合福高速铁路泾县及旌德制梁场地基处理设计方案山东志合建筑设计院有限公司二零一零年十月十六日一、工程概况新建工程中铁六局合福高速铁路泾县及旌德制梁场，位于安徽省泾县及县旌德境内，毗邻合福高速铁路，场地狭窄，场地为山区填土地基；主要建(构)筑物有制梁台座、存梁台座等，山区填土地基承载力偏低，沉降量较大，因此采用换填法与振冲法、强夯法、深层搅拌法地基处理方式，来提高地基的承载力，处理面积约为5000m2，。
以减小台座扩大基础的面积，从而减少混凝土的数量。
二、设计依据采用规范与检算依据(1)．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）(2)．《建筑地基和基础设计规范》（GB50007-2002）(3)．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(4)．《建筑地基处理技术规范》（JDJ79-2002）(5)．通桥（2005）2322-II；跨度31.5m；(6)．《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）三、存梁台座基础1．地基承载力的计算荷载：每侧基础承重Gl =824.8/2=412.4t，基础自重V=40.3m3, Gj=40.3×2.4=96.72t。
基础底压应力P K＝9.8×（G L＋G j）/S＝9.8×（412.4+96.72）/(3.8×8.7)=151.0kPa基础埋深d=0.8m，基础底持力层fak＝120kPa，重力密度＝17kN/m3，修正后地基承载力fa＝fak＋ηd×γm×(d-0.5)=120+1×17×(0.8-0.5)=125.1 kP a＜基础底压应力P K=151.0kPa新填土地基容许承载力考虑未固结、施工中受到推土机的碾压等因素取fak ＝70kPa，地基承载力不满足要求，应对地基进行换填处理，基底采用换填Z=0.8m厚3：7灰土垫层，压实系数λc应不小于0.95，承载力特征值取用fak＝200kPa，压力扩散角为28度。
灰土垫层修正后地基承载力fa＝=fak＋ηd×γm×(d-0.5)=200+1×17×(0.8-0.5)=205.1kP a＞基础底压应力P K=151.0kPa灰土垫层承载力满足要求。
压力扩散角θ=280垫层底面处附加压力值P Z=b×L×( P K –P C )/(b+2×Z×tgθ)/(L+2×Z×tgθ)=3.8×8.7(151.0-17×0.8)/(3.8+2×0.8×tg28)/(8.7＋2×0.8×tg28)=102.3 kP a。
垫层底面处的自重压力值Pcz=16×0.8+18.2×0.8=27.4 kPa垫层底面处的总压力为P Z+ Pcz=102.3+27.4=129.7 kPa灰土湿密度γ=18.2Kn/m3。
在d＝1.6m以上土的平均重力密度：γ＝（1.6×0.8＋18.2×0.6）/1.6＝17.1KN/㎡故经深度修正后垫层地基承载力的特征值：fa= fak＋ηd×γm×(d-0.5)=80+1×17.1×(1.6-0.5)=98.8 kPa<垫层底面处的总压力为P Z+ Pcz=129.7 kPa垫层底面地基承载力不满足要求，应对垫层底新填土地基处理。
2．沉降计算梁端双支点位于同一整体基础上，地基经过换填处理后均匀受力，不存在不均匀沉降的问题。
梁体四支点支撑实为梁两端双支撑，为简支结构，能够满足存梁使用要求。
四、制梁台座基础1、受力荷载计算：荷载a：梁体砼V=317.22m3，湿重G l=317.22×2.6=824.8t。
荷载b ：模型自重212.2t ，（外模137.8t ，内模38.3t ，端模6.04t ，底模30t ）。
荷载c ：设备及人员等辅助力取13t合计： 824.8+212.2+13=1050t 。
台座基础顶面荷载P=(a+b+c)×9.8=10290KN 。
2、制梁台座基础工况1：浇注阶段设计跨中部分：拟采用三条条型基础。
基础图见附图。
基础每延米：G j =4.38t ，G M 每延米1105032.2132.6M G t == 1()9.8(32.21 4.38)9.8108.71.103M j G G kpa lσ+⨯+⨯===⨯>fak =80 地基承载力不满足要求，进行换填处理。
工况2：初张拉阶段基础图见附图，基础埋深大于0.8m ，基础埋深取用d=0.8m ，基础底持力层fak ＝80kPa ，重力密度＝17kN/m3，修正后地基承载力fa ＝fak ＋ηd ×γm ×(d-0.5)=80+1×17×(0.8-0.5)=85.1 kP a在张拉后，端部受载为最不利的情况，此时模型已拆除，每侧梁重为412.4t 。
基础图见附图：可知，端部基础自重G j =103.6t 。
底模估值按均重偏大原则取3t ，则()9.8(412.4103.63)9.8120.46.5 6.5l j M G G G kpa S σ++⨯++⨯===⨯>fa =85.1 kP a 地基不满足承载力要求。
进行地基处理。
五、 地基处理方案：1. 振冲法方案主要目的是提高地基土的强度和降低压缩性，使地基承载力趋于均匀，减少地基的沉降。
根据《建筑地基处理技术规范》采用55kW 振冲器，等边三角形布桩，间距采用S=1.4m ，桩径d=0.8m ，de=1.05S=1.05×1.4=1.47m 。
22220.80.2961.47d m de === 初步设计时复合地基的承载力特征值按下式估算Fspk=[1+m(n-1)]fsk=[1+0.296×(4-1)] ×70=132.2 kP a>存梁台座基础垫层底面处的总压力为P Z + Pcz=129.7 kPa>初张拉阶段制梁台座基础底压力120.4kpa σ=振冲桩支撑相对硬层上。
根据以上计算资料，在正式施工前通过现场试验确定其复合地基承载力特征值和沉降量后，对振冲法分案进行调整。
2. 强夯法方案2.1 地基承载力不满足要求，应对地基进行处理；拟采用强夯地基处理方式，主要目的是提高地基土的强度和降低压缩性，使地基承载力趋于均匀。
（1）根据基础中点的地基变形计算深度的简化公式：Zn=B ×(2.5-0.4lnB)（B 是拟采用的基础宽度）=3.8×(2.5-0.4ln3.8)≈7.5m.（2）根据强夯地基处理的经验公式，加固影响深度为H =式中 H －加固影响深度（m ）W －锤重（kN ）h －落距（m ）α－系数，其值为0.5～1.0；国内学者认为一般粘性土取用0.5。
由地基变形计算深度Zn ≈7.5m ，取用地基处理加固影响深度H=7.5m ，根据强夯地基处理的经验公式初步计算单击夯击能W •H2227.5101010(15)22500.5H W h kN m α⎛⎫⎛⎫⋅=⨯=⨯=⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（3）确定地基加固的深度和单击夯击能《建筑地基处理技术规范》第6.2.1 “强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定”。
由表6.2.1查得，对于粘性土，有效加固深度6.0～7.0m 的单击夯击能为3000KN•M。
因此采用单击夯击能为3000KN•M作为试夯区的夯击能。
试夯区夯击后经对试夯区的测试，第十击和第九击之间的沉降差在2cm 左右，小于《建筑地基处理技术规范》第6.2.2 “最后两击的平均夯沉量的数量不宜大于：当单击夯击能小于4000KN•M时，平均夯沉量为4cm”的要求。
根据对试夯区的地基测试，此时地基承载力达到250 Kpa以上，故确定夯击次数为10次，强夯单击夯击能为3000KN.m，地基强夯后承载力特征值fak≥250Kpa。
地基强夯后承载力见地基测试报告。
强夯地基处理后，修正地基承载力fa＝=fak＋ηd×γm×(d-0.5)=250+1×17×(0.8-0.5)=255.1kP a＞基础底压应力P K=151.0kPa强夯地基处理后，地基承载力满足要求2．2夯点间距设计要求标准按照锤底直径2.5m设计。
2．3根据现场情况，制梁台座采用等腰三角形布点，采用隔夯法，第一遍先夯两个边排夯点，第二遍夯中排夯点，为了提高地基的挤密效果，能级为3000KN·M，锤击击数第一遍10击，第二遍10击，停夯要求为最后两击平均沉降量不大于50mm，第一、二遍夯完后，对夯坑进行片石回填，每夯坑约4.5m3，然后满夯。
满夯采用1500KN.m能量级进行夯实。
锤击击数为3击，夯印搭接。
存梁台座采用单体基础强夯，每个基础夯击3点，点距为3.3m,一字型布点，其他施工参数同制梁台座。
见附图2．4强夯施工前应先将强夯施工场地根据高程控制，大致平整，达到设计要求也利于夯机及施工安全。