軟土地基現澆箱梁高支架施工技術分析

孫 磊

（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

公路橋梁現澆箱梁施工需結合施工環境的地質情況選擇科學合理的施工技術，以保證施工后現澆箱梁質量和橋梁安全[1]。軟土地基是我國常見的地質情況，該類地基具有強度低、沉隱量大、壓縮量高、透水性低以及不均勻性等特點，該類地基在施工時，如果施工技術選擇不當，會導致工程施工后存在較大安全風險，影響其使用壽命[2]。因此，在軟土地基上進行現澆箱梁施工時，需搭建支架體系對原始的軟弱土地基進行處理，提升地面強度，保證現澆箱梁的施工效果[3]。本文針對軟土地基上現澆箱梁高支架施工技術應用效果以及施工情況展開研究，為類似軟土地基上的現澆箱梁施工總結可供參考的經驗。

1 工程概況

某地區的一橋梁現澆箱梁工程所處環境整體為平坦地形內，采用現場鉆孔方式勘測工程地質情況，發現主要包含4 個土層結構，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 個土層內進行施工，對該土層的力學性能進行測試，結果見表1。

表1 土層的力學性能

現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%，兩側懸臂。4 孔一聯，跨徑大小為5m×25m，使用C50 強度混凝土965.95m3，支架高度為22.2m。

2 高支架施工技術

2.1 高支架施工方案設計

獲取土層力學性能后，結合工程實際施工需求，設計現澆鋼梁高支架施工方案。由于橋下凈空較高[4]，在施工時采用鋼管柱增加支架平臺的高度，同時在支架上平臺上搭建滿堂支架。整個支架體系由上至下的結構為方木次楞（尺寸為10cm×10cm）+工I10字鋼主楞+盤扣支架+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+預應力管樁，其整體結構如圖1所示。

圖1 現澆鋼梁高支架體系結構

2.2 高支架體系的施工要點

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

（1）軟土地基加固處理需結合工程地質勘測結果，主要通過地表硬化以及預應力管樁完成地基加固處理；地表加固處理后，地基的壓實度達到95.9%，7d 無側限抗壓強度為2.65MPa。預應力管樁加固后，通過樁體和土層之間的摩擦力，提升地基的支撐力[5]，以此實現上部荷載的支撐。

（2）鋼管柱在設計時，為保證整體施工效果，需依據設計方案進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；并且需對施工場地進行平整處理，確保鋼管柱頂的標高一致。在施工時，采用單排方式布置鋼管柱，在此基礎上，設置預應力管樁，每個管樁均和鋼管柱相對應，上方荷載可通過鋼管柱傳遞給預應力管樁，預應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，需保證上下表面應力齊平，避免在荷載作用下，發生局部應力損壞。此外，為避免橫向分配梁發生側向滑移，采用粗鋼筋作為焊接材料，焊接在鋼管柱的工字鋼兩側。

（4）縱向貝雷梁施工時，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；依據現澆箱梁腹板位置確定貝雷梁橫向間距。結合實際工程情況，一共設計15 組貝雷梁，以此形成桁架結構。貝雷梁縱向跨度距離在7~12m 之間，采用簡支連接方式，相互交錯為1.5m，支點位于豎向腹桿處，即承重梁中心處正上方。在該步驟中，縱向貝雷梁上設計碗口式鋼管腳手架，立桿標高為1.4m，在橫、縱兩個方向上的立桿間距為0.9m，橫桿步距為0.6m，同時設計可調頂托，以實現立桿高度的調節；并將方木橫梁設計在頂托上方，同時鋪設鋼模板，將其作為現澆箱梁底模。

（5）完成上述施工后，采用預壓方式對支架進行處理，整個預壓流程為：沉降觀測點確定→支架體系加載→沉降結果測量→沉降穩定觀測→標高測量→荷載對稱卸載→標高測量→支架標高調整。

底模焊接觀測點位置通過砂袋進行壓重，以保證整個梁體為均勻荷載，整體壓重為現澆箱梁自重和施工荷載總和的105%。

觀測時間為在加載預壓前觀測一次、加載后早、中、晚各觀測一次，同時記錄并計算觀測結果；以此繪制沉降-時間曲線圖。在預壓過程中，整個預壓時間需>48h，卸除預壓后，可進行支架的性能計算。

2.3 高支架受力計算

2.3.1 鋼管樁受力計算

鋼管樁主要用于荷載的傳遞，其受力性能對于整個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]，其計算公式為：

式中：U——鋼管樁周長；

αi、α——分別表示樁周摩阻力及樁底承載力的影響系數；

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。

2.3.2 支架體系沉降計算

由于軟土地基具有顯著的不均勻沉降特點，因此，高支架施工后，其沉降量對于支架施工效果存在直接影響，本文以《地基基礎勘察設計規范》（SJG 01-2010）為標準進行沉降結果分析。支架體系的沉降量計算采用分層總和法完成，其計算公式為：

式中：ηs——沉降計算經驗系數；

p0——基礎底面處的附加壓力；

Esi——第i個土層的壓縮模量；

zi和zi-1——分別表示第i個土層和第i- 1 個土層分別和基礎地面的距離；

φi和φi-1——兩個土層對應的平均附加應力系數。

2.3.3 地基穩定性計算

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

式中：N——直接結構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

依據預壓結果以及計算方法，獲取支架結構以及整體的性能分析結果。支架結構性能分析以鋼管樁貝雷梁的施工結果為例，其性能如表2所示。

表2 鋼管樁貝雷梁的施工性能測試結果

由表2 分析可知：采用本文設計的現澆鋼梁高支架施工技術進行施工后，鋼管樁的單樁承載力達到85.2t，主梁彎矩和主梁撓度分別為316.62kN/m 和0.51cm，均滿足允許值標準。說明該施工技術具有較好的施工效果，可保證支架體系各個結構的施工需求。

3.2 支架沉降結果分析

箱梁在澆筑過程中，高支護體系沉降量直接影響現澆箱梁的施工效果，其沉降標準為不可超過10cm。10個施工點的沉降量結果見表3。

表3 支護體系沉降量分析結果

由表3 可知：10 個位置發生的沉降結果均在10cm以內，其中最大沉降為7.6cm。由于在進行高支架施工時，對地基進行了加固處理，提升了軟土地基強度，降低其沉降量。

3.3 地基穩定性分析

高支架施工前對軟土地基進行了加固處理，提升地基的承載力，保證了高支護體系的承載力。獲取地基在不同大小的上部構件集中荷載下的穩定性結果，并與初始地基允許的承載力結果（26.6kPa）進行對比，結果見表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，該結果顯著高于加固前地基的允許承載力結果。因此，本文設計的高支架施工技術具有較好的可行性，滿足軟土地基現澆箱梁高支架施工需求，可保證支架體系的施工效果。

表4 穩定性分析結果

4 結束語

在軟土地基上進行現澆箱梁施工時，由于箱梁縱坡較大，支架較高，要安全完成支架施工，保證現澆箱梁的施工效果，需在獲取土層力學性能后，結合工程實際施工需求，設計科學合理的現澆鋼梁高支架施工方案。首先在高支架體系施工前，通過地表硬化以及預應力管樁完成地基加固處理后，才進行支架體系施工。由于橋下凈空較高，在施工時采用鋼管柱增加支架平臺的高度，同時在支架上平臺上搭建滿堂支架的方式進行現澆箱梁施工。實踐證明，該施工技術可提升地基的穩定性和承載性，并保證箱梁施工安全性。