现浇箱梁满堂支架地基处理技术
时间：2022-10-14 01:15:43
摘要:本文引用工程实例,对现浇箱梁支架地基处理的分析以及采用杂填土处地基处理施工技术进行一些探讨。
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1﹑工程概况
本工程为一座三层全互通涡轮式立交桥，底层为辅道系统，中间层为人民路，上层为东环路，立交主线均为双向6 车道，左转匝道为单向双车道，右转匝道为单向单车道。行人、非机动车及附近区块间的机动车通过辅道系统实现交通交换。立交桥用地面积约360亩，桥梁面积64500m2，桥梁最高处标高70.212m，涉及到工程范围东西向人民路约1550m，南北向东环路约1380m。本立交工程设桥梁10座，共63联、198跨、17处立体交叉、209个墩台、916根桩基，桥梁总长5404.5m。
本工程箱梁结构形式分为左右幅分离式和整体式连续箱梁两种，主线桥为单箱三室结构，箱梁标准断面梁高2.0m，顶板宽25m，底宽15m；变截面段梁高度2.0～3.0m。匝道桥，箱梁标准段为单箱三室结构，断面梁高1.7m，顶板宽9.0m，底宽4.2m；交叉处异形联为单箱多室截面。梁体全部搭设满堂支架现场浇筑。
根据诸多案例由于支架地基处理不当造成支架垮塌所占的比例很大，如地基沉降、滑坡、塌陷等，因此本工程将现浇连续箱梁满堂支架地基处理定为重点技术研究问题。
2﹑地基处理设计分析
本工程施工的现浇箱梁所处的地质环境较为复杂，为保证箱梁的施工质量，针对不同地基情况，制定不同的施工处理措施，在满足施工要求的前提下做到经济合理。基础处理工程从每联箱梁墩柱施工完成后进行，处理工作连续、一次性完成。
根据本桥现浇箱梁的结构特点，在施工过程中将涉及到以下荷载形式:
⑴ q1—— 箱梁自重荷载，新浇混凝土容重取26.50kN/m3。
⑵ q2—— 箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算，经
计算取q2＝1.0kN/m2（偏于安全）。
⑶ q3—— 施工人员、施工材料和机具荷载，按均布荷载计算，取2.5kN/m2。
⑷ q4—— 振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kN/m2，对侧板取4.0kN/m2。
⑸ q5—— 新浇混凝土对侧模的压力，由新浇混凝土容重、初凝时间、浇筑速度浇筑高度等计算得出。
⑹ q6—— 倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kN/m2。
⑺ q7—— 支架自重，经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示。
(8) q8—— 其他可能产生的荷载,如风荷载,雪荷载,冬季保温设施荷载等，取0.9kN/m2。
计算荷载组合
通过前面立杆承受荷载计算，端梁腹板处每根立杆上荷载最大值为间距60×60cm布置的立杆，即：
N（人民路主线桥）＝a×b×q＝a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
＝0.6×0.6×(89.04+1.0+2.5+2.0+2.94)=35.09kN
N（东环路主线桥）＝a×b×q＝a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
＝0.6×0.6×(95.40+1.0+2.5+2.0+2.94)=37.38kN
N（匝道桥）＝a×b×q＝a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
＝0.6×0.6×(54.06+1.0+2.5+2.0+2.94)=22.50kN
2.1无杂填土地段
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2011，5.5.1公式
Pk=Nk/A=≤fg
Pk—立杆基础底面处的平均压力标准值。
Nk—上部结构传至立杆基础顶面的轴向压力标准值。为立杆承受的抗压值+砼自重。
A—为基础底面积。顶托按10cm×10cm设置，砼支撑层按15cm厚，扩散角按45°计算。
fg—为地基承载力特征值。地质资料显示，粉土承载力110KPa,砂土承载力100KPa。
则：
砼自重=9.8×10-3×2650×0.15×（0.01+0.16+√0.01×0.16）/3=0.50kN
Nk1=22.50 kN
Nk2=22.50+0.50=23.00kN
A1=0.12=0.01m2
A2=（0.1+2×0.15×tg45°）2=0.16m2
砼支撑层顶部的平均压力标准值为：
Pk=Nk1/A1=22.50/0.01=2250 KPa＞fg砂土=100 KPa
砼支撑层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=23.00/0.16=143.75KPa＞fg砂土=100 KPa
不满足地基承载力要求需要对地基继续处理。
继续处理方法，砼支撑层下面换填30cm灰土（灰土按3:7配制）。
查《建筑地基处理技术规范》 JGJ79—2002，表4.2.1，灰土的扩散角按28°计算。
则：
灰土自重=9.8×10-3×1800×0.3×（0.16+0.52+√0.16×0.52）/3=1.71 kN
Nk=22.50+0.50+1.71=24.71 kN
A=（0.4+2×0. 3×tg28°）2=0.52m2
灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=24.71/0.52=47.52 KPa
因此换填30cm灰土后下卧层满足地基承载力要求。
2.2杂填土地段
根据地勘报告，本桥多处支架处于杂填土层上，对于杂填土层地段，砼支撑层底分别按换填1.0、1.2m、1.5m、1.8m、2.0m灰土（灰土按2:8配制）验算下卧层承载力。
查《建筑地基处理技术规范》 JGJ79—2002，表4.2.1，灰土的扩散角按28°计算。
1）1.0m灰土自重=9.8×10-3×1800×1.0×（0.16+2.14+√0.16×2.14）/3=16.97 kN
Nk=22.50+0.50+16.97=39.97kN
A=（0.4+2×1.0×tg28°）2=2.14m2
1.0m灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=39.97/2.14=18.68 KPa
2）1.2m灰土自重=9.8×10-3×1800×1.2×（0.16+2.81+√0.16×2.81）/3=25.69 kN
Nk=22.50+0.50+25.69=48.69 kN
A=（0.4+2×1.2×tg28°）2=2.81m2
1.2m灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=48.69/2.81=17.32 KPa
3）1.5m灰土自重=9.8×10-3×1800×1.5×（0.16+3.98+√0.16×3.98）/3=43.55 kN
Nk=22.50+0.50+43.55=66.55 kN
A=（0.4+2×1.5×tg28°）2=3.98m2
1.5m灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=66.55/3.98=16.72KPa
4）1.8m灰土自重=9.8×10-3×1800×1.8×（0.16+5.35+√0.16×5.35）/3=68.11kN
Nk=22.50+0.50+68.11=91.11 kN
A=（0.4+2×1.8×tg28°）2=5.35m2
1.8m灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=91.11/5.35=17.03KPa
5）2.0m灰土自重=9.8×10-3×1800×2.0×（0.16+6.38+√0.16×6.38）/3=88.79kN
Nk=22.50+0.50+88.79=111.79kN
A=（0.4+2×2.0×tg28°）2=6.38m2
2.0m灰土换填层底部的平均压力标准值为：
Pk=Nk/A=111.79/6.38=17.52KPa
通过以上验算，说明换填1.0m～1.5m时，随着换填深度的增加，灰土自重的增量比力的扩散要小，立杆对下卧层的承载力要求在降低，但换填深度大于1.5m时，随着换填深度的增加，灰土自重的增量比力的扩散更快，立杆对下卧层的承载力要求在增加。因此，对杂填土地段，换填2:8灰土1.5m，换填完成后，按规范要求做载荷试验，检测换填顶面的承载力是否满足砼支撑层底部的平均压力标准值143.75KPa。最大变形量不超过5mm。
若荷载试验满足施工要求，按此方法实施，不满足要求再选用其它处理方法。
2.3人民路及东环路既有路面地段
按既有路面结构层验算下卧层承载力验算
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2011，5.5.1公式
Pk=Nk/A=≤fg
Pk—立杆基础底面处的平均压力标准值。
Nk—上部结构传至立杆基础顶面的轴向压力标准值。为立杆承受的抗压值+砼调平层自重+既有路面结构层自重。
A—为基础底面积。顶托按10cm×10cm设置，既有沥青路面15cm厚，扩散角按45°计算，既有碎石砼层20cm厚，扩散角按45°计算，既有灰土层32cm厚，扩散角按28°计算。
fg—为地基承载力特征值。地质资料显示，粉土承载力110KPa,砂土承载力100KPa。
则：
由前面的计算，
Nk（人民路）=35.09kN
Nk（东环路）=37.38kN
A=0.12=0.01m2
既有沥青路面层顶部的平均压力标准值为：
Pk（人民路）=Nk（人民路）/A=35.09/0.01=3509KPa
Pk（东环路）=Nk（东环路）/A=37.38/0.01=3738KPa
既有沥青路面结构层自重+碎石砼结构层自重
=9.8×10-3×2650×（0.15+0.20）×（0.01+0.64+√0.01×0.64）/3=2.21kN
既有灰土层自重
=9.8×10-3×1800×0.32×（0.64+0.96+√0.64×0.96）/3=4.49kN
则：
Nk（人民路）=35.09+2.21+4.49=41.79kN
Nk（东环路）=37.38+2.21+4.49=44.08kN
A1=（0.1+2×0.35×tg45°）2=0.64m2
A2=（0.64+2×0.32×tg28°）2=0.96m2
既有灰土底部的平均压力标准值为：
Pk（人民路）=Nk（人民路）/A2=41.79/0.96=43.53 KPa
Pk（东环路）=Nk（东环路）/A2=44.08/0.96=45.92KPa
因此下卧层满足地基承载力要求。
施工前，按规范要求做载荷试验，检测既有沥青路面顶面的承载力是否满足要求，人民路既有沥青路面顶层的平均压力标准值3509KPa，东环路既有沥青路面顶层的平均压力标准值3738KPa。最大变形量不超过5mm。
3﹑地基处理方案
3.1无杂填土地段
根据地质资料及支架基础下卧层验算资料，处理方法为换填30cm 3:7灰土+ 15cmC20砼支撑层。
①地质资料显示，粉土承载力110KPa,砂土承载力100KPa。
②根据支架地基下卧层承载力验算，要求砼支撑层底面要达到178.13 KPa，地基承载力不能满足要求，对地基进行继续处理，换填30cm灰土（灰土按3:7配制），换填30cm灰土后验算地基下卧层承载力可达到47.42KPa，而砂土承载力100KPa，换填后满足施工荷载要求。
③施工前对无杂填土地段选择代表性处进行地基承载力试验经试验验证满足施工要求时，方可进行下道工序施工。
为满足施工安全及规范要求，地基处理时超出支架外边缘1.5m，C20砼支撑层超出支架外边缘1.0m。
3.2有杂填土地段
根据对下卧层换填2:8灰土验算，当换填1.0m时，要求下卧层承载力为18.68 KPa，换填1.2m时要求下卧层承载力为17.32KPa，换填1.5m时要求下卧层承载力为16.72 KPa，换填1.8m时要求下卧层承载力为17.03 KPa，换填2.0m时要求下卧层承载力为17.52 KPa。通过验算，说明换填1.0m～1.5m时，随着换填深度的增加，灰土自重的增量比力的扩散要小，立杆对下卧层的承载力要求在降低，但换填深度大于1.5m时，随着换填深度的增加，灰土自重的增量比力的扩散更快，立杆对下卧层的承载力要求在增加。因此，对杂填土地段，换填2:8灰土1.5m。施工时，对换填完成的地基，选择代表性地段进行承载力试验，检测换填顶面的承载力是否满足砼支撑层底部的平均压力标准值143.75KPa。最大变形量不超过5mm。若荷载试验满足施工要求，按此方法实施，不满足要求再选用其它处理方法。
为满足施工安全及规范要求，地基处理时超出支架外边缘1.5m，C20砼支撑层超出支架外边缘1.0m。
3.3人民路及东环路既有沥青路面地段
根据对既有路面结构层进行结构层顶部承载力验算及底部下卧层承载力验算，既有路面结构层为：15cm沥青路面+20cm碎石砼层+32cm灰土层。
通过验算得，既有沥青路面层顶部的平均压力标准值为：人民路3509KPa，东环路3738KPa。既有灰土底部的平均压力标准值为：人民路43.53 KPa
沥青路面具有一定结构强度，该处的箱梁基础不需要进行特别处理，只需要将路面上的杂物清理干净就可以直接作为箱梁的基础了。
3.4原状土地面处
该处的土体以地面为准换填不少于30cm的钢渣，钢渣铺设完成后应采用振动压路机压实，碾压过程不得少于6～8遍，然后上摊铺一层灰土嵌缝料经过处理后的地面应平整、密实，碾压完成后做一层10cm厚的C20混凝土垫层，以利用箱梁支撑架施工。
3.5承台基坑开挖处
承台四周2.5m范围，处理深度2.0m，承台面以下1.5m～2.0m换填破除的沥青砼废渣，承台面以下0.15m～1.5m换填3:7灰土分层夯实，承台面～承台面以下0.15m换填15cmC20砼。承台基坑开挖深度较大的，在承台四周用钢渣回填时并进行压实，回填至原地面，首先平整施工场地，采用压路机碾压密实，再铺设50cm厚钢渣，用重型压路机碾压密实，保证支架基础具有一定的承载能力和抗沉陷能力，顶面浇注15cm厚C20素砼。以保证结构的施工安全；在基础处理的过程中严格控制墩柱附近砖渣的碾压质量。
4、地基承载力试验
在各段地基处理完成后选取具有代表性的地段（承台基坑开挖处或回填处）进行局部承载力检验，其方式为：依据正常的施工工艺搭设布距为60cm×90cm或60cm×60cm的扣碗支架（其上下分别设置10cm×10cm的方木），其上放置不小于的荷载140%(荷载可采用沙袋)，通过沉降观测检验处理后地基的承载力是否满足施工要求。
5、结束语
满堂支架的施工是一个非常重要的基础性施工工艺环节，在施工过程中一定要对地基的处理及压载试验等工序给予充分的重视，本工程根据不同的地质情况，进行不同的处理措施，不但节约了工程成本，而且还加快了工程进度，施工过程中严格按照有关规范和要求进行施工，确保了施工质量和施工安全。
