)范圍進(jìn)行強(qiáng)夯，可以有效地降低工后沉降，大幅度地消除臺(tái)座的不均勻沉降。從理論上有效地解決了問(wèn)題，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該方法存在最大的問(wèn)題是施工周期較長(zhǎng)，并且在雨季施工強(qiáng)夯過(guò)程或強(qiáng)夯后路基表面排水不暢容易造成積水，積水沿周邊填土下滲將會(huì)對(duì)工程實(shí)體產(chǎn)生較大的影響。

該方案優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)上可以節(jié)省，缺點(diǎn)是工期不易保證，而且由于該地區(qū)雨水較多，會(huì)對(duì)工程實(shí)體及臺(tái)座基礎(chǔ)造成危害。

2.2.3 換填后采用擴(kuò)大基礎(chǔ)

梁場(chǎng)建設(shè)最重要是在滿(mǎn)足承載力的前提下如何解決沉降和不均勻沉降問(wèn)題。沉降過(guò)大會(huì)對(duì)梁場(chǎng)配套設(shè)施造成影響（如場(chǎng)內(nèi)道路開(kāi)裂、滑梁道與運(yùn)梁設(shè)施產(chǎn)生過(guò)大高差無(wú)法運(yùn)梁等）；不均勻沉降最大的危害是直接對(duì)梁體受力造成影響，超過(guò)一定程度會(huì)導(dǎo)致梁體開(kāi)裂，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。

按照受力的分析，可知單位面積受力越大，變形越大，反之則小。如果通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)（復(fù)合地基承載力實(shí)驗(yàn)），首先分別對(duì)填挖區(qū)土體和換填料實(shí)際質(zhì)量和承載力進(jìn)行測(cè)試，再通過(guò)理論計(jì)算，得出需換填厚度、面積及擴(kuò)大基礎(chǔ)的受力面積；按照計(jì)算結(jié)果在實(shí)驗(yàn)區(qū)（為不影響工期，可選擇在梁場(chǎng)以外相鄰區(qū)域）分填方、挖方進(jìn)行實(shí)施，換填完成后采用與制存梁同周期進(jìn)行試驗(yàn)，分3 天、7 天、15 天進(jìn)行試驗(yàn)，分別測(cè)出其實(shí)際沉降量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集分析，最終確定確實(shí)可行的方案，理論上可行，但需要大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)、施工周期、現(xiàn)場(chǎng)條件等方面的比較，最終確定采用換填后擴(kuò)大基礎(chǔ)的方案。

3 方案的確定及過(guò)程分析

3.1 基本承載力的確定

基本承載力要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，通過(guò)堆載或反頂預(yù)壓的方法，在應(yīng)力一定的情況下繪制出時(shí)間—變形曲線(xiàn)（e—t 曲線(xiàn)），從曲線(xiàn)中選擇能夠滿(mǎn)足要求的承載力值做為基本承載力值（假定支點(diǎn)受力恒定）。

不同應(yīng)力值的選擇（輕型觸探為參考值）：①原狀土地基承載力平均值的1.2 倍作為最小值；②可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況每增加20kPa 為一級(jí)；③最大應(yīng)力值為基地處理后承載力最小值。

基本承載力值的選擇：①基本承載力值按由大到小的原則選??；②不同試驗(yàn)點(diǎn)承載力e—t 曲線(xiàn)在相同加載時(shí)間點(diǎn)相對(duì)變形不大于2mm；③同一臺(tái)座跨越地質(zhì)情況差異較大的不同區(qū)域應(yīng)延長(zhǎng)加載時(shí)間；④每級(jí)荷載下試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不小于3 個(gè)[1]。

如果上述要求不能滿(mǎn)足時(shí)要根據(jù)個(gè)別臺(tái)座基礎(chǔ)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)（加大基礎(chǔ)尺寸）。

3.2 以挖方段為例

采用輕型觸探儀對(duì)填筑區(qū)、挖方區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)點(diǎn)按照梁場(chǎng)基礎(chǔ)布置位置布點(diǎn)，數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 梁場(chǎng)輕型動(dòng)力觸探數(shù)據(jù)（挖方）

基底換填處理后最小承載力為252kPa，選擇240kPa 為其最小承載力。

承載力分級(jí)：一級(jí)180kPa；二級(jí)200kPa；三級(jí)220kPa；四級(jí)240kPa。

圖2

按照以上原則選擇，由大到小，240kPa 時(shí)最大相對(duì)變形2.9mm，不滿(mǎn)足要求；220kPa 時(shí)最大相對(duì)變形2mm 滿(mǎn)足要求，選擇220kPa 應(yīng)力值作為基本承載力。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

以220kPa 為基本承載力，壓實(shí)系數(shù)90 以上（根據(jù)路基改良土填筑試驗(yàn)結(jié)果完全可以達(dá)到），根據(jù)軸心受力確定混凝土基礎(chǔ)尺寸為：4.5m×8.3m。

3.3.1 換填厚度和面積確定

σ220/σ地= S地/S220可得換填底面積：填方S=60m2；挖方S=52m2。

（2x+8.3）×（2x+4.5）=60;（2x+8.3）×（2x+4.5）=52

從而可得需加寬值：填方△b=0.78m（取0.8）；挖方△b=0.53m（取0.6）；

進(jìn)一步可得換填厚度（擴(kuò)散角按30°考慮）：填方h=1.6m;挖方h=1.2m。

那么根據(jù)數(shù)據(jù)推算可得以下結(jié)論：填方區(qū)換填尺寸6.1m×9.9m，厚度1.6m；挖方區(qū)換填尺寸5.7m×9.5m，厚度1.2m。

3.3.2 基礎(chǔ)配筋計(jì)算

按照上一步理論數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施換填，并進(jìn)行堆載試驗(yàn)（反頂加壓），該試驗(yàn)必須對(duì)不同時(shí)間段、不同位置、不同荷載狀態(tài)下的變形值進(jìn)行收集。梁臺(tái)座基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，按獨(dú)立基礎(chǔ)軸心受壓計(jì)算配筋（偏安全），梁體每支點(diǎn)作用力取2500kN；故q1，q2均為2500kN，地基壓應(yīng)力σt取220kPa。

MI =1/24σt（a-at）2×（2b+bt） （1）

式（1）中，MI——基礎(chǔ)彎矩;

a、b——基礎(chǔ)邊長(zhǎng);

at、bt——柱邊長(zhǎng);

σt——地基壓應(yīng)力。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋，如圖3 所示。

圖3 存梁臺(tái)座配筋橫斷面圖

4 擴(kuò)大基礎(chǔ)方案取得的效果

①通過(guò)制存梁整個(gè)的施工過(guò)程監(jiān)控，梁臺(tái)座各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足施工和設(shè)計(jì)要求，存梁臺(tái)座前期一個(gè)存梁周期最大沉降10.5mm，累計(jì)最大沉降18mm；最大相對(duì)沉降1.8mm。

②分析沉降較大的臺(tái)座，主要原因是在基礎(chǔ)換填施工質(zhì)量控制，經(jīng)歷雨天施工的臺(tái)座沉降量相對(duì)加大；其次是換填料質(zhì)量，本梁場(chǎng)采用兩種換填料：水泥改良土（水泥摻量5%）或風(fēng)化石，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)可知，采用水泥改良土施工的后期沉降較小，主要原因是水泥改良土后期強(qiáng)度大，雨水不易下滲。

③梁體支點(diǎn)相對(duì)沉降在理論計(jì)算中和實(shí)際中有一定的偏差，主要表現(xiàn)在梁體自身平衡上，實(shí)際梁體四個(gè)支點(diǎn)由于其沉降變化不一致導(dǎo)致受力不一致，在這個(gè)過(guò)程中梁體會(huì)自身剛度平衡，實(shí)際中效果要更為理想。

④對(duì)于地質(zhì)情況差的便采用鉆孔樁、管樁作為支撐，這種設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)巨大的成本浪費(fèi)，并且大幅度地增加了施工周期。設(shè)計(jì)如果采用平車(chē)移梁，特別是采用樁基礎(chǔ)作為存梁支墩，條形基礎(chǔ)做運(yùn)梁道時(shí)，一定要考慮到運(yùn)梁道和存梁臺(tái)剛度分配問(wèn)題，一旦存梁支墩剛度很大，而移梁道剛度較小，將會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)基礎(chǔ)開(kāi)裂、基礎(chǔ)失穩(wěn)等情況，所以在這種情況下最好采用分離式基礎(chǔ)，單獨(dú)計(jì)算承載力和變形[2]。

⑤存梁支墩和運(yùn)梁道均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，兩者均連接為整體，剛度相近，能夠協(xié)同受力，沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)沉降，并且節(jié)省材料，效果很好。

5 結(jié)論

對(duì)于大型鐵路梁場(chǎng)臨建設(shè)計(jì)方案，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、氣候，同時(shí)必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)驗(yàn)證最終確定方案。臺(tái)座設(shè)計(jì)不能一味追求基礎(chǔ)沉降變形絕對(duì)值，為了保證絕對(duì)沉降值滿(mǎn)足2mm 要求，而實(shí)際臺(tái)座四個(gè)支點(diǎn)的受力也不可能絕對(duì)一樣，假如當(dāng)其中一個(gè)支點(diǎn)的沉降超過(guò)其他支點(diǎn)沉降2mm 時(shí)，其沉降過(guò)程中地基承載力也在不斷地提高，那么在變形的過(guò)程中梁體會(huì)隨剛度的變化自行調(diào)整受力狀況，因此，在進(jìn)行臺(tái)座設(shè)計(jì)時(shí)要將地基的相對(duì)沉降考慮在內(nèi)，可以通過(guò)承載力、變相、時(shí)間曲線(xiàn)選擇合適的地基處理方案，從而達(dá)到安全、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的最佳效果。