浅谈制梁场台座地基处理技术

摘要：针对大型客专预制箱梁场的制、存梁台座的设计，保证制、存梁的安全性、经济性。

关键词：客运专线 大型箱梁 台座 地基处理

1 工程概况

1.1 场地位置

袁州制梁场位于沪昆客运专线铁路DK767+200处线路右侧，梁场分为办公区、生活区、制梁区、存梁区、拌合区、钢筋加工区、钢筋绑扎区等共占地120亩。

1.2 承担任务

袁州制梁场承担杭州至长沙铁路客运专线（江西段）HKJX-8标共461孔单线整孔箱梁的预制，其中32米452榀，24米9榀。

1.3 地址条件

根据梁场范围地勘资料，揭示场地范围地层分布情况有：

①耕植土（Q4al）：杂色，灰褐色，稍湿，漏水，主要成份为粉质粘土，含有植物根茎，松散，孔隙大，压缩性高。本场地内大部占地均有分布，厚度1.10～1.67m，平均0.77m。

②粉质粘土：灰-灰黑色，深灰色，稍湿，呈可塑状，局部软塑状，具粘性，粘手，刀切面平整光滑，可搓成直径2mm的细长条，有轻的砂感或滑感，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。本层场地内均有分布，厚度8.30～18.60m，平均厚度12.16m。

③中风化灰岩：浅灰-灰白色，中厚层状构造，隐晶质结构，溶蚀裂隙较发育，含方解石脉，岩芯较完整，呈短柱状至柱状，RQD=70%。

1.4 梁重载荷

32ｍ简支梁采用部颁梁部通用图，图号（2009）2322A系列简支梁，梁型为单箱单室箱梁。每孔箱梁场预制混凝土为334.71m3，钢筋混凝土比重按2.6t/m3计，每孔梁重量为870.25ｔ。竖向荷载为8702.5kN。模板及施工机械等荷载按800KN计算。

2 台座设计

2.1 存梁台座设计

根据要求采用双层存梁，每个存梁台座承受存梁竖向荷载为8702.5KN：桥梁支座支点距（横向）4500/2=2250=2.25m，梁高中心3.05m，纵向支点距距梁端0.55m，32米预制部分梁重：w=334.71x2.6=870.25t，双层存梁时，每侧台座承受梁部荷载为ｗ＝870.25ｔ，存梁台座每个支撑垫石顶上作用的支座反力为435.12ｔ。

下图为存梁台座受力图示（图2.1-1）。

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图2-1 存梁台座受力图示

台座基础设计

由于场地范围，由于地面高程起伏较大，平整后场坪高程为131.50m，根据场地纵断面表明，存梁台座基底位于粉质黏土层上，地基基本承载力为180kPa。存梁台座拟采用明挖扩大基础。

①采用2层基础，基础尺寸如下图所示

采用2层基础，底层基础尺寸为3.4x9.5m，基础体积为44.62m3，支撑垫石体积为0.77m3。

底层基础面积A1=3.4x9.5=32.3m2

2层基础面积A2=1.6x7.7=12.32m2

垫石面积A3=0.8x1.2=0.96m2

各层基础及垫石体积为：

V1=32.3x1.0=32.3m3

V2=12.32x1.0=12.32m3

V3=2*0.96x0.4=2*0.384＝0.768m3

基础C20混凝土：V=V1+V2+V3=32.3+12.32+0.768=45.39m3，基础重量：W=V×25=45.39x25=1135KN。

②地基容许承载力计算

基底位于填筑土层上，根据地质测试表明，地基基本承载力不小于σ0=180kPa。

地基容许承载力根据公式：

[σ]=σ0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)

由于h小于3m不计深度修正

故[σ]=σ0+k1γ1(b-2)

b=3.4m γ1=19 σ0=180kPa K1=2.0

[σ]=180+2.0x19x(3.4-2)

=180+53.2=233.2kpa

按施工荷载考虑，地基容许承载力提高系数为1.4

1.4[σ]=233.2x1.4=326.5kPa

③基底应力计算

基础自重：W基=1135KN

襟边工重：W土=1.0x(3.4x9.5-1.6x7.7)x17=340KN

梁重（按双层存梁设计）：W梁=8702.5KN

基底总重量：W=W基+W土+W梁=1135+340+8702.5=10178KN，

作用在存梁台上的其他力

运梁通道运梁车对存梁台产生的土压力，按100KN集中力计算，作用在基底以上1.0m位置。

H1=100KN

换算基底时：H1=100KN M1=100×1=100KN.m

梁在台上进行张拉后，对台底产生水平作用力，按H2=50KN集中力考虑，作用土垫石顶面，换算到基底时：H2=50KN

M2=50x2.4=120KN.m

基底中心外力组合：

W=10178KN

H=H1+H2=100+50=150KN

M=m1+m2=100+120=220KN.m

基底压力：

σmax=■+■ σmin=■-■

截面模量：

W=■bL2=■×9.5×3.42=18.30

基底设计应力：

σmax=■+■=315.1+12.02

=327.12kPa≌1.4[σ]=326.5kPa

σmin=■-■=315.1-12.02=303.1kPa

=326.5kPa

基底置于粉质黏土层，考虑提高后的地基容许承载力1.4[σ]=326.5kPa，与计算基底最大压应力σmax=327.12kPa基本一致，相差在3%以内。设计通过。

2.2 制梁台座

2.2.1 制梁台座基础布置

依据场地地质资料，制梁台座地基处理拟采用明挖扩大基础，制梁台座基础位于硬塑黏土层上，地基基本承载力为180kpa。按32m制梁台座进行设计检算。32m制梁台座基础布置如下图2-3：

2.2.2 制梁台座地基处理计算

①32ｍ简支箱梁荷载

梁场预制每孔梁重量为870.25t。模板重量按130t计算。

②制梁台座荷载

制梁台座布置形式，采用3道直墙形式的制梁台座。

制梁台座尺寸长为33.4m，宽为5.0cm，高为0.8m，基础以上部分混凝土数量为91.7m3。

台座本身自重为：w台座＝91.7×2.5＝229.2t。台座采用C25混凝土，钢筋级别为Ⅱ级。

作用在台座上竖向荷载为N＝870.25+229.2+130＝1229.45t。

基础形式：制梁台座采用4道条形筏基，根据基底持力层基本承载力不同，分别进行设计基础尺寸。

2.2.3 基础设计

①基础尺寸拟定如下图2-3所示：

两端基础宽度为4.0m，中间两道宽度为3.0m；基础厚度1.0m，基底置于基本承载力为180kpa的粉质黏土层上。

②基础荷载

采用扩大条形基础：

台座两端为6.3x5.0x1.0=31.5m3 共2个

台座中间为6.3x2.0x1.0=12.6m3 共2个

筏基基底面积A=31.5*2+2x12.6=88.2m2

基础体积V=88.2m3

W基=88.2x25=2205KN

③基底荷载组合

台座以上竖向荷载（自重）：12294.5kN

基础自重：2205kN

基底荷载组合：N=12294.5＋2205

＝14499.5kN

④基底应力

制梁台座基础仅受竖直荷载作用，上部荷载仅由条形筏基承受，据此计算基底应力。

按全部荷载由4道筏基均匀承受时，筏基基底应力：

σ=■=■=164.4kpa

考虑制梁台座控制设计荷载为张拉工况，此时，荷载由台座两端基础承受。

按一端基础计算：

台座以上荷载重量为：12294.5/2＝6147.25KN

基底面积：6.3x5＝31.5m2

基础重量为:31.5x1.0x25=787.5KN

竖向荷载总重：w＝6147.25＋787.5＝6934.75KN

基底应力为：

σ=■=■=220.2kpa

基底位于粉质黏土层，地基土的基本承载力为σ0=180kpa

地基容许承载力：考虑宽度修正提高

[σ]=σ0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)

由于h小于3m不计深度修正

故[σ]=σ0+k1γ1(b-2)

b=5m γ1=19 σ0=180kpa K1=0.5

[σ]=180+0.5x19x(5-2)

=180+28.5=208.5kpa

制梁台座按施工荷载考虑，地基基本承载力可提高1.4

1.4[σ]=1.4x208.5=291.9kpa≥220.2kpa (可)

计算结果表明，1~2号制梁台座采用条形扩大基础，可满足承载力要求。基础直接设置在粉质黏土层上，要求地基土的基本承载力大于σ0=180kpa。

⑤制梁台座稳定性检算

制梁台座底板为一整体，无论是两端初张拉，还是提梁机等外部设备产生的主动土压力，对制梁台座来说，在两侧产生的水平力是互相平衡，且截面重心与外力作用点重合。也就是说制梁台座倾覆力矩、滑动水平力均为零。

3 结束语

根据场区所在地的地质条件，我们在台座设计中，采用了扩大基础作为存、制梁台座基础，充分利用了地势，在保证质量的前提下，节约了投资，取得了良好的社会及经济效益。