黄河软土地质条件下连续箱梁满堂支架施工地基处理技术__墨水学术

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:96

副标题#e#摘要：从安全、经济的角度阐述济南建邦黄河公路大桥北引桥地基处理的施工方法，对同等或相似的地质条件下的桥梁满堂支架的施工有一定的参考价值。
　　关键词：地基处理；砼硬化；预压；沉降
　　一、工程概况及设计
　　济南建邦黄河大桥项目位于济南市西北部老徐庄附近，南与济南市二环西路相接、北与国道309线连接、路线全长5.271公里，其中黄河大桥桥梁长2.145公里，两岸接线长约3.1公里，北引桥起讫桩号为K1+930～K2+530，长0.6km，双向布置。
　　北引桥梁体设计为4联5×30m单箱单室箱梁，设计每一联按5节段浇筑，第Ⅰ节段长36m，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ节段30m，第Ⅴ节段24m。每节段要求采用纵向一次整体浇筑成型，严禁竖向分层二次浇筑。预应力张拉以控制张拉力为主，张拉伸长量作为校核双控进行，预应力张拉需混凝土强度达到设计强度的90%，且混凝土期龄不小于5天才可进行。
　　二、水文地质概况
　　北岸引桥（K1+930～K2+530）工程所在区域属黄河泛滥冲积平原地貌单元，黄河北岸主要为黄河滩地，引桥范围内以稻田为主，期间遍布池塘，老河道、淤泥较深，地面高程一般在23.9～25.9m之间，北岸地面平均高程低于黄河主河道高程，北岸引桥范围地下水位较高，略低于地面。北岸引桥原地面表层为填筑土，其工程特点为强度低，疏密不均，中等压缩性，承载力低。
　　桥址区存在的不良地质现象主要有：砂土液化。桥址区地面或河床下20m深度范围内存在饱和粉砂、细砂、中砂，按地震设计烈度7度判定为液化土层，液化等级为中等～严重。
　　三、地基处理
　　由于黄河北岸不良地质状况的存在，箱梁施工技术难度大，施工风险高，要达到安全的施工条件，必须对北岸引桥范围内的地基进行特殊加固，以消除砂土液化现象，提高地基承载力。根据现场地质的情况，我们在箱梁施工前采取以下处理措施：
　　（一）由于地表土壤含水率较大，箱梁施工前进行翻晒，翻晒深度大约0.5m。
　　（二）以上处理完毕后，在支架范围内再填筑0.8m厚的砖渣，采用压路机按每层0.3m进行分层碾压，确保压实度不小于96%，以满足承载力要求，同时预留1.0%的横向排水坡。
　　（三）为避免地基遇水浸泡而承载力失效，表层采用0.2m厚C20混凝土进行封面处理。
　　四、地基承载力检算
　　
　　30m现浇箱梁支架采用碗扣式支架(Φ48×3.5mm)，支架搭设立杆纵横间距采用90*90cm、90*60cm及60*60cm三种形式布置，横杆竖向步距均采用120cm。
　　每根立杆下设底托，尺寸为0.1m*0.1m。基础顶面浇筑20cm厚C20混凝土，刚性角取45°,则混凝土基础底受力面积为：
　　A=（0.1+0.2×2）×（0.1+0.2×2）=0.25m2
　　单根立杆最大受力为3.0T，按轴向荷载作用计算基底应力：б==12T/m2=120Kpa＜[]=200Kpa（基础处理时地基承载力按200Kpa控制），则满足承载力要求。
　　五、静载试验目的及方法
　　为获取地基变形数据，检验地基承载力能否满足设计承载力200Kpa的要求，验证施工技术方案可行性，特委托了山东铁正工程试验检测中心有限公司在6.25-30日对地基进行了浅层平板静载荷试验。具体内容如下：
　　（一）仪器设备:
　　1.50吨分离式油压千斤顶：一套；
　　2.沉降量观测系统：一套（大行程50mm百分表两块）；
　　3.精密压力表：一块（60MPa）；
　　4.承压板：边长为0.5m的正方形板一块，面积0.25m2；
　　5.基准钢梁2根；
　　6.反力装置：试验配重一套，加载物16吨。
　　（二）检测位置及点数：
　　本次试验共检测4个点，按两种方案进行试验，第一是铺完砖渣后进行静载试验，数量为3个点，分别位于N12号墩、N13号墩、N14号墩处进行，测点编号分别为N12、N13、N14，第二是混凝土硬化后进行静载试验，数量为1个点，位于N19号墩处进行，测点编号为：N19。
　　（三）试验加#p#副标题#e#载、卸载方法和沉降观测
　　1.将加载物一次性堆放在压重平台上；
　　2.安装沉降量观测系统后，采用慢速法按试桩的最大预估承载力荷载分8级逐级加载，待该级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，等量递增至设计承载力的2倍，即400Kp，在每级加载后，按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后每隔30min进行读记承压板沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载；
　　3.当出现下列现象之一时终止试验：沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起；承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%；当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。
　　（四）结论：
　　通过地基的静载试验，测得地基最大沉降量：6.82mm,最小总沉降量为：3.20mm,箱梁支架地基承载力特征值为200Kpa,满足设计承载力要求。
　　
　　浅层平板静载荷试验结果表
　　试验位置    最大加荷(Kpa)    总承降量（mm）    地基静载荷承载力特征值(Kpa)
　　N12    400    6.82    200
　　N13    400    7.22    200
　　N14    400    7.46    200
　　N19    400    3.20    200
　　六、支架预压（以右幅第十跨及第七跨为例）
　　为检验支架及地基的强度及稳定性，消除整个支架的塑性变形及地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形。我们在支架搭设完毕后，在浇筑箱梁混凝土之前对支架进行了预压，加载物选用水箱，水箱尺寸为：长3m×宽2.5m×高2m,采用吊车进行吊装。根据预压荷载为箱梁自重的1.2倍，每跨预压采用18个水箱进行预压，加载时进行对称加载，加载过程随时对支架和分配木的支承进行检查。
　　右幅第十跨箱梁预压从8月28日开始加载，于9月1日晚将所有的水箱全部加满。从9月2日进行沉降观测，通过对观测结果的分析，发现从9月5日上午沉降很小，累计只有1mm左右，认为至9月5日上午沉降基本趋于平稳。
　　右幅第七跨箱梁预压从10月9日开始加载，于10月11日晚将所有的水箱全部加满。从10月12日进行沉降观测，通过对观测结果的分析，发现从10月15日上午沉降很小，累计只有1mm左右，认为至10月15日上午沉降基本趋于平稳。
　　七、数据分析
　　从沉降观测的数据来看，右幅第十跨最大沉降23mm，最小沉降9mm，平均沉降16.4mm，去掉回弹量，实际平均沉降只有7mm；右幅第七跨最大沉降21mm，最小沉降11mm，平均沉降14.5mm，去掉回弹量，实际平均沉降只有8mm。通过上述两跨沉降观测分析，按照上述的地基处理方法，是完全能满足施工要求的。
　　八、预拱度设置方案
　　在支架上浇筑箱梁混凝土施工过程中和卸架后，箱梁要产生一定的挠度。因此，为使箱梁在卸架后能满意地获得设计规定的外形，须在施工时设置一定数值的预拱度。
　　在确定预拱度时主要考虑了下列因素：卸架后箱梁本身及活载一半所产生的竖向挠度；支架在荷载作用下的弹性压缩；支架在荷载作用下的非弹性变形，支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷；由温度变化而引起的挠度；由砼徐变引起的徐变挠度对梁体的挠度影响。
　　现浇箱梁上部构造预拱度计算公式如下：
　　δ=δ1+δ2+δ3+δ4+δ5
　　δ—跨中预拱度值；
　　δ1—支架卸载后由上部构造自重及活载一半产生的竖向挠度；
　　δ2—支架在荷载作用下的弹性压缩；
　　δ3—支架在荷载作用下的非弹性压缩；
　　δ4—支架基底在荷载作用#p#副标题#e#下的非弹性沉陷；
　　δ5—由混凝土收缩、温度变化引起的挠度；
　　通过对右幅第十跨及第七跨的支架弹性变形及塑性变形的数据观测，为使箱梁在卸架后能满意地获得设计规定的外形，我们在箱梁施工时设置1cm的预拱度。箱梁在浇注后及张拉后，对其梁顶标高按照检测频率进行了实测，数据满足设计±1cm要求。
　　九、综合效益分析
　　（一）经济分析
　　鉴于本标段地质状况差，砂土液化现象严重，为提高地基承载力，最初的施工方案是：先对软土地基掺入水泥或石灰进行土壤改良，然后再填筑0.8m砖渣，最后进行0.2m砼硬化。现在通过对预压的结果分析，完全没有必要对软土地基进行土壤改良，就能够满足施工安全的需求。通过对现在的地基处理方案与原方案相比较，大约能节省费用20万元。
　　（二）安全、质量分析
　　采用此地基处理方法，能够保证箱梁施工的安全性，能够确保箱梁的施工质量。
　　（三）进度分析
　　此地基处理方法简单易行，施工快捷、方便，有利于缩短施工工期。
　　十、结语
　　经过地基处理和支架搭设后，并对其支架都进行预压。从现场测的数据与我们计算的数据基本吻合，从混凝土浇筑前后的沉降观测来看，预压过的地基沉降量只有3mm左右，与我们计算的结果一致。按此方案施工既保证了结构的稳定性、安全性和质量，又节约了成本，提高了工程进度，因此该地基处理方案是非常可行的，在同行业相似的地基处理上该方案是可以被推广。