淺析鐵路梁場(chǎng)制梁臺(tái)座施工方案

徐彬

【摘 要】保證箱梁預(yù)制及存放達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)角度選擇方案。論文以客運(yùn)專線制梁場(chǎng)臨建工程為例，探討梁場(chǎng)臨建方案的確定、控制重點(diǎn)及取得的效果，為后續(xù)梁場(chǎng)建設(shè)提供參考。

【Abstract】Ensuring the box girder prefabrication and storage meet the design and specification requirements， and selecting the scheme from the economic perspective. Taking the temporary construction project of the passenger dedicated line system as an example， this paper discusses the determination， control focus and effect of the construction of the beam yard， and provides reference for the construction of the subsequent beam yard.

【關(guān)鍵詞】鐵路;梁場(chǎng)建設(shè);擴(kuò)大基礎(chǔ);相對(duì)沉降

【Keywords】railway; construction of beam yard; expansion of foundation; relative settlement

【中圖分類號(hào)】TU756? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）10-0158-03

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。

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（e—t曲線），從曲線中選擇能夠滿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取;②不同試驗(yàn)點(diǎn)承載力e—t曲線在相同加載時(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。

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。

按照以上原則選擇，由大到小，240kPa時(shí)最大相對(duì)變形2.9mm，不滿足要求;220kPa時(shí)最大相對(duì)變形2mm滿足要求，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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB 50007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].