濱海地區軟土地基現澆箱梁支架施工技術

杜雪萍

（福州新區交通建設有限責任公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

某市一級公路地處東南沿海城市的濱海地區，其主線主路左幅1 號橋起訖樁號ZK9+873.197～ZK10+600.197/ZK10+841.197～ZK11+051.197，橋梁全長937m，橋跨布置為(43+49+40）（鋼箱梁）+3×35+4×35+2×（4×35）（預制箱梁）+2×35+2×（3×35）（預制箱梁），其中第十八聯（3×35）、第十九聯（4×35）、第二十二聯（2×35）為現澆預應力混凝土連續箱梁。

根據地質勘查報告及現場踏勘表明，該橋梁施工場地為剝蝕殘丘準平原地段，場地現狀主要為房屋、菜地、池塘等，地形相對平坦，剝蝕殘丘地貌區域起伏較大，地面高程在3.14～19.2m，且場地存在淤泥、淤泥質土等軟弱土層以及液化土層，地基承載力低。如何避免軟土地基對現澆橋梁支架施工的影響，是該項目施工的重點。

2 箱梁現澆支架結構設計

濱海地區軟土最大的特性是在荷載的長期作用下，土體很容易發生蠕變甚至會被剪切破壞，假設現澆梁支架采用一般的滿堂支架的結構形式，需要大面積進行地基換填處理，成本較高，且在基礎不斷發生向下位移的情況下，梁體很容易產生微裂縫，滿足不了預應力結構的質量要求。鑒于此種情況，該項目現澆箱梁支架采用CFG 群樁+混凝土條形基礎的基礎處理形式，基礎以上采用鋼管貝雷梁組合結構。

該項目現澆箱梁橋寬13.25m，跨徑35m，現澆箱梁的面板采用15mm 厚的竹膠板，內模、頂板及側模采用50×100mm、100×100mm 方木（間距30cm）。底板采用50mm×50mm×2.5mm 方鋼（一般區域按照30cm 布置，腹板下按照25cm 布置）+橫向分配梁采用Ⅰ10 工字鋼@60cm(@表述間距)、底板采用80mm×80mm×2.5mm 方鋼（一般區域按照30cm 布置，腹板下按照25cm 布置）+頂托形式@45cm。底部主要支撐結構采用鋼管貝雷梁組合支架，每跨兩端各設置一個單排臨時支墩，中間設置2 個雙排臨時支墩。

2.1 縱向支撐梁設計

縱向支撐梁采用貝雷梁結構，兩片或三片為一組，片與片間采用45 或90 標準支撐架連接，每3m 連接一次；組與組之間采用[10 槽鋼剪刀撐連接，每3m連接一次。布置形式為：腹板底部按照45cm 間距共布置3 片，其他底板位置按照90cm 間距布置，局部位置間距可以適當調整，但組與組間距不大于90cm，翼緣板底部布置1 組間距90cm 貝雷梁，與底板貝雷梁的凈間距不大于1.2m。布置形式如圖1 所示。

圖1 布置形式

2.2 鋼管支墩設計

臨時支墩采用單排支墩和雙排支墩兩種形式，單排支墩設置在每跨的端部，雙排中支墩設置在跨中位置，其中35m 跨徑的現澆梁除邊墩外，設置兩個雙排中支墩。單排支墩和雙排支墩φ529×10mm/φ 426×10mm（其中φ529×10mm 鋼管主要適用于高度10m 以上支架，10m 以下的支架采用φ529×10mm/φ 426×10mm 兩種鋼管）鋼管立柱+[10 槽鋼剪刀撐組成，每排立柱間距2.5m，雙排時排與排間距3.0m，墩頂橫梁采用雙拼Ⅰ40a 工字鋼組成[1]。

支墩的底部1.0m 處采用[10 槽鋼設置臨時水平支撐，頂部砂桶以下0.5m 開始設置剪刀撐，剪刀撐寬度為2.5m，高度為2.0m，采用[10 槽鋼，剪刀撐凈間距每5.0m 設置一道。

2.3 支架基礎設計

根據現場實際情況，支架基礎采用CFG 樁+鋼筋混凝土條形基礎，中支墩條形基礎寬4.2m，橫向根據支架寬度+1.2m 布置，厚0.5m，布置上下兩層φ16 鋼筋網片，尺寸為20cm×20cm。底部CFG 樁共布置3排，中間排按照2.5m 間距布置，CFG 樁的樁長24m。邊墩條形基礎縱橋向寬度為1.5m，橫向根據支架寬度為+1.2m 布置，其他同中支墩形式。

2.4 結構檢算

貝雷梁采用Q345 型鋼，材料允許最大應力[σ]=273MPa，其他鋼材采用Q235 型鋼，厚度小于等于16mm 時抗拉、抗壓和抗彎容許應力fd=190MPa?，F澆支架結構受力計算主要考慮因素如下：模板荷載、新澆鋼筋混凝土等自重荷載、施工人員、機具及堆放的荷載、混凝土傾倒時沖擊荷載、振搗混凝土時產生的振搗荷載[2]，具體見表1。

表1 現澆梁荷載計算表

采用有限元軟件Midas Civil 對結構整體建模進行數值分析計算，模型的邊界條件主要考慮貝雷梁縱向之間的連接、弦桿與加強弦桿的連接、上下層貝雷梁之間的連接、連接架與貝雷梁連接、分配梁與弦桿的連接、剪刀撐與上弦桿的連接、支撐點外部約束條件等幾種，見表2。

表2 Midas Civil 模型邊界條件設置

這里主要介紹貝雷梁單元受力情況，其組合應力σ=245.12MPa ＜273MPa，滿足要求。最大撓度fmax=23.3mm ≤=37mm，滿足要求。

CFG 樁入土深度的計算：

樁基礎的受力根據地質情況，參照下述公式進行計算。單樁設計承載力為：

式（1）中：u——樁身周長，m；

qsik——樁側第i 層土的極限側阻力標準值，kPa；

qpkk——極限端阻力標準值，kPa；

K——安全系數，取1.5。

3 鋼管支架安裝

3.1 鋼管立柱連接系安裝

現澆支架鋼管立柱采用[10 進行剪刀撐連接，現場利用25t 汽車吊配合吊裝管樁連接系焊接，接頭位置除滿焊外，周圍設置25×10×1cm 貼板，每個接頭設置四塊。

3.2 砂箱、分配梁

鋼管樁頂安裝砂箱與鋼管頂部采用點焊連接，砂箱內填裝干砂以便于調節分配梁標高，砂高度15cm，砂箱上口高度35cm，下口30cm，組合高度50cm。砂箱安裝前需預壓消除非彈性變形和檢驗砂箱承壓能力。砂箱內的砂要干凈、干燥，粒徑不小于0.5mm。

現澆支架樁頂分配梁為2I40 的形式，分配梁中心線、鋼管樁中心、砂箱中心需在同一平面內，確保鋼管支架不產生偏心問題；分配梁精確定位后，在砂箱上焊接限位角鋼，防止分配梁平移。

3.3 翼緣板支架

梁段澆筑時翼緣板底設置φ48×3.0mm 扣件式鋼管，鋼管縱距間距60cm，橫距0.9m，步距1.2m，掃地桿和斜撐等按照相應規范或規程設置。內模鋼管架縱距和橫距均為0.9m，步距1.2m，掃地桿距離鋼筋不高于20cm，內模支架橫桿對應內模設置水平背楞，支架橫桿（左右）通過頂托與背楞頂緊，使支架左右固定。

首先，扣件式鋼管支架嚴格按照《建筑施工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術標準》(JGJ/T231—2021)搭設。鋼管座應墊平、墊實以防止鋼管底部脫空。鋼管腳手頂設可調螺桿，以調整底模標高，可調螺桿上設頂托，頂托上再鋪橫向主龍骨，縱向次龍骨，次龍骨上鋪設底模、側模。

其次，橫桿步距為1.2m；縱向剪刀撐兩翼板側各一道，橫向每隔4.5m 一道；斜桿應每步與立桿扣接，扣接點距碗扣節點的間距應不大于150mm；當出現不能與立桿扣接時，應與橫桿扣接。

最后，支架搭設要求：步距不宜大于1.5m，施工現場控制在1.2m，支架內側設置上下兩道縱向連接桿，外側用一般扣件式鋼管設置連續剪刀撐，起到穩定架體的作用。

3.4 貝雷架安裝

現澆梁支架的縱向主支撐梁采用“321”型貝雷梁，貝雷梁的間距為45cm 和90cm 兩種，連接用標準的45/90 連接架進行連接。主梁的具體組成部分為：貝雷梁、連接螺栓及支撐架銷釘等構件。

3.4.1 桁架單元和桁架銷子

（1）桁架單元

由上、下弦桿、豎桿和斜撐焊接而成。上、下弦桿的一端為陰頭，另一端為陽頭，在陰、陽頭上都有銷子孔。兩節桁架拼接時，將一節的陽頭，插入另一節的陰頭內，對準銷子孔，插上銷子。

（2）桁架銷子

用于連接桁架。桁架銷子材料為30CrMnTi，直徑為49.5mm，安裝時為防止銷子脫落應將保險卡插入銷子一端的小圓孔。銷子頂端有一凹槽，安裝時使凹槽與上、下弦桿平行，以使保險卡得以順利插入銷子孔內。

3.4.2 加強弦桿

設置加強弦桿的目的在于提高桁架的抗彎能力，充分發揮桁架腹桿的抗剪作用。

3.4.3 桁架螺栓和弦桿螺栓

桁架螺栓起到連接上、下層桁架的作用。使用時將螺栓自下而上插入桁架弦桿螺栓孔內，讓螺栓的彎曲墊板卡在弦桿內，擰緊螺帽。弦桿螺栓，形狀與桁架螺栓相同，僅長度短7cm，用于連接桁架與加強弦桿。

4 支架預壓

4.1 預壓目的

為確保連續梁現澆支架施工的安全可靠、消除非彈性變形，施工前需對現澆支架體系進行預壓。

4.2 砂箱預壓

砂箱安裝前需提前對砂箱內黃砂進行預壓，防止支架預壓時下沉過大，再進行調整較為困難。

4.3 分配梁安裝

橫向分配梁安裝前，在場地上于工字鋼頂部和底部焊接綴板15×5×1@150～200，在立柱對應位置，工字鋼肋焊接加勁板，加勁板厚1cm，間距15cm。

4.4 預壓材料

支架預壓加載材料選用噸袋。根據支架受力情況進行預壓荷載布置。預壓量以施工所有荷載的1.2倍進行預壓。

4.5 預壓施工工藝流程

預壓準備—支架安裝—檢查驗收—觀測點布設—分級加載—觀測記錄—靜置穩定—分級卸載—觀測記錄—數據整理分析—預壓試驗結果—支架及梁段底模標高調整。

4.6 預壓觀測點布設及加載、卸載

4.6.1 觀測點布設

為了解支架沉降情況，在每跨向1/4 跨、1/2 跨、3/4 跨及前后兩支點處設置支架沉降觀測截面，每個觀測截面沿橫橋向對稱設置3 個觀測點，從而形成一個沉降觀測網。

4.6.2 加載預壓

預壓分級加載按30%—60%—100%—120%荷載進行。加載對稱進行，原則上按照先中間后兩邊的順序，滿足各部位荷載比例分布的要求。

在預壓前對底模的標高觀測一次，在加載過程中每加載一級觀測1 次，加載完成后每天2 次，觀測至沉降速度已降到2mm/d 為止，視為沉降穩定并以最后一天的觀測結果作為加載穩定后的高程值。

4.6.3 卸載

預壓的卸載按120%—100%—60%—30%—0 荷載進行。卸載時，要測量記錄支架的彈性恢復情況。

4.6.4 數據整理及分析

施工中應根據預壓觀測成果及設計要求進行支架預拱度的設置，以確保成梁體線形滿足設計要求。

4.6.5 預壓報告整理

根據現場實測數據，對原始數據加以分析、匯總，并與理論計算值加以對比。依據對比結果得出試驗結論，最后整理成現場預壓報告，指導梁體底模施工標高的設置。

5 結語

本文主要利用CFG 單樁承載力較大，荷載長期作用下位移量變形小的特性，設置支架基礎，解決了濱海軟土地區現澆梁支架變形易造成梁底裂紋不滿足質量要求的難題。同時貝雷梁具有較強的抗彎、抗剪能力，大部分構件都為標準構件，力學性能穩定，組裝方便、快捷，既安全可靠又減少施工成本、降低施工難度、提高施工效率，實現經濟、高效的目的。