軟土地基現(xiàn)澆箱梁高支架施工技術(shù)分析

孫 磊

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

公路橋梁現(xiàn)澆箱梁施工需結(jié)合施工環(huán)境的地質(zhì)情況選擇科學(xué)合理的施工技術(shù)，以保證施工后現(xiàn)澆箱梁質(zhì)量和橋梁安全[1]。軟土地基是我國(guó)常見(jiàn)的地質(zhì)情況，該類(lèi)地基具有強(qiáng)度低、沉隱量大、壓縮量高、透水性低以及不均勻性等特點(diǎn)，該類(lèi)地基在施工時(shí)，如果施工技術(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致工程施工后存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，影響其使用壽命[2]。因此，在軟土地基上進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工時(shí)，需搭建支架體系對(duì)原始的軟弱土地基進(jìn)行處理，提升地面強(qiáng)度，保證現(xiàn)澆箱梁的施工效果[3]。本文針對(duì)軟土地基上現(xiàn)澆箱梁高支架施工技術(shù)應(yīng)用效果以及施工情況展開(kāi)研究，為類(lèi)似軟土地基上的現(xiàn)澆箱梁施工總結(jié)可供參考的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

某地區(qū)的一橋梁現(xiàn)澆箱梁工程所處環(huán)境整體為平坦地形內(nèi)，采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔方式勘測(cè)工程地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)主要包含4 個(gè)土層結(jié)構(gòu)，由上而下依次為亞黏土、淤泥、亞黏土以及粗砂，主要在上面3 個(gè)土層內(nèi)進(jìn)行施工，對(duì)該土層的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土層的力學(xué)性能

現(xiàn)澆箱梁的截面為單箱單室直腹板，箱梁頂部寬度為12~15m，梁高1.8m，縱坡為+3.9%，兩側(cè)懸臂。4 孔一聯(lián)，跨徑大小為5m×25m，使用C50 強(qiáng)度混凝土965.95m3，支架高度為22.2m。

2 高支架施工技術(shù)

2.1 高支架施工方案設(shè)計(jì)

獲取土層力學(xué)性能后，結(jié)合工程實(shí)際施工需求，設(shè)計(jì)現(xiàn)澆鋼梁高支架施工方案。由于橋下凈空較高[4]，在施工時(shí)采用鋼管柱增加支架平臺(tái)的高度，同時(shí)在支架上平臺(tái)上搭建滿堂支架。整個(gè)支架體系由上至下的結(jié)構(gòu)為方木次楞（尺寸為10cm×10cm）+工I10字鋼主楞+盤(pán)扣支架+橫向I18 工字鋼分配梁+Q235 型鋼縱向貝雷梁+橫向I40 雙拼工字鋼承重梁+鋼管柱（尺寸為650×8）+條形基礎(chǔ)+預(yù)應(yīng)力管樁，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)澆鋼梁高支架體系結(jié)構(gòu)

2.2 高支架體系的施工要點(diǎn)

高支架體系在施工前需對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，以保證高支架體系施工效果；完成地基加固后，才進(jìn)行支架體系施工。

（1）軟土地基加固處理需結(jié)合工程地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，主要通過(guò)地表硬化以及預(yù)應(yīng)力管樁完成地基加固處理；地表加固處理后，地基的壓實(shí)度達(dá)到95.9%，7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.65MPa。預(yù)應(yīng)力管樁加固后，通過(guò)樁體和土層之間的摩擦力，提升地基的支撐力[5]，以此實(shí)現(xiàn)上部荷載的支撐。

（2）鋼管柱在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證整體施工效果，需依據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鋼管柱平面布置圖放樣，以保證鋼管柱安裝位置的可靠性；并且需對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整處理，確保鋼管柱頂?shù)臉?biāo)高一致。在施工時(shí)，采用單排方式布置鋼管柱，在此基礎(chǔ)上，設(shè)置預(yù)應(yīng)力管樁，每個(gè)管樁均和鋼管柱相對(duì)應(yīng)，上方荷載可通過(guò)鋼管柱傳遞給預(yù)應(yīng)力管樁，預(yù)應(yīng)力管樁則將荷載傳遞至地基[6]。

（3）橫向I40雙拼工字鋼承重梁采用吊裝方式安裝在鋼管柱頂部中心位置，以保證荷載的有效傳遞。橫向分配梁和地面之間采用焊接方式完成連接，焊接使用的材料為I40a工字鋼，焊接方式為并排焊接；完成焊接后，需保證上下表面應(yīng)力齊平，避免在荷載作用下，發(fā)生局部應(yīng)力損壞。此外，為避免橫向分配梁發(fā)生側(cè)向滑移，采用粗鋼筋作為焊接材料，焊接在鋼管柱的工字鋼兩側(cè)。

（4）縱向貝雷梁施工時(shí)，采用雙排單層布置，兩排貝雷架之間的距離為45cm，以此形成貝雷梁；依據(jù)現(xiàn)澆箱梁腹板位置確定貝雷梁橫向間距。結(jié)合實(shí)際工程情況，一共設(shè)計(jì)15 組貝雷梁，以此形成桁架結(jié)構(gòu)。貝雷梁縱向跨度距離在7~12m 之間，采用簡(jiǎn)支連接方式，相互交錯(cuò)為1.5m，支點(diǎn)位于豎向腹桿處，即承重梁中心處正上方。在該步驟中，縱向貝雷梁上設(shè)計(jì)碗口式鋼管腳手架，立桿標(biāo)高為1.4m，在橫、縱兩個(gè)方向上的立桿間距為0.9m，橫桿步距為0.6m，同時(shí)設(shè)計(jì)可調(diào)頂托，以實(shí)現(xiàn)立桿高度的調(diào)節(jié)；并將方木橫梁設(shè)計(jì)在頂托上方，同時(shí)鋪設(shè)鋼模板，將其作為現(xiàn)澆箱梁底模。

（5）完成上述施工后，采用預(yù)壓方式對(duì)支架進(jìn)行處理，整個(gè)預(yù)壓流程為：沉降觀測(cè)點(diǎn)確定→支架體系加載→沉降結(jié)果測(cè)量→沉降穩(wěn)定觀測(cè)→標(biāo)高測(cè)量→荷載對(duì)稱(chēng)卸載→標(biāo)高測(cè)量→支架標(biāo)高調(diào)整。

底模焊接觀測(cè)點(diǎn)位置通過(guò)砂袋進(jìn)行壓重，以保證整個(gè)梁體為均勻荷載，整體壓重為現(xiàn)澆箱梁自重和施工荷載總和的105%。

觀測(cè)時(shí)間為在加載預(yù)壓前觀測(cè)一次、加載后早、中、晚各觀測(cè)一次，同時(shí)記錄并計(jì)算觀測(cè)結(jié)果；以此繪制沉降-時(shí)間曲線圖。在預(yù)壓過(guò)程中，整個(gè)預(yù)壓時(shí)間需>48h，卸除預(yù)壓后，可進(jìn)行支架的性能計(jì)算。

2.3 高支架受力計(jì)算

2.3.1 鋼管樁受力計(jì)算

鋼管樁主要用于荷載的傳遞，其受力性能對(duì)于整個(gè)支架的性能具有直接影響。鋼管樁的軸向受壓允許承載力[P]，其計(jì)算公式為：

式中：U——鋼管樁周長(zhǎng)；

αi、α——分別表示樁周摩阻力及樁底承載力的影響系數(shù)；

li——土層厚度；

τi——土層和樁體之間的極限摩擦力；

A——樁底支撐面積；

δR——樁尖所處土層的極限承載力；

K——安全系數(shù)。

2.3.2 支架體系沉降計(jì)算

由于軟土地基具有顯著的不均勻沉降特點(diǎn)，因此，高支架施工后，其沉降量對(duì)于支架施工效果存在直接影響，本文以《地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（SJG 01-2010）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沉降結(jié)果分析。支架體系的沉降量計(jì)算采用分層總和法完成，其計(jì)算公式為：

式中：ηs——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

p0——基礎(chǔ)底面處的附加壓力；

Esi——第i個(gè)土層的壓縮模量；

zi和zi-1——分別表示第i個(gè)土層和第i- 1 個(gè)土層分別和基礎(chǔ)地面的距離；

φi和φi-1——兩個(gè)土層對(duì)應(yīng)的平均附加應(yīng)力系數(shù)。

2.3.3 地基穩(wěn)定性計(jì)算

地基承受的荷載主要包括兩部分，一是支護(hù)體系傳遞荷載，二是土層自重。本文對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理后，為分析處理后的地基的穩(wěn)定性，按照30°的擴(kuò)散角、影響深度90cm 進(jìn)行計(jì)算，將其轉(zhuǎn)換成均勻荷載，并和加固前地基的承載力進(jìn)行對(duì)比，以此分析地基的穩(wěn)定性λ。其計(jì)算公式為：

式中：N——直接結(jié)構(gòu)作用在地基上的集中荷載；

A0——軟土地基荷載承受面積；

Gi——土層自重；

[λ]min——原有地面允許的地基承載力。

3 高支架體系性能分析

3.1 鋼管樁貝雷梁性能分析

依據(jù)預(yù)壓結(jié)果以及計(jì)算方法，獲取支架結(jié)構(gòu)以及整體的性能分析結(jié)果。支架結(jié)構(gòu)性能分析以鋼管樁貝雷梁的施工結(jié)果為例，其性能如表2所示。

表2 鋼管樁貝雷梁的施工性能測(cè)試結(jié)果

由表2 分析可知：采用本文設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆鋼梁高支架施工技術(shù)進(jìn)行施工后，鋼管樁的單樁承載力達(dá)到85.2t，主梁彎矩和主梁撓度分別為316.62kN/m 和0.51cm，均滿足允許值標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明該施工技術(shù)具有較好的施工效果，可保證支架體系各個(gè)結(jié)構(gòu)的施工需求。

3.2 支架沉降結(jié)果分析

箱梁在澆筑過(guò)程中，高支護(hù)體系沉降量直接影響現(xiàn)澆箱梁的施工效果，其沉降標(biāo)準(zhǔn)為不可超過(guò)10cm。10個(gè)施工點(diǎn)的沉降量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 支護(hù)體系沉降量分析結(jié)果

由表3 可知：10 個(gè)位置發(fā)生的沉降結(jié)果均在10cm以內(nèi)，其中最大沉降為7.6cm。由于在進(jìn)行高支架施工時(shí)，對(duì)地基進(jìn)行了加固處理，提升了軟土地基強(qiáng)度，降低其沉降量。

3.3 地基穩(wěn)定性分析

高支架施工前對(duì)軟土地基進(jìn)行了加固處理，提升地基的承載力，保證了高支護(hù)體系的承載力。獲取地基在不同大小的上部構(gòu)件集中荷載下的穩(wěn)定性結(jié)果，并與初始地基允許的承載力結(jié)果（26.6kPa）進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 分析可知：隨著上部集中荷載的逐漸增加，地基的承載力均在45.5kPa 以上，該結(jié)果顯著高于加固前地基的允許承載力結(jié)果。因此，本文設(shè)計(jì)的高支架施工技術(shù)具有較好的可行性，滿足軟土地基現(xiàn)澆箱梁高支架施工需求，可保證支架體系的施工效果。

表4 穩(wěn)定性分析結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

在軟土地基上進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工時(shí)，由于箱梁縱坡較大，支架較高，要安全完成支架施工，保證現(xiàn)澆箱梁的施工效果，需在獲取土層力學(xué)性能后，結(jié)合工程實(shí)際施工需求，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的現(xiàn)澆鋼梁高支架施工方案。首先在高支架體系施工前，通過(guò)地表硬化以及預(yù)應(yīng)力管樁完成地基加固處理后，才進(jìn)行支架體系施工。由于橋下凈空較高，在施工時(shí)采用鋼管柱增加支架平臺(tái)的高度，同時(shí)在支架上平臺(tái)上搭建滿堂支架的方式進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工。實(shí)踐證明，該施工技術(shù)可提升地基的穩(wěn)定性和承載性，并保證箱梁施工安全性。