濕陷性黃土地質連續箱梁橋滿堂支架地基處理方法探討

楊利明

（山西省公路工程質量檢測中心，山西 太原 030006）

1 工程概況

本互通工程共有現澆箱梁1 790 m/83跨，現以A匝道2號橋作為代表對現澆箱梁支架下地基承載力進行計算。吉縣樞紐A匝道2號橋橋梁孔跨布置為 4×20+2×20+3×20+3×20+3×20+4×20 m鋼筋混凝土現澆箱梁，20 m跨徑現澆箱梁采用單箱雙室、3室及4室結構，懸臂長1.5 m，梁高1.4 m，端橫梁寬1.5 m，中支點橫梁寬度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；第一聯每跨設3個箱室，第二聯每跨設4個箱室，其余聯每跨設2個箱室，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=22.5 m，全橋設置在濕陷性黃土地質段。

2 現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、底托采用可調托撐，底托規格為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；墩柱兩側橫梁1.5 m范圍內底板立桿間距為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 現澆箱梁滿堂支架布置圖（單位：m）

圖2 現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算

立桿底托置于方木上時，方木沿路線方向橫向放置，方木間距根據支架縱向間距確定，方木截面尺寸為20 cm×20 cm，取A匝道2號橋第四聯進行驗算。

3.1 橫梁下地基承載能力驗算

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，振搗混凝土產生活載時均布活載取2.0 kN/m2,傾倒混凝土產生活載時均布活載取4.0 kN/m2，荷載取值時，永久荷載分項系數取1.2，可變荷載分項系數取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 標準跨中地基承載能力驗算

圖4 標準跨中支架立桿平面布置圖（單位：cm）

標準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 橋址區內土質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）濕陷量的計算值 Δs按式（1）計算：

式中：δsi為第i層土的濕陷性系數；hi為第i層土的厚度，mm；β為修正系數，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，山西南部地區自重濕陷性黃土修正系數取1.20。

b）自重濕陷量的計算值Δzs按式（2）計算：

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

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級表[3]

通過計算結果和濕陷性黃土地基等級表可判定該橋址區內土質為Ⅱ級自重濕陷性黃土。

4.2 Ⅱ級自重濕陷性黃土特點

土體本身具有強濕陷性和較高的壓縮性，遇水后地基會迅速變軟，出現沉降，展現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的處理

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》推薦，濕陷性黃土地基常用的處理方法有換填墊層法、強、重夯法、擠密法等方法。根據現場地質情況和地基現場功能需要,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 現場具體地基施工處理

首先進行30 cm表面雜質土清除，表土清除后用壓路機進行壓實，達到90%的壓實度，然后進行分2層填筑30 cm厚的10%灰土墊層，按96%的壓實度控制，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寬出支架之外1 m。

4.2.3 對地基承載力處理前后的現場對比測試

地基承載力現場測試采用重型動力觸探儀進行試驗檢測，按照面積范圍頻率要求進行了5個點的試驗，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，相對應的承載力分別為：236 kPa、220 kPa、252 kPa、228 kPa,236 kPa。經過對比測試地基承載力有了質的提升。

石灰穩定土基層無側限抗壓標準為0.8 MPa。為了強化地基的整體性，提高地基局部抗剪強度，采用15 cm厚C20素混凝土硬化。

a）混凝土硬化后根據本橋支架布設型式對地基承載力進行驗證計算：當立桿底托直接置于混凝土面上時，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力計算：通過對15 cm厚C20素混凝土試件檢測，抗折強度均值為3.5 MPa，取荷載最大處中橫梁下單根立桿最大承受力進行驗算，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度為：f=17.15/（0.10×0.10）=1.72 MPa。

5 結論分析

通過上述計算可知，橫梁下支架對地基承載力（Pmax）要求最大，Pmax=145.75 kPa。灰土處理前原地基承載力平均為：P=106 kPa＜145.75 kPa，不能滿足支架對地基承載力的要求。灰土處理后地基承載力最小為：P=220 kPa＞145.75 kPa，處理后的地基承載力滿足支架設計要求。

采用15 cm厚C20素混凝土硬化前，底托處灰土無側限強度[f]=0.8 MPa小于支架地基設計要求強度f=1.72 MPa，說明只進行灰土換填還不能滿足地基局部抗剪要求。硬化后，支架地基設計要求強度f=1.72 MPa小于C20素混凝土試驗強度[f]=3.5 MPa，支架底托處地基局部抗剪強度滿足設計要求。

最終結論：經過上述計算分析，濕陷性黃土地基現澆箱梁滿堂架施工在支架搭設前經過換填30 cm石灰穩定土和硬化15 cm厚C20素混凝土處理后各項指標均滿足支架設計要求。經過在一年多的現場實體施工，本標段采用現澆箱梁滿堂架施工的35跨濕陷性黃土地基連續箱梁橋，已全部成功建成，橋梁各項指標均符合設計及規范要求，也得到了業主的好評。

6 地基處理排水保證措施

針對Ⅱ級濕陷性黃土地基特點,地基遭地表水浸泡會導致地基下沉,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位置設置40 cm×30 cm的排水溝，排水溝分段開挖形成坡度，在低點開挖集水坑。采用砂漿對排水溝及集水坑抹面硬化，并對邊坡進行包邊砂漿硬化，以防止雨水和后期養護水侵入支架區，引起支架下沉。

7 結束語

滿堂支架的施工是一個非常重要的基礎性工藝環節，在施工過程中一定要重視對地基的處理，嚴格按照有關規范和要求施工，確保施工質量和施工安全。