软土地基现浇箱梁施工技术

软土地基现浇箱梁施工技术

姜蕾

摘要：软土地基上采用满堂支架法施工现浇箱梁，成功的关键是防止和减少地基沉陷，支架的设计是否满足安全性要求。本文介绍荆岳长江公路大桥第一合同段路堤改桥采用扣管支架施工现浇混凝土连续梁的支架安全性、地基承载力、模板强度、刚度计算以及施工质量控制。

关键词：软土地基；满堂支架；安全计算；地基承载力；预压；质量控制 1、工程概况

荆岳长江公路大桥是湖北省“六纵五横一环”骨架公路网规划中随州至岳阳高速公路跨越长江的控制性工程。桥址位于湖北、湖南两省交界处，北岸为湖北省荆州市监利县白螺镇，南岸为湖南省岳阳市云溪区道仁矶镇；该大桥是湘、鄂两省间第一座跨越长江的特大型桥梁。

路堤改桥工程段位于长江北岸引桥至白螺互通主线收费站附近宽度渐变段，路线平面半径R=6000m，设2%双向横坡；左幅桥桥面宽由20.25m渐变为16.5m，右幅桥桥面宽度由50.02m渐变为16.5m。本桥K0+849.46～K1+062.5段采用分离式双幅预应力混凝土现浇连续箱梁和装配式预应力混凝土连续小箱梁，其中变宽段采用30m预应力混凝土现浇连续箱梁，等宽段采用30m装配式预应力混凝土连续箱梁。左右幅各分为两联：即左幅为3×30m预应力混凝土现浇连续箱梁和4×30m装配式预应力混凝土连续小箱梁；右幅为3×30m+4×30m预应力混凝土现浇连续箱梁，桥梁全长213.04m。

本桥左右幅三联3（4）孔30m预应力现浇连续箱梁采用搭设碗扣支架的施工方法进行施工，从白螺互通向长江大桥方向逐跨进行现浇。预应力砼现浇连续箱梁为单箱多室直腹板等高度截面，梁高1.8m，桥面为变宽，箱梁两侧各悬臂长2.5m；标准断面箱梁翼缘端部厚0.17m，腹板宽0.45m，顶板厚0.27m，底板厚0.23m；支点处断面箱梁顶板厚0.47m，底板厚0.38m；箱梁顶、底板横坡均与桥面横坡相同，即桥面横坡由箱梁整体斜置形成。 2、上部结构荷载分析： 荷载（1）：模板和支架自重

本工程为竹胶板配木枋分配梁。该项荷载值取为2KN/m2。

荷载(2)：现浇梁体自重：

 底板范围内现浇梁体自重： 实心段及空心板腹板处：1.8m1m226KN空心段(除腹板处)：0.5m1m226KNm3m346.8KN

13KN

 翼缘板范围内现浇梁体自重： 端部：0.17m1m226KNm34.4KN

悬臂板根部：0.47m1m226KNm312.2KN

荷载(3)：施工人员和施工材料、机具荷载：3 KN/m2 荷载(4)：振捣砼产生的荷载：2.5 Kpa

荷载(5)：新浇砼对侧面模板的压力：按高度和砼容重计算。

荷载(6)：倾倒砼时产生的水平荷载。当验算侧模板局部强度时按2Kpa采用。 3、底模模板承载力分析： 3.1、模板构造

图1、现浇连续箱梁底模构造图

箱梁现浇施工的底板和外模全部采用新购竹胶板，板厚18mm，力学指标E=0.1×105 MPa，静弯拉强度f=80MPa。底板直接支承在其下的横桥向径向布置的支承木上，侧面及翼缘板底面模板采用木枋做背肋加强。用于现浇施工的木枋木材外观质量、强度指标应符合《木结构设计规范GB5005-2003》中TB11级的要求，其弯拉强度fm11MPa,E7000MPa。

直接支承竹胶板的横向木枋采用8*12cm，径向布置，保证桥梁中心线处间距

为40cm。

纵向支承木枋采用12*15cm木枋，布置于每列立杆的顶面可调托撑上。

考虑到木枋表面的不规则性，因此在进行强度和刚度验算时，横枋截面采用8*12cm，纵枋截面采用10*15cm，以确保安全。 3.2、底模面板强度刚度验算

验算应力时，底模承受的荷载组合为（1）+（2）+（3）+（4）。

p空21332.5＝20.5KPa

p实246.832.5＝54.3KPa

验算刚度时，荷载组合为（1）+（2），此时p15KPap实＝48.8KPa 分两个部位验算各构件强度及刚度。 3.3、墩顶实心段及跨内腹板实心处 （1）面板

取实心处横向0.6米宽板条进行验算，其p实＝54.3KPa。竹胶板短边尺寸为1.22米，则板条可模拟为3*0.4米的三跨连续板梁。 验算结果如下： 中支点处最大负弯矩：

M0.100*ql20.100*54.3*0.6*0.420.548KNm

M0.548*10617MPa[]80MPa

1W*600*1826跨内最大挠度：

ql448.8*0.6*0.44f0.677*0.677*0.0019m[f]1.5mm

100EI100*10e6*2.916e7中支点最大反力：

R1.1*ql1.1*54.3*0.6*0.414.7KN 则传递给横向支枋的均布荷载为：

qR14.724.5KN/m b0.6

其余空心段处荷载更小，因此不予验算。可见，竹胶板面板的强度和刚度均能满足规范要求。 （2）横向木枋验算

横向木枋截面尺寸：0.08 *0.12m，其设计要求弯拉强度

fm11MPa,E7000MPa。

取靠近墩顶处的、全处于实心段的横向木枋进行验算。根据以上的计算结论，横向木枋在实心段承受的最大线均布荷载q24.5KN/m。最大支承距离为0.9米。木枋长度一般为3米左右。将其模拟为3*0.9米连续梁进行验算。验算强度的线均荷载为24.5KN/m，验算挠度的线荷载为22KN/m。

图2、墩顶实心段横向木枋计算图式

中支点处最大负弯矩：

M0.100*ql20.100*24.5*0.921.98KNm

M1.98*10610.3MPafm11MPa

1W*80*12026跨内最大挠度：

ql422*0.94f0.677*0.677*1.2e3m1.2mm100EI100*7e6*11.52e6

f1f1[]L750l400中支点最大反力：

R1.1*ql1.1*24.5*0.924.3KN

同样，除墩顶实心段外，跨内对应于箱梁腹板处的横向木枋受力结果可参照墩顶实心段处的验算结果，均能满足规范要求。 （3）纵向木枋

墩顶实心段处纵向木枋支承间距为0.6米。拟考虑为2*0.6米连续梁计算纵向木枋。它承受由横枋传来的集中力，取前面计算的24.3KN。

图 3 、墩顶实心段纵向木枋计算图示

计算结果表明，该状态下中支点处负弯矩为2.6KN.m。相应的应力为：

M2.67MPa[fm]11MPa 1W*0.1*0.1526fmax0.241f1fmax0.24mm,[]

l6002500l400可见，采用10*15cm的纵向木枋是安全的。

4、支架安全性分析： 4.1、支架构造

施工采用碗扣式脚手架搭设施工支架。碗扣式脚手架的立杆、横杆均为采用φ48×3.5 mm焊管制成的定长杆配件，横杆与立杆连接采用独特的碗扣接头。由下碗扣承接横杆插头，上碗扣锁紧横杆插头；碗扣式脚手架搭设的基本尺寸都为定尺模数尺寸，步高以600mm 为模数，纵、横向柱距以300mm 为模数；碗扣式脚手架一般与立杆可调底座、可调托座配套使用。支架横杆步距拟为1.2m，步距为1.2m 时，立杆允许荷载为30kN/根。

碗扣式脚手架按行列式排布，支架以各个墩轴线处箱梁宽度布局，逐排平行

向跨中搭设，跨中交接区采用φ48×3.5mm扣件式架管相连接。局部腹板加密杆偏位处采用φ48×3.5mm扣件式架管加密，并与碗扣式支架相连接。并确保扣件式钢管的立杆、横杆间距不得大于碗扣式支架间距。立杆的横桥向布置见支架横断面布置图.

立杆在纵向上的布置，在墩顶实心段间距为0.6米，其余间距为1.2米。横杆步距均为1.2米。布置见支架纵断面布置图。

为确保支架的几何不变性，沿支架纵向，每隔4.8米横桥向设置横桥向的剪刀形斜撑，斜撑杆采用φ48*3.5扣件式架管。而在支架横向，按不大于5米间距设置沿纵向布置的纵向斜撑。（斜撑杆位置见支架纵、横断面布置图）。 4.2、支架立杆承载力验算

从支架纵、横断面布置图可以看出，支架立杆形成的平面框格尺寸，在空心段最大为b*l=0.9*1.2＝1.08m2，在实心段最大为b*l=0.6*0.9＝0.54m2 。 支架承受的荷载组合（不计风荷载情况下）为（1）+（2）+（3）+（4）。即：

p空21332.5＝20.5KPa

p实246.832.5＝54.3KPa 空心段单根立杆承受的竖向荷载为：

F空＝p空A空＝20.5*1.08＝22.1KN[F]30KN 实心段单根立杆承受的竖向荷载为：

F实＝p实A实＝54.3*0.54＝29.3KN[F]30KN 立杆承载力均能满足要求。 5、地基承载力分析： 5.1、地质条件

根据设计图所示地质资料表明，桥区地质情况自上而下表1所示：

表1、桥区地质情况

序号 1 2

土层描述 亚粘土、淤泥质亚粘土及亚砂土 松散粉砂、细砂 厚度（米） 5.3~7.4 20.6~23.95

可见，桥区地表覆盖层土质软弱，部分地段下覆层承载力较表土更低。 5.2、地基处理措施

拟定方案前对地基承载力进行了静力触探试验。经目测判断，选定了表观承载力较差的地段进行了触探试验。试验报告表明，该地段除表层0~30cm承载力较差外，其余部分承载力均在70Kpa以上。本方案地基处理措施如图：

图4、支架地基处理示意图

5.3、地基承载力验算

按地基处理方案将原地面表土翻开晾晒后掺5％石灰，用压路机碾压密实后，采用触探法对地基承载力进行检查，要求处理后地基承载力均达到150kpa以上。直接在其上浇注厚10cm的C20砼封闭层，然后在支架立杆对应位置安设35cm×35 cm×20 cm方形预制砼垫石。

由于横杆步距采用120cm，分别对应的每根立杆的容许承载力为30KN，因此按每根立杆均达到设计承载力水平验算地基承载力。

横杆步距为1.2m时立杆容许承载力N=30KN，按每根立杆达到容许承载力来验算地基承载力。砼的应力扩散角取45°，其作用力面积A=(0.35+2*0.1*tg45°)×(0.35+2*0.1*tg45°)=0.3m2，地基应力σ=N/A=30/0.3=100KPa＜150 KPa，满足要求。 6、支架预压

支架预压：现浇支架搭设完毕，在立杆顶面铺设纵横向的方木，将底模、侧模安装完成后，对支架进行设计荷载超载预压，消除支架的非弹性变形和取得支架的弹性变形量，以便在砼浇注前设置支架的预抬高度值，从而确保主梁节段施工标高准确和施工时支架自身的安全。预压采用吨袋装砂性土堆载。装

砂时，每天随机抽取10袋称重求得平均袋重，记录堆载的袋数以控制预压堆载吨位。并须严格监控砂的含水量。每班结束后必须对砂袋加盖防水篷布。

支架加载预压逐跨进行。预压时，基本模拟主梁砼浇注时的加载程序。

加载过程分级进行，按20％→50％→80％→100％→120％的顺序加载。

砂袋堆码后堆积容重约为15KN/m3。实施时应先每袋称重后量测体积后反算容重。因此，实心段及腹板处堆载高度h1.2*堆载高度为h1.2*0.5*251m。 151.8*253.6m，跨内空心段处15堆载时必须对称加载，先加墩顶位置，再加跨内，横桥向应贯通同步进行。堆载分级通过控制砂袋堆码高度控制，即在实心段分别按0.72米，1.08米，1.08米，0.72米，0.72米的分层厚度分层逐级加载。空心段分别为0.2米，0.3米，0.3米，0.2米，0.2米分层逐层堆码。

卸载时，按加载程序的逆顺序进行。

预压最大荷载为设计的1.2倍，如上述分层逐级加载，预压时进行沉降观测，加载至120％时停止加载，进行12h的支架沉降变位连续观测，若连续两天观测支架沉降、变位均小于1mm，则可认为地基沉降已基本稳定，即可卸载。加载预压和卸载过程的各阶段，同时观测各阶段支架的变形情况，并记录分析，为主梁砼浇注施工控制提可靠的依据。观测的方法是采用水准仪测量，测加载前标高，加载各阶段标高，卸载后标高，根据观测结果填写沉降观测记录表。预压后调整底模标高。通过最后一次观测的数据和预压前观测数据对比得出架体及基础的沉降量，架体卸载后再对各点进行1次测量，得出支撑架体卸载后的回弹量。沉降观测每跨选取1/4、2/4、3/4跨3个断面，每个断面选取各个腹板位置以及各箱室底板中点，上下对应。预压后，架体已基本消除预压荷载作用下地基塑性变形和支架非弹性变形。预压卸载后的回弹量即是箱量在混凝土浇注过程中的下沉量，因此，支架顶部的标高值=为设计标高值+设计预拱度+预压回弹量。预压回弹量按实际沉降观测所得数据设置。

7、混凝土浇注质量控制

在砼浇注过程中，混凝土纵向由箱梁一端向另一端进行。箱梁砼高度上分两次进行浇注。第一次浇注底板及腹板砼，先底板后腹板，要求两台泵车对称均匀布料。待砼达到75%以上强度后进行第二次浇注，并在水平施工缝断面上进行凿

毛处理。第二次浇注顶板砼，泵车从两端同时对称均匀布料，一次性布料完成。混凝土塌落度在保证能泵送的情况下，尽可能减小。避免因塌落度太大，腹板混凝土滑向底板，造成底板混凝土过后。同时混凝土塌落度大，顶板在阳光的照射下，易产生裂缝。混凝土浇注成型，终凝完成后，尽快保水养生。施工前应配备有备用搅拌机、发电机、振捣器、输送泵等，以防设备故障造成施工停顿。

混凝土振捣也是一个重要环节，应由熟练的专业工来操作。漏振或振捣不足均容易形成蜂窝麻面或气孔较多。过振又会使混凝土造成离析和泌水，粗骨料下沉，砂浆上浮且表面形成鱼鳞纹。在操作过程中，用振动棒时要快插慢抽，每一部位振捣时间以混凝土面不再下沉，不再冒气泡，表面呈现平坦、泛浆为宜。振动棒移动间距不要超过振动棒作用半径的1.5倍，插入下层混凝土的距离为5～10cm，距模板的距离应保持在5～10cm，避免振动棒碰撞模板、对拉螺杆等。

8、结语

软土地基浇注大面积预应力混凝土连续梁，才用满堂式支架，并在远地面之上增铺混凝土层，可使原土层和柔软下卧层所承受的实际应力在允许承载力范围内。采用预压加载的方法，可有效的克服地基和支架的非弹性变形，为设置预留沉降量提供了依据。从浇注完成的部分来看支架和地基下沉基本接近预留沉降量的数值，满足了结构设计的要求。