现浇箱梁满堂支架地基处理与承载力验算

■林小辉

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350001）

0 前言

在箱形结构梁桥施工中，满堂支架现浇工艺由于具有较好的经济性与通用性，已成为应用最为成熟的施工方法之一。若地基处理不当，混凝土浇筑过程中，基础沉降不均匀或沉降量超标，会引起支架坍塌、梁体变形、开裂等质量事故，则在施工过程中应对地基先进行处理，再通过承载力验收对施工效果进行评价，确保桥梁结构在施工过程中的安全。

1 工程概况

本工程位于某国道互通内，该桥共十跨，桥长225.5m，前5跨为一联现浇连续箱梁，桥台～1号墩～2号墩～3号墩～4号墩～5号墩，箱梁结构为双箱双室。连续箱梁长度为19.5×5=97.5m，高度为1.5m，箱梁底板宽度为7.5m，顶板宽度为10.5m，箱梁底板至地面高度4.8～7m。本联箱梁混凝土标号为C50，设计方量为742.97m3。根据设计方提供的桩基地质勘探报告，支架搭设区域原地面为耕植土，需对地基进行处理以满足施工要求。

2 地基承载力计算

2.1 支架搭设方案

本工程采用碗扣式满堂支架，采用Φ48×3.5的钢管作为支架横杆和立杆。搭设支架时逐联搭设，张拉结束后方可拆架。经受力验算，中部和端部横墙处立杆间距采用0.6m×0.6m，箱梁腹板处立杆间距为0.6m×0.6m，其余位置立杆间距为0.6m×0.9m，立杆步距为1.2m。立杆底托下纵向设置5cm×10cm方木，方木放置于硬化后的混凝土顶面，立杆顶托上纵向放置Ⅰ12工字钢，在工字钢上横向设置轴线间距为30cm的10cm×10cm方木，在方木上安装1.5cm厚的胶板底模，如图1所示。

图1 箱梁满堂支架设计横断面示意图

支架搭设过程中，要经常对支架搭设质量进行检查，做好过程控制。过程中主要检查支架立杆的竖直度、立杆间距，扫地杆布设的高度、顶、底托外露长度、上碗扣是否锁紧、纵横向及水平向剪刀撑间距设置是否严格按方案施工。支架搭设达到设计高度后，要求项目部组织全面的检查和验收，验收合格后报总监办验收，由总监办组织项目部总工等技术人员再次共同对支架安装进行整体质量验收，参加人员现场应填写支架搭设验收表，确保支架搭设质量有据可查。

2.2 立杆受力验算

据《路桥施工计算手册》，采用Φ48×3.5碗扣钢管作支架，当横杆步距为1.2m时，对接立杆的容许荷载[N容]=33.6kN。根据支架设计图，横梁及腹板区受力最不利处的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.6）=2.78根钢管，箱室底板受力最不利处的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.9）=1.85根钢管。

以立杆上方的顶托受力最大的立杆作为验算对象，则立杆底部承受竖向荷载为：（1）腹板下：N=60.52kN/m2/2.78 根/m2=21.77kN＜[N容]=33.6kN；（2） 横梁下：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。单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。

2.3 地基承载力计算

立杆基础底面的平均压力P=N/A，腹板底部最大荷载N=21.77kN，立杆底部钢垫板尺寸15cm×15cm，条形枕木与混凝土硬化垫层总厚度为15cm，基础应力扩散角取45°，则基础顶部承压面积 A=0.45m×0.45m=0.20m2，基底平均压力P=21.77/0.20=109kPa。安全系数取1.5，现场地基承载力 f＞109kPa×1.5=164kPa。

经现场轻型触探试验显示，地基承载力容许值小于150kPa，最小值为85kPa，需对地基进行处理，才能满足承载力要求。

3 地基处理

本工程现浇连续箱梁顺桥向穿越农田，为了确保现浇箱梁的支架稳定，减少不均匀沉降，支架搭设前需将农田表层耕植土进行清理，结合本工程实际情况，地基采取以下处理方法：

（1）对于农田部分，首先挖除40cm厚地表土，挖除后采用触探仪进行地基承载力检测，要求地基承载力达到150kPa，如达不到要求则应加深开挖换填深度；进行整平，然后在地基两侧挖排水沟，降低地基含水量，并用压路机压实地基，压实度达到90%以上。上面铺设30cm厚级配碎石，再用压路机将其压实，在其顶部浇筑15cm厚C15砼。

（2）对于承台基坑回填部分，为减小不均匀沉降，先清除积水和稀泥，填筑材料及方法同上。上部铺50cm级配碎石振动压实，再浇筑15cm厚的C15砼。

因地基处理的好坏直接影响后续支架及现浇箱梁的稳定，要求项目部施工前应严格做好技术交底工作，按方案组织施工，每道工序完成后须经监理工程师确认合格后方可进入下道工序。支架地基处理应大于支架两侧临边外沿线50cm，过程中应严格做好压实度检测并确保砼浇筑厚度，确保地基处理质量。

4 地基处理后承载力验收

4.1 地基容许应力值

当基底作用竖向集中力P时，基础中心点下竖向附加应力沿深度方向曲线减小，支架基底最大压力为109kPa，由布辛奈斯克公式可求得换填深度1m处竖向附加应力σ=52kPa，小于地基承载力最低值85kPa，说明下卧土层地基承载力满足要求。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）表4.5.4的规定，碎石垫层地基承载力容许值为200～300kPa，满足支架施工对地基承载力的要求。

4.2 最终沉降量估算

承载力表现为强度与稳定性两个方面，地基承载力容许值是地基的强度指标，地基稳定性还需检验支架预压沉降量。《钢管满堂支架预压技术规程》（JGJ/T194-2009）规定，对支架基础代表性区域的预压监测过程中，当最初72h各监测点的沉降量平均值小于5mm时，应判定同类支架基础的其余部分预压是否合格。一般预压过程任务繁重，要了解土的压缩性能，亦可通过计算地基最终沉降量，验算基础沉降量是否满足规范要求；压缩模量可通过荷载板试验确定，最终沉降量计算可采用土力学弹性理论方法。

（1）荷载板试验

采用《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）承载板测定地基回弹模量试验法，加载设施为一后轴重≥60kN的载重汽车，轮胎充气压力0.50MPa；刚性承载板厚20mm，直径为30cm；加载装置由千斤顶、测力环与压力表组成，回弹变形由弯沉仪检测。

从基底原泥浆池区和非泥浆池区分别选取两处代表性区域进行荷载板试验，支架基础变形P-L曲线如图1所示，对数据点进行线性拟合，相关系数分别为0.981和0.989，说明荷载压强0.4MPa范围内，P-L为线性相关曲线；曲线起始段并不存在反弯现象，表明地基表层已碾压密实。取结束试验前的各回弹变形值，按线性回归方法由公式（1）计算土基回弹模量E0值。

上式中，D为荷载板直径；μ0为土泊松比，对碎石土取0.3。

最终计算可得，原泥浆池区地基回弹模量为265.2MPa，非泥浆池地基回弹模量为245.7MPa。

图1 P-L曲线图

（2）最终沉降量估算

将每个支架立杆视作一个独立基础，传递到换填土基顶部的平均压力视为基底附加应力，受力面积为最终沉降量估算0.45m×0.45m，计算出基底最大沉降，即可预测满堂支架预压沉降值。基底最大应力109kPa，考虑1.2的预压荷载系数，基础底面最大应力p=109kPa×1.2=131kPa，处于荷载板试验P-L曲线的线性范围内，因此，可通过弹性理论公式（2）计算最终沉降量。

上式中，基础底面平均压力p=131kPa，基础宽度b=0.45m，土泊松比μ=0.3，变形模量E0=245.7MPa，查表得沉降影响系数ω=0.88，计算最终沉降量s=0.19mm，比规范规定的5mm相比甚小，足以表明支架基础满足施工要求，不均匀沉降忽略不计。

5 结语

行检查，包括支架基础预压、支架预压、沉降量观测等，操作任务繁重、工效较低。本文对地基处理从两个方面进行承载力验算：（1）通过查表确定换填土层的地基承载力容许值大于支架基底最大应力；（2）进行荷载板试验，确定地基变形模量，计算支架最终沉降量，结果显示支架沉降量远小于规定值。试验操作简便，能快速得到最终沉降值，为支架的安全施工提供了有益的参考。

满堂支架地基处理质量一般采用预压验收的方式进