現澆箱梁滿堂支架地基處理與承載力驗算

■林小輝

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350001）

0 前言

在箱形結構梁橋施工中，滿堂支架現澆工藝由于具有較好的經濟性與通用性，已成為應用最為成熟的施工方法之一。若地基處理不當，混凝土澆筑過程中，基礎沉降不均勻或沉降量超標，會引起支架坍塌、梁體變形、開裂等質量事故，則在施工過程中應對地基先進行處理，再通過承載力驗收對施工效果進行評價，確保橋梁結構在施工過程中的安全。

1 工程概況

本工程位于某國道互通內，該橋共十跨，橋長225.5m，前5跨為一聯現澆連續箱梁，橋臺～1號墩～2號墩～3號墩～4號墩～5號墩，箱梁結構為雙箱雙室。連續箱梁長度為19.5×5=97.5m，高度為1.5m，箱梁底板寬度為7.5m，頂板寬度為10.5m，箱梁底板至地面高度4.8～7m。本聯箱梁混凝土標號為C50，設計方量為742.97m3。根據設計方提供的樁基地質勘探報告，支架搭設區域原地面為耕植土，需對地基進行處理以滿足施工要求。

2 地基承載力計算

2.1 支架搭設方案

本工程采用碗扣式滿堂支架，采用Φ48×3.5的鋼管作為支架橫桿和立桿。搭設支架時逐聯搭設，張拉結束后方可拆架。經受力驗算，中部和端部橫墻處立桿間距采用0.6m×0.6m，箱梁腹板處立桿間距為0.6m×0.6m，其余位置立桿間距為0.6m×0.9m，立桿步距為1.2m。立桿底托下縱向設置5cm×10cm方木，方木放置于硬化后的混凝土頂面，立桿頂托上縱向放置Ⅰ12工字鋼，在工字鋼上橫向設置軸線間距為30cm的10cm×10cm方木，在方木上安裝1.5cm厚的膠板底模，如圖1所示。

圖1 箱梁滿堂支架設計橫斷面示意圖

支架搭設過程中，要經常對支架搭設質量進行檢查，做好過程控制。過程中主要檢查支架立桿的豎直度、立桿間距，掃地桿布設的高度、頂、底托外露長度、上碗扣是否鎖緊、縱橫向及水平向剪刀撐間距設置是否嚴格按方案施工。支架搭設達到設計高度后，要求項目部組織全面的檢查和驗收，驗收合格后報總監辦驗收，由總監辦組織項目部總工等技術人員再次共同對支架安裝進行整體質量驗收，參加人員現場應填寫支架搭設驗收表，確保支架搭設質量有據可查。

2.2 立桿受力驗算

據《路橋施工計算手冊》，采用Φ48×3.5碗扣鋼管作支架，當橫桿步距為1.2m時，對接立桿的容許荷載[N容]=33.6kN。根據支架設計圖，橫梁及腹板區受力最不利處的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.6）=2.78根鋼管，箱室底板受力最不利處的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.9）=1.85根鋼管。

以立桿上方的頂托受力最大的立桿作為驗算對象，則立桿底部承受豎向荷載為：（1）腹板下：N=60.52kN/m2/2.78 根/m2=21.77kN＜[N容]=33.6kN；（2） 橫梁下：N=60.52 kN/m2/2.78 根/m2=21.77kN＜[N容]=33.6kN；（3）箱室下：N=29.22kN/m2/1.85根/m2=15.79kN＜[N容]=33.6kN。單根立桿承受荷載滿足容許荷載要求。

2.3 地基承載力計算

立桿基礎底面的平均壓力P=N/A，腹板底部最大荷載N=21.77kN，立桿底部鋼墊板尺寸15cm×15cm，條形枕木與混凝土硬化墊層總厚度為15cm，基礎應力擴散角取45°，則基礎頂部承壓面積 A=0.45m×0.45m=0.20m2，基底平均壓力P=21.77/0.20=109kPa。安全系數取1.5，現場地基承載力 f＞109kPa×1.5=164kPa。

經現場輕型觸探試驗顯示，地基承載力容許值小于150kPa，最小值為85kPa，需對地基進行處理，才能滿足承載力要求。

3 地基處理

本工程現澆連續箱梁順橋向穿越農田，為了確保現澆箱梁的支架穩定，減少不均勻沉降，支架搭設前需將農田表層耕植土進行清理，結合本工程實際情況，地基采取以下處理方法：

（1）對于農田部分，首先挖除40cm厚地表土，挖除后采用觸探儀進行地基承載力檢測，要求地基承載力達到150kPa，如達不到要求則應加深開挖換填深度；進行整平，然后在地基兩側挖排水溝，降低地基含水量，并用壓路機壓實地基，壓實度達到90%以上。上面鋪設30cm厚級配碎石，再用壓路機將其壓實，在其頂部澆筑15cm厚C15砼。

（2）對于承臺基坑回填部分，為減小不均勻沉降，先清除積水和稀泥，填筑材料及方法同上。上部鋪50cm級配碎石振動壓實，再澆筑15cm厚的C15砼。

因地基處理的好壞直接影響后續支架及現澆箱梁的穩定，要求項目部施工前應嚴格做好技術交底工作，按方案組織施工，每道工序完成后須經監理工程師確認合格后方可進入下道工序。支架地基處理應大于支架兩側臨邊外沿線50cm，過程中應嚴格做好壓實度檢測并確保砼澆筑厚度，確保地基處理質量。

4 地基處理后承載力驗收

4.1 地基容許應力值

當基底作用豎向集中力P時，基礎中心點下豎向附加應力沿深度方向曲線減小，支架基底最大壓力為109kPa，由布辛奈斯克公式可求得換填深度1m處豎向附加應力σ=52kPa，小于地基承載力最低值85kPa，說明下臥土層地基承載力滿足要求。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTGD63-2007）表4.5.4的規定，碎石墊層地基承載力容許值為200～300kPa，滿足支架施工對地基承載力的要求。

4.2 最終沉降量估算

承載力表現為強度與穩定性兩個方面，地基承載力容許值是地基的強度指標，地基穩定性還需檢驗支架預壓沉降量。《鋼管滿堂支架預壓技術規程》（JGJ/T194-2009）規定，對支架基礎代表性區域的預壓監測過程中，當最初72h各監測點的沉降量平均值小于5mm時，應判定同類支架基礎的其余部分預壓是否合格。一般預壓過程任務繁重，要了解土的壓縮性能，亦可通過計算地基最終沉降量，驗算基礎沉降量是否滿足規范要求；壓縮模量可通過荷載板試驗確定，最終沉降量計算可采用土力學彈性理論方法。

（1）荷載板試驗

采用《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60-2008）承載板測定地基回彈模量試驗法，加載設施為一后軸重≥60kN的載重汽車，輪胎充氣壓力0.50MPa；剛性承載板厚20mm，直徑為30cm；加載裝置由千斤頂、測力環與壓力表組成，回彈變形由彎沉儀檢測。

從基底原泥漿池區和非泥漿池區分別選取兩處代表性區域進行荷載板試驗，支架基礎變形P-L曲線如圖1所示，對數據點進行線性擬合，相關系數分別為0.981和0.989，說明荷載壓強0.4MPa范圍內，P-L為線性相關曲線；曲線起始段并不存在反彎現象，表明地基表層已碾壓密實。取結束試驗前的各回彈變形值，按線性回歸方法由公式（1）計算土基回彈模量E0值。

上式中，D為荷載板直徑；μ0為土泊松比，對碎石土取0.3。

最終計算可得，原泥漿池區地基回彈模量為265.2MPa，非泥漿池地基回彈模量為245.7MPa。

圖1 P-L曲線圖

（2）最終沉降量估算

將每個支架立桿視作一個獨立基礎，傳遞到換填土基頂部的平均壓力視為基底附加應力，受力面積為最終沉降量估算0.45m×0.45m，計算出基底最大沉降，即可預測滿堂支架預壓沉降值。基底最大應力109kPa，考慮1.2的預壓荷載系數，基礎底面最大應力p=109kPa×1.2=131kPa，處于荷載板試驗P-L曲線的線性范圍內，因此，可通過彈性理論公式（2）計算最終沉降量。

上式中，基礎底面平均壓力p=131kPa，基礎寬度b=0.45m，土泊松比μ=0.3，變形模量E0=245.7MPa，查表得沉降影響系數ω=0.88，計算最終沉降量s=0.19mm，比規范規定的5mm相比甚小，足以表明支架基礎滿足施工要求，不均勻沉降忽略不計。

5 結語

行檢查，包括支架基礎預壓、支架預壓、沉降量觀測等，操作任務繁重、工效較低。本文對地基處理從兩個方面進行承載力驗算：（1）通過查表確定換填土層的地基承載力容許值大于支架基底最大應力；（2）進行荷載板試驗，確定地基變形模量，計算支架最終沉降量，結果顯示支架沉降量遠小于規定值。試驗操作簡便，能快速得到最終沉降值，為支架的安全施工提供了有益的參考。

滿堂支架地基處理質量一般采用預壓驗收的方式進