湿陷性黄土地质连续箱梁桥满堂支架地基处理方法探讨

杨利明

（山西省公路工程质量检测中心，山西 太原 030006）

1 工程概况

本互通工程共有现浇箱梁1 790 m/83跨，现以A匝道2号桥作为代表对现浇箱梁支架下地基承载力进行计算。吉县枢纽A匝道2号桥桥梁孔跨布置为 4×20+2×20+3×20+3×20+3×20+4×20 m钢筋混凝土现浇箱梁，20 m跨径现浇箱梁采用单箱双室、3室及4室结构，悬臂长1.5 m，梁高1.4 m，端横梁宽1.5 m，中支点横梁宽度2 m；梁端顶板厚度0.45 m，底板厚度0.42 m；跨中顶板厚度0.25 m，底板厚度0.22 m；第一联每跨设3个箱室，第二联每跨设4个箱室，其余联每跨设2个箱室，梁端两边腹板宽为0.70 m，跨中腹板宽为0.40 m。箱梁底距原地面最高h=22.5 m，全桥设置在湿陷性黄土地质段。

2 现浇箱梁满堂式支架施工方法

满堂支架采用碗扣式多功能钢管脚手架，立杆主要采用 2.4 m 、1.5 m 、1.2 m、0.9 m、0.6 m 5 种[1],立杆接头错开布置，顶杆长度为0.3 m，横杆采用0.9 m、0.6 m 2种组成，顶、底托采用可调托撑，底托规格为10 cm×10 cm。支撑体系跨中底板采用立杆间距为60 cm×90 cm的碗扣式脚手架，翼缘板采用90 cm×90 cm的碗扣式脚手架；墩柱两侧横梁1.5 m范围内底板立杆间距为60 cm×60 cm，翼缘板采用90 cm×60 cm的碗扣式脚手架；横杆步距为120 cm，详见支架布置图1、图2。

图1 现浇箱梁满堂支架布置图（单位：m）

图2 现浇箱梁满堂支架布置图（单位：m）

3 满堂式支架地基承载力计算

立杆底托置于方木上时，方木沿路线方向横向放置，方木间距根据支架纵向间距确定，方木截面尺寸为20 cm×20 cm，取A匝道2号桥第四联进行验算。

3.1 横梁下地基承载能力验算

图3 横梁下支架立杆平面布置图（单位：cm）

横梁自重N1=26×10×2×1.5=780 kN,支架自重取2.0 kN/m2，施工荷载取2.5 kN/m2，振捣混凝土产生活载时均布活载取2.0 kN/m2,倾倒混凝土产生活载时均布活载取4.0 kN/m2，荷载取值时，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.4[2]。横梁下地基承载力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 标准跨中地基承载能力验算

图4 标准跨中支架立杆平面布置图（单位：cm）

标准跨中段梁下地基承载力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 翼缘板下地基承载力验算

图5 翼缘板下支架立杆平面布置图（单位：cm）

翼缘板下地基承载力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 桥址区内土质判定及地基处理方式确定

4.1 湿陷性黄土地基的湿陷等级判定

a）湿陷量的计算值 Δs按式（1）计算：

式中：δsi为第i层土的湿陷性系数；hi为第i层土的厚度，mm；β为修正系数，基底下0～5 m取1.50，基底下5～10 m取1，基底10 m以下至非湿陷性黄土层面，山西南部地区自重湿陷性黄土修正系数取1.20。

b）自重湿陷量的计算值Δzs按式（2）计算：

式中：δzsi为第 i层土的自重湿陷性系数；hi为第i层土的厚度，mm；β0为修正系数，取1.20。

表1 湿陷性黄土地基的湿陷等级表[3]

通过计算结果和湿陷性黄土地基等级表可判定该桥址区内土质为Ⅱ级自重湿陷性黄土。

4.2 Ⅱ级自重湿陷性黄土特点

土体本身具有强湿陷性和较高的压缩性，遇水后地基会迅速变软，出现沉降，展现出更大的土体压缩性。

4.2.1 对于Ⅱ级湿陷性黄土地基常规的处理

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》推荐，湿陷性黄土地基常用的处理方法有换填垫层法、强、重夯法、挤密法等方法。根据现场地质情况和地基现场功能需要,本桥采用了换填30 cm灰土（2层）+15 cm厚C20素混凝土垫层方式处理地基。

4.2.2 现场具体地基施工处理

首先进行30 cm表面杂质土清除，表土清除后用压路机进行压实，达到90%的压实度，然后进行分2层填筑30 cm厚的10%灰土垫层，按96%的压实度控制，最后浇注15 cm厚C20素混凝土。处理过程中宽度要求为地基处理范围至少应宽出支架之外1 m。

4.2.3 对地基承载力处理前后的现场对比测试

地基承载力现场测试采用重型动力触探仪进行试验检测，按照面积范围频率要求进行了5个点的试验，地基处理前承载力分别为：108 kPa、100 kPa、116 kPa、100 kPa、108 kPa，灰土处理后，相对应的承载力分别为：236 kPa、220 kPa、252 kPa、228 kPa,236 kPa。经过对比测试地基承载力有了质的提升。

石灰稳定土基层无侧限抗压标准为0.8 MPa。为了强化地基的整体性，提高地基局部抗剪强度，采用15 cm厚C20素混凝土硬化。

a）混凝土硬化后根据本桥支架布设型式对地基承载力进行验证计算：当立杆底托直接置于混凝土面上时，地基承载力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）对混凝土单杆下部局部应力计算：通过对15 cm厚C20素混凝土试件检测，抗折强度均值为3.5 MPa，取荷载最大处中横梁下单根立杆最大承受力进行验算，Nmax=【1.2×（780+2.0×10×2）+1.4×（2.5×10×2+4.0×10×2）】/（17×4）=17.15 kN。底托截面尺寸为10 cm×10 cm，底托处混凝土抗折强度为：f=17.15/（0.10×0.10）=1.72 MPa。

5 结论分析

通过上述计算可知，横梁下支架对地基承载力（Pmax）要求最大，Pmax=145.75 kPa。灰土处理前原地基承载力平均为：P=106 kPa＜145.75 kPa，不能满足支架对地基承载力的要求。灰土处理后地基承载力最小为：P=220 kPa＞145.75 kPa，处理后的地基承载力满足支架设计要求。

采用15 cm厚C20素混凝土硬化前，底托处灰土无侧限强度[f]=0.8 MPa小于支架地基设计要求强度f=1.72 MPa，说明只进行灰土换填还不能满足地基局部抗剪要求。硬化后，支架地基设计要求强度f=1.72 MPa小于C20素混凝土试验强度[f]=3.5 MPa，支架底托处地基局部抗剪强度满足设计要求。

最终结论：经过上述计算分析，湿陷性黄土地基现浇箱梁满堂架施工在支架搭设前经过换填30 cm石灰稳定土和硬化15 cm厚C20素混凝土处理后各项指标均满足支架设计要求。经过在一年多的现场实体施工，本标段采用现浇箱梁满堂架施工的35跨湿陷性黄土地基连续箱梁桥，已全部成功建成，桥梁各项指标均符合设计及规范要求，也得到了业主的好评。

6 地基处理排水保证措施

针对Ⅱ级湿陷性黄土地基特点,地基遭地表水浸泡会导致地基下沉,所以在支架施工前必须排除地基周围的地表水,并预先作好排水沟以防雨水浸泡地基。为避免地基受水浸泡，在支架外缘2 m位置设置40 cm×30 cm的排水沟，排水沟分段开挖形成坡度，在低点开挖集水坑。采用砂浆对排水沟及集水坑抹面硬化，并对边坡进行包边砂浆硬化，以防止雨水和后期养护水侵入支架区，引起支架下沉。

7 结束语

满堂支架的施工是一个非常重要的基础性工艺环节，在施工过程中一定要重视对地基的处理，严格按照有关规范和要求施工，确保施工质量和施工安全。