濕陷性黃土地質(zhì)連續(xù)箱梁橋滿堂支架地基處理方法探討

楊利明

（山西省公路工程質(zhì)量檢測中心，山西 太原 030006）

1 工程概況

本互通工程共有現(xiàn)澆箱梁1 790 m/83跨，現(xiàn)以A匝道2號(hào)橋作為代表對現(xiàn)澆箱梁支架下地基承載力進(jìn)行計(jì)算。吉縣樞紐A匝道2號(hào)橋橋梁孔跨布置為 4×20+2×20+3×20+3×20+3×20+4×20 m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，20 m跨徑現(xiàn)澆箱梁采用單箱雙室、3室及4室結(jié)構(gòu)，懸臂長1.5 m，梁高1.4 m，端橫梁寬1.5 m，中支點(diǎn)橫梁寬度2 m；梁端頂板厚度0.45 m，底板厚度0.42 m；跨中頂板厚度0.25 m，底板厚度0.22 m；第一聯(lián)每跨設(shè)3個(gè)箱室，第二聯(lián)每跨設(shè)4個(gè)箱室，其余聯(lián)每跨設(shè)2個(gè)箱室，梁端兩邊腹板寬為0.70 m，跨中腹板寬為0.40 m。箱梁底距原地面最高h(yuǎn)=22.5 m，全橋設(shè)置在濕陷性黃土地質(zhì)段。

2 現(xiàn)澆箱梁滿堂式支架施工方法

滿堂支架采用碗扣式多功能鋼管腳手架，立桿主要采用 2.4 m 、1.5 m 、1.2 m、0.9 m、0.6 m 5 種[1],立桿接頭錯(cuò)開布置，頂桿長度為0.3 m，橫桿采用0.9 m、0.6 m 2種組成，頂、底托采用可調(diào)托撐，底托規(guī)格為10 cm×10 cm。支撐體系跨中底板采用立桿間距為60 cm×90 cm的碗扣式腳手架，翼緣板采用90 cm×90 cm的碗扣式腳手架；墩柱兩側(cè)橫梁1.5 m范圍內(nèi)底板立桿間距為60 cm×60 cm，翼緣板采用90 cm×60 cm的碗扣式腳手架；橫桿步距為120 cm，詳見支架布置圖1、圖2。

圖1 現(xiàn)澆箱梁滿堂支架布置圖（單位：m）

圖2 現(xiàn)澆箱梁滿堂支架布置圖（單位：m）

3 滿堂式支架地基承載力計(jì)算

立桿底托置于方木上時(shí)，方木沿路線方向橫向放置，方木間距根據(jù)支架縱向間距確定，方木截面尺寸為20 cm×20 cm，取A匝道2號(hào)橋第四聯(lián)進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 橫梁下地基承載能力驗(yàn)算

圖3 橫梁下支架立桿平面布置圖（單位：cm）

橫梁自重N1=26×10×2×1.5=780 kN,支架自重取2.0 kN/m2，施工荷載取2.5 kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生活載時(shí)均布活載取2.0 kN/m2,傾倒混凝土產(chǎn)生活載時(shí)均布活載取4.0 kN/m2，荷載取值時(shí)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4[2]。橫梁下地基承載力P=[1.2×（780+2.0×10×2）+1.4×（2.5×10×2+4.0×10×2）]/（0.2×10×4）=145.75 kPa。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)跨中地基承載能力驗(yàn)算

圖4 標(biāo)準(zhǔn)跨中支架立桿平面布置圖（單位：cm）

標(biāo)準(zhǔn)跨中段梁下地基承載力P=[1.2×（26×10×12.8×0.42+2.0×10×12.8）+1.4×（2.5×10×12.8+4.0×10×12.8）]/（0.2×9.5×15）=110.50 kPa。

3.3 翼緣板下地基承載力驗(yàn)算

圖5 翼緣板下支架立桿平面布置圖（單位：cm）

翼緣板下地基承載力P=[1.2×（26×1.5×12.8×0.45+2.0×1.5×12.8）+1.4×（2.5×1.5×12.8+4.0×1.5×12.8）]/（0.2×3×15）=54.49 kPa。

4 橋址區(qū)內(nèi)土質(zhì)判定及地基處理方式確定

4.1 濕陷性黃土地基的濕陷等級判定

a）濕陷量的計(jì)算值 Δs按式（1）計(jì)算：

式中：δsi為第i層土的濕陷性系數(shù)；hi為第i層土的厚度，mm；β為修正系數(shù)，基底下0～5 m取1.50，基底下5～10 m取1，基底10 m以下至非濕陷性黃土層面，山西南部地區(qū)自重濕陷性黃土修正系數(shù)取1.20。

b）自重濕陷量的計(jì)算值Δzs按式（2）計(jì)算：

式中：δzsi為第 i層土的自重濕陷性系數(shù)；hi為第i層土的厚度，mm；β0為修正系數(shù)，取1.20。

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級表[3]

通過計(jì)算結(jié)果和濕陷性黃土地基等級表可判定該橋址區(qū)內(nèi)土質(zhì)為Ⅱ級自重濕陷性黃土。

4.2 Ⅱ級自重濕陷性黃土特點(diǎn)

土體本身具有強(qiáng)濕陷性和較高的壓縮性，遇水后地基會(huì)迅速變軟，出現(xiàn)沉降，展現(xiàn)出更大的土體壓縮性。

4.2.1 對于Ⅱ級濕陷性黃土地基常規(guī)的處理

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》推薦，濕陷性黃土地基常用的處理方法有換填墊層法、強(qiáng)、重夯法、擠密法等方法。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況和地基現(xiàn)場功能需要,本橋采用了換填30 cm灰土（2層）+15 cm厚C20素混凝土墊層方式處理地基。

4.2.2 現(xiàn)場具體地基施工處理

首先進(jìn)行30 cm表面雜質(zhì)土清除，表土清除后用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，達(dá)到90%的壓實(shí)度，然后進(jìn)行分2層填筑30 cm厚的10%灰土墊層，按96%的壓實(shí)度控制，最后澆注15 cm厚C20素混凝土。處理過程中寬度要求為地基處理范圍至少應(yīng)寬出支架之外1 m。

4.2.3 對地基承載力處理前后的現(xiàn)場對比測試

地基承載力現(xiàn)場測試采用重型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行試驗(yàn)檢測，按照面積范圍頻率要求進(jìn)行了5個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)，地基處理前承載力分別為：108 kPa、100 kPa、116 kPa、100 kPa、108 kPa，灰土處理后，相對應(yīng)的承載力分別為：236 kPa、220 kPa、252 kPa、228 kPa,236 kPa。經(jīng)過對比測試地基承載力有了質(zhì)的提升。

石灰穩(wěn)定土基層無側(cè)限抗壓標(biāo)準(zhǔn)為0.8 MPa。為了強(qiáng)化地基的整體性，提高地基局部抗剪強(qiáng)度，采用15 cm厚C20素混凝土硬化。

a）混凝土硬化后根據(jù)本橋支架布設(shè)型式對地基承載力進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算：當(dāng)立桿底托直接置于混凝土面上時(shí)，地基承載力P=[1.2×（26×240+2.0×12×60+25×60×12×0.15）+1.4×（2.5×12×60+4.0×60×12）]/（8×60）=39.60 kPa。

b）對混凝土單桿下部局部應(yīng)力計(jì)算：通過對15 cm厚C20素混凝土試件檢測，抗折強(qiáng)度均值為3.5 MPa，取荷載最大處中橫梁下單根立桿最大承受力進(jìn)行驗(yàn)算，Nmax=【1.2×（780+2.0×10×2）+1.4×（2.5×10×2+4.0×10×2）】/（17×4）=17.15 kN。底托截面尺寸為10 cm×10 cm，底托處混凝土抗折強(qiáng)度為：f=17.15/（0.10×0.10）=1.72 MPa。

5 結(jié)論分析

通過上述計(jì)算可知，橫梁下支架對地基承載力（Pmax）要求最大，Pmax=145.75 kPa?；彝撂幚砬霸鼗休d力平均為：P=106 kPa＜145.75 kPa，不能滿足支架對地基承載力的要求?；彝撂幚砗蟮鼗休d力最小為：P=220 kPa＞145.75 kPa，處理后的地基承載力滿足支架設(shè)計(jì)要求。

采用15 cm厚C20素混凝土硬化前，底托處灰土無側(cè)限強(qiáng)度[f]=0.8 MPa小于支架地基設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度f=1.72 MPa，說明只進(jìn)行灰土換填還不能滿足地基局部抗剪要求。硬化后，支架地基設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度f=1.72 MPa小于C20素混凝土試驗(yàn)強(qiáng)度[f]=3.5 MPa，支架底托處地基局部抗剪強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

最終結(jié)論：經(jīng)過上述計(jì)算分析，濕陷性黃土地基現(xiàn)澆箱梁滿堂架施工在支架搭設(shè)前經(jīng)過換填30 cm石灰穩(wěn)定土和硬化15 cm厚C20素混凝土處理后各項(xiàng)指標(biāo)均滿足支架設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過在一年多的現(xiàn)場實(shí)體施工，本標(biāo)段采用現(xiàn)澆箱梁滿堂架施工的35跨濕陷性黃土地基連續(xù)箱梁橋，已全部成功建成，橋梁各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，也得到了業(yè)主的好評。

6 地基處理排水保證措施

針對Ⅱ級濕陷性黃土地基特點(diǎn),地基遭地表水浸泡會(huì)導(dǎo)致地基下沉,所以在支架施工前必須排除地基周圍的地表水,并預(yù)先作好排水溝以防雨水浸泡地基。為避免地基受水浸泡，在支架外緣2 m位置設(shè)置40 cm×30 cm的排水溝，排水溝分段開挖形成坡度，在低點(diǎn)開挖集水坑。采用砂漿對排水溝及集水坑抹面硬化，并對邊坡進(jìn)行包邊砂漿硬化，以防止雨水和后期養(yǎng)護(hù)水侵入支架區(qū)，引起支架下沉。

7 結(jié)束語

滿堂支架的施工是一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)性工藝環(huán)節(jié)，在施工過程中一定要重視對地基的處理，嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范和要求施工，確保施工質(zhì)量和施工安全。