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
工程概况
新建丄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，因此釆用换填法与振冲法、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, o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).《建筑地基和基础设讣规范》(GB5OOO7-2OO2)
(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) 2322-11：跨度31.5m；
⑹.《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范MTB10002.3-2005)
三、存梁台座基础
1.地基承载力的计算
荷载:每侧基础承MG I=824. 8/2=412. 4t,基础自重V=40. 3m3, Gj=40. 3X
2.4=96. 72t o
基础底压应力P K=9.8X(G L+G J) /S
=9.8 X (412.4+96.72) /(3.8X8.7)
= 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+ n d X y m X(d-0.5)
= 120+1X17X(0.8-0.5)
= 125.1 kPa＜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、施工中受到推上机的碾圧等因素取fak = 70kPa,地基承载力不满足要求，应对地基进行换填处理，基底釆用换填Z=0.8m 厚3： 7灰土垫层，压实系数“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+ A dX Y mX(d-0.5)
=200+1X17X(0.8-0.5)
=205.1 kPa＞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0 =28°
垫层底面处附加压力值Pz
=bXLX(P K -Pc )/(b+2 XZXtgO)/(L+2XZXtgO)
=3.8X8.7(151 .(M7X0.8)/(3.8+2XO. 8Xtg28)/(8.7+2X0.8Xtg28)
= 102.3 kPa o
垫层底面处的自重压力值Pcz= 16 X 0.8+18.2 X 0.8=27.4 kPa
垫层底面处的总压力为Pz+ Pcz= 102.3+27.4= 129.7 kPa
灰土湿密度丫二18. 2Kn/m3o在d=l. 6m以上土的平均重力密度：
Y= (1.6X0.8 + 18.2X0.6) /I. 6 = 17. lKX/nf
故经深度修正后垫层地基承载力的特征值：
fa= fak+ n d X y m X(d-0.5)
=80+1X17. IX (1. 6-0. 5)
二98. 8 kPa〈垫层底面处的总压力为Pz+ 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V=317.22m3,湿重Gj=317.22X2. 6=824. 8to
30t)o
荷载c：设备及人员等辅助力取13t
合计：824. 8+212. 2+13二1030t。
台座基础顶面荷载P二(a+b+c) X9. 8二10290KN。
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尸4.38t,
G M每延米久严黑= 32.2"
(G^.+G, )x9.8 (32.21 + 4.38)x9.8
= 108.7 切“>fak =80
”/ 1.10x3
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+ Q dX YmX(d-0.5)
=80+1X17X(0.8-0.5)
=85.1 kPa
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412.4to 基础图见附图：可知，端部基础自重G-103. 6to底模佔值按均重偏大原则取3t, 则
”(q+G’+G")x9j ⑷ 2*0313)x9. J20.4 如〉fa =85.1 kPa
荷载b：模型自重212. 2t,(外模137. 8t,内模38. 3t,端模6. 04t,底模
word
S 6.5 X 6.5
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
主要口的是提高地基土的强度和降低圧缩性，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=l.O5S=l.O5X 1.4= 1.47mo
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 +0.296X (4-1)] X 70=132.2 kPa
＞存梁台座基础垫层底面处的总压力为Pz+ Pcz= 129.7 kPa
＞初张拉阶段制梁台座基础底压力b = 120.4切“
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U 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=BX(2.5-0.41nB) (B 是拟采用的基础宽度)
=3.8X(2.5-0.41n3.8)^7.5m.
(2) 根据强夯地基处理的经验公式，加固影响深度为
式中H —加固影响深度(m)
W —锤重(kN)
h —落距(m)
系数，其值为0.5〜1.0；国内学者认为一般粘性土取用0.5。
山地基变形计算深度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-H
d 1
J?
0,82 "1.472 = 0.296
(TJ \2/ 7 5
Wh = 10x —=10x —=10x(15)2=2250WV•加
\a)(0.5 丿
(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621 “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621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*Mo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fakN250Kpa。
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+ Q jX y m X(d-0.5)
=250+1X17X(0.8-0.5)
=255.1 kPa＞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，笫二遍夯中排夯点，为了提髙地基的挤密效果，能级为3000KN・M,锤击击数笫一遍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,—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。