软土地基现浇箱梁高支架施工技术分析

孙 磊

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

公路桥梁现浇箱梁施工需结合施工环境的地质情况选择科学合理的施工技术，以保证施工后现浇箱梁质量和桥梁安全[1]。软土地基是我国常见的地质情况，该类地基具有强度低、沉隐量大、压缩量高、透水性低以及不均匀性等特点，该类地基在施工时，如果施工技术选择不当，会导致工程施工后存在较大安全风险，影响其使用寿命[2]。因此，在软土地基上进行现浇箱梁施工时，需搭建支架体系对原始的软弱土地基进行处理，提升地面强度，保证现浇箱梁的施工效果[3]。本文针对软土地基上现浇箱梁高支架施工技术应用效果以及施工情况展开研究，为类似软土地基上的现浇箱梁施工总结可供参考的经验。

1 工程概况

某地区的一桥梁现浇箱梁工程所处环境整体为平坦地形内，采用现场钻孔方式勘测工程地质情况，发现主要包含4 个土层结构，由上而下依次为亚黏土、淤泥、亚黏土以及粗砂，主要在上面3 个土层内进行施工，对该土层的力学性能进行测试，结果见表1。

表1 土层的力学性能

现浇箱梁的截面为单箱单室直腹板，箱梁顶部宽度为12~15m，梁高1.8m，纵坡为+3.9%，两侧悬臂。4 孔一联，跨径大小为5m×25m，使用C50 强度混凝土965.95m3，支架高度为22.2m。

2 高支架施工技术

2.1 高支架施工方案设计

获取土层力学性能后，结合工程实际施工需求，设计现浇钢梁高支架施工方案。由于桥下净空较高[4]，在施工时采用钢管柱增加支架平台的高度，同时在支架上平台上搭建满堂支架。整个支架体系由上至下的结构为方木次楞（尺寸为10cm×10cm）+工I10字钢主楞+盘扣支架+横向I18 工字钢分配梁+Q235 型钢纵向贝雷梁+横向I40 双拼工字钢承重梁+钢管柱（尺寸为650×8）+条形基础+预应力管桩，其整体结构如图1所示。

图1 现浇钢梁高支架体系结构

2.2 高支架体系的施工要点

高支架体系在施工前需对软土地基进行加固处理，以保证高支架体系施工效果；完成地基加固后，才进行支架体系施工。

（1）软土地基加固处理需结合工程地质勘测结果，主要通过地表硬化以及预应力管桩完成地基加固处理；地表加固处理后，地基的压实度达到95.9%，7d 无侧限抗压强度为2.65MPa。预应力管桩加固后，通过桩体和土层之间的摩擦力，提升地基的支撑力[5]，以此实现上部荷载的支撑。

（2）钢管柱在设计时，为保证整体施工效果，需依据设计方案进行钢管柱平面布置图放样，以保证钢管柱安装位置的可靠性；并且需对施工场地进行平整处理，确保钢管柱顶的标高一致。在施工时，采用单排方式布置钢管柱，在此基础上，设置预应力管桩，每个管桩均和钢管柱相对应，上方荷载可通过钢管柱传递给预应力管桩，预应力管桩则将荷载传递至地基[6]。

（3）横向I40双拼工字钢承重梁采用吊装方式安装在钢管柱顶部中心位置，以保证荷载的有效传递。横向分配梁和地面之间采用焊接方式完成连接，焊接使用的材料为I40a工字钢，焊接方式为并排焊接；完成焊接后，需保证上下表面应力齐平，避免在荷载作用下，发生局部应力损坏。此外，为避免横向分配梁发生侧向滑移，采用粗钢筋作为焊接材料，焊接在钢管柱的工字钢两侧。

（4）纵向贝雷梁施工时，采用双排单层布置，两排贝雷架之间的距离为45cm，以此形成贝雷梁；依据现浇箱梁腹板位置确定贝雷梁横向间距。结合实际工程情况，一共设计15 组贝雷梁，以此形成桁架结构。贝雷梁纵向跨度距离在7~12m 之间，采用简支连接方式，相互交错为1.5m，支点位于竖向腹杆处，即承重梁中心处正上方。在该步骤中，纵向贝雷梁上设计碗口式钢管脚手架，立杆标高为1.4m，在横、纵两个方向上的立杆间距为0.9m，横杆步距为0.6m，同时设计可调顶托，以实现立杆高度的调节；并将方木横梁设计在顶托上方，同时铺设钢模板，将其作为现浇箱梁底模。

（5）完成上述施工后，采用预压方式对支架进行处理，整个预压流程为：沉降观测点确定→支架体系加载→沉降结果测量→沉降稳定观测→标高测量→荷载对称卸载→标高测量→支架标高调整。

底模焊接观测点位置通过砂袋进行压重，以保证整个梁体为均匀荷载，整体压重为现浇箱梁自重和施工荷载总和的105%。

观测时间为在加载预压前观测一次、加载后早、中、晚各观测一次，同时记录并计算观测结果；以此绘制沉降-时间曲线图。在预压过程中，整个预压时间需>48h，卸除预压后，可进行支架的性能计算。

2.3 高支架受力计算

2.3.1 钢管桩受力计算

钢管桩主要用于荷载的传递，其受力性能对于整个支架的性能具有直接影响。钢管桩的轴向受压允许承载力[P]，其计算公式为：

式中：U——钢管桩周长；

αi、α——分别表示桩周摩阻力及桩底承载力的影响系数；

li——土层厚度；

τi——土层和桩体之间的极限摩擦力；

A——桩底支撑面积；

δR——桩尖所处土层的极限承载力；

K——安全系数。

2.3.2 支架体系沉降计算

由于软土地基具有显著的不均匀沉降特点，因此，高支架施工后，其沉降量对于支架施工效果存在直接影响，本文以《地基基础勘察设计规范》（SJG 01-2010）为标准进行沉降结果分析。支架体系的沉降量计算采用分层总和法完成，其计算公式为：

式中：ηs——沉降计算经验系数；

p0——基础底面处的附加压力；

Esi——第i个土层的压缩模量；

zi和zi-1——分别表示第i个土层和第i- 1 个土层分别和基础地面的距离；

φi和φi-1——两个土层对应的平均附加应力系数。

2.3.3 地基稳定性计算

地基承受的荷载主要包括两部分，一是支护体系传递荷载，二是土层自重。本文对软土地基进行加固处理后，为分析处理后的地基的稳定性，按照30°的扩散角、影响深度90cm 进行计算，将其转换成均匀荷载，并和加固前地基的承载力进行对比，以此分析地基的稳定性λ。其计算公式为：

式中：N——直接结构作用在地基上的集中荷载；

A0——软土地基荷载承受面积；

Gi——土层自重；

[λ]min——原有地面允许的地基承载力。

3 高支架体系性能分析

3.1 钢管桩贝雷梁性能分析

依据预压结果以及计算方法，获取支架结构以及整体的性能分析结果。支架结构性能分析以钢管桩贝雷梁的施工结果为例，其性能如表2所示。

表2 钢管桩贝雷梁的施工性能测试结果

由表2 分析可知：采用本文设计的现浇钢梁高支架施工技术进行施工后，钢管桩的单桩承载力达到85.2t，主梁弯矩和主梁挠度分别为316.62kN/m 和0.51cm，均满足允许值标准。说明该施工技术具有较好的施工效果，可保证支架体系各个结构的施工需求。

3.2 支架沉降结果分析

箱梁在浇筑过程中，高支护体系沉降量直接影响现浇箱梁的施工效果，其沉降标准为不可超过10cm。10个施工点的沉降量结果见表3。

表3 支护体系沉降量分析结果

由表3 可知：10 个位置发生的沉降结果均在10cm以内，其中最大沉降为7.6cm。由于在进行高支架施工时，对地基进行了加固处理，提升了软土地基强度，降低其沉降量。

3.3 地基稳定性分析

高支架施工前对软土地基进行了加固处理，提升地基的承载力，保证了高支护体系的承载力。获取地基在不同大小的上部构件集中荷载下的稳定性结果，并与初始地基允许的承载力结果（26.6kPa）进行对比，结果见表4。由表4 分析可知：随着上部集中荷载的逐渐增加，地基的承载力均在45.5kPa 以上，该结果显著高于加固前地基的允许承载力结果。因此，本文设计的高支架施工技术具有较好的可行性，满足软土地基现浇箱梁高支架施工需求，可保证支架体系的施工效果。

表4 稳定性分析结果

4 结束语

在软土地基上进行现浇箱梁施工时，由于箱梁纵坡较大，支架较高，要安全完成支架施工，保证现浇箱梁的施工效果，需在获取土层力学性能后，结合工程实际施工需求，设计科学合理的现浇钢梁高支架施工方案。首先在高支架体系施工前，通过地表硬化以及预应力管桩完成地基加固处理后，才进行支架体系施工。由于桥下净空较高，在施工时采用钢管柱增加支架平台的高度，同时在支架上平台上搭建满堂支架的方式进行现浇箱梁施工。实践证明，该施工技术可提升地基的稳定性和承载性，并保证箱梁施工安全性。