连续梁现浇支架软基处治方案比选

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joy2000
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  摘要:本桥为全线工期控制节点工程,工程数量大、地质情况复杂、工期紧张。因此在软弱地基情况下如何选择合理可行的软基处治方案及现浇支架搭设方案是本工程的重点研究课题。本文结合工程实际情况对软基处治和支架搭设方案进行了科学的分析比选,较为详细的阐述了克服软弱地基搭设现浇支架的方式方法。
  关键词:支架,软基 , 方案 , 比选
  Abstract: the bridge for the duration control all nodes engineering, engineering amount, complex geological period, nervous. So in the soft foundation case how to select the reasonable and feasible soft foundation treatment plan and cast-in-place support build-up plan of this project is the key research projects. Combining with the actual engineering situation of soft foundation treatment and support build-up plan a scientific analysis than the election, more detailed expounds the weak foundation overcome set and the methods of cast-in-situ stents.
  Keywords: stents, soft foundation, plan, than the election
  
  
  中图分类号:S605+.2 文献标识码:A 文章编号
  1概述
  1.1工程概况
  巴中西互通立交位于广巴高速公路巴中境内,由1座主线桥和4座匝道桥组成。桥长591m,上部结构采用23×25m预应力砼现浇连续箱梁.匝道桥分为A、B、C、D等四座,全长599m,单向匝道宽度8.5m,双向匝道宽度15.5m。
  1.2地质情况
  互通立交范围内的地层代号为Q4el+dl;区内多数地层0~0.5m为耕植土,灰褐色可塑,夹杂植物根;0.5~4m为粉土,红棕色可塑~软塑,灰褐色。4.0~5.4m灰褐色可塑~流塑粘土,最深处13m才见基岩。根据设计院提供的地质资料表明,互通立交范围内的地质容许承载力一般为0~1.00m内为[σ0]=0.09Mpa,1.00~3.00m内为[σ0]=0.13Mpa,3.00~5.00m内为[σ0]=0.08Mpa,6.45m处的[σ0]=0.24Mpa(探点编号:SJ50探点位置:K142+760左62m)。
  2地基承载力分析
  支架以A匝道进行计算,A匝道桥面宽15.5m。拟采用传统φ48×3.5mm碗扣式满堂支架。支架立柱纵横向布置采用0.9m×0.9m,竖向步距采用0.6m。剪刀撑纵向每7排设置一道,横向每5排设置一道。
  2.1荷载计算
  混凝土容重取:26KN/m3,则:梁体混凝土荷载Q1=1.6m×26KN/m3=41.6 KN/m2;施工荷载Q2=4 KN/m2;模型荷载Q3=1KN/m2。支架平均高度12m,φ48×3.5mm钢管3.84kg/m即0.038KN/m。则:
  支架自重:Q4 =[(12m×4+0.9m×2×4×12m/0.6m)×0.038 KN/m]/(0.9m×0.9m)=9KN/m2;不计入风荷载,则荷载总值:N=1.2∑NGk+1.4∑Nak=1.2×(41.6 KN/m2+1 KN/m2+9 KN/m2)+1.4×4 KN/m2=67.52 KN/m2;则单根钢管立柱受力:F=67.52 KN/m2×0.9m×11.2m/12根=56.72KN。
  2.2地基承載力计算
  立柱下垫20cm×20cm混凝土预制块,沙砾层厚20cm。压力扩散角取30°则有效承压面积s=(2tan30°×0.2+0.2)2=0.2 m2;P=F/s=56.72KN /0.2 m2=283.6Kpa。即要求地基承载力大于等于0.28Mpa才能满足现浇梁支架施工要求。为确保安全可靠,要求达到0.3Mpa以上。
  施工区域地基0-3m深内地基容许承载力值低于0.13Mpa,;3-5m内地基容许承载力约为0.08Mpa,;6-8m内地基容许承载力约0.2Mpa;部分区域7m以下地基容许承载力才能达到0.1-0.15Mpa。该地质条件远达不到支架铺设地基承载力要求。因此在支架铺设前必须对软弱基础采取处治措施。
  3软基处治方案分析
  3.1换填法软基处治
  挖除不良土质,对其进行换填砂砾石处理。对换填处理后的地基承载力进行计算:设沙砾层铺填厚度为h;砂砾层顶面荷载应力σ1;压力扩散角θ(取θ=30°);砂砾层自重应力σz;下层软土地基容许承载力[σH];支架下垫板宽度b,长度l,则:该处地基附加应力σh =blσ1/[(b+2htanθ) (l+2htanθ)]=0.9×0.9×0.3/[(0.9+2×h×tan30°) (l+2×h×30°)]=0.243/(0.9+1.155h)2;砂砾层自重应力σz =γzh = 0.018h (砂砾石容重取1800kg/m3)。
  则下层软土地基容许承载力[σH]应满足:K[σH]≥σh+σz ,K为地基承载力调整系数,查计算手册取K=0.5。即:[σH]≥[0.243/(0.9+1.155h)2+0.018h]/0.5,由此可知:
  当h=0.5m时:[σH]≥0.24Mpa;当h=1m时:[σH]≥0.15Mpa;当h=2m时:[σH]≥0.12Mpa; 当h=3m时:[σH]≥0.13Mpa;当h=4m时:[σH]≥0.16Mpa;当h=5m时:[σH]≥0.19Mpa;当h=6m时:[σH]≥0.22Mpa•••••以此类推。
  部分施工区域7m以下地基容许承载力才能达到0.1-0.15Mpa。若采用换填处理法,则换填深度需达7m以上。由此可见换填法处理软基,换填方量之大、施工周期之长。故此法加固软基是不具有可行性的。因此必须考虑其他软基加固方法。
  3.2碎石桩加固软基
  碎石桩按正方形布置,软基面积等效圆直径为桩身直径的1.13倍。则面积置换率m=d2/de2=0.78。碎石桩直径通常为30-80cm,本工程软基土质均为饱和粘性土,土体含水量为24%-48%,饱和度为90-100%,则需要采用较大桩径的碎石桩,取碎石桩桩径为0.8m。
  碎石桩间距S=1.08 ;Ae=Ap/m 式中:Ae—为单根碎石桩承担处理的地基面积Ap—为碎石桩截面积;m—面积置换率。则:S=1.08 =1.09m
  经试算,碎石桩桩径0.8m,布置间距1m。桩径较大且间距较小,不宜采用。碎石桩桩长除应满足处理后地基变形量不超过允许值外还应满足软弱下卧层承载力的要求,故将碎石桩平均桩长设计为7m。初步计算处理深软基区域碎石桩方量为71435m3。再者本桥软基区域面积大,故碎石桩施工工程量将非常巨大且施工周期非常长。同时碎石桩需要较长的沉降稳定时间,致使施工周期进一步延长。这无法满足本桥施工要求。
  3.3粉喷桩加固软基
  粉喷桩施工完成后,在复合地基上铺设20cm厚碎石垫层,再在垫层上放置20cm×20cm预制混凝土垫块作为支架基础。计算软基深度为10m,设计桩径50cm(掺灰50kg/m),桩长以桩端伸入持力层0.5m为准,即设计桩长为10.5m,处理宽度均比设计桥宽两侧各宽2m。根据单桩承载力特征值计算公式:
  
  式中: —单桩竖向承载力特征值(KN); —桩周长(m); —桩间第i层土的摩阻力特征值; —桩长范围内第i层土的厚度(m); —桩端天然地基土的承载力折减系数; —桩端地基土未经修正的承载力特征值(Kpa); —桩截面面积(m2)。
  查阅相关资料,土层摩阻力特征值 对淤泥取4—7Kpa;对淤泥质土可取6—12Kpa;对软塑状粘性土可取10—15Kpa;对可塑状粘土取12—18Kpa。对于本计算区,第一层取15Kpa;第二层取12Kpa;第三层取15Kpa。 的取值范围为0.4—0.6,承载力高时取低值,本计算取0.4。按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)的有关规定取 =400Kpa。则有:
   = ×0.5=1.57m; =15Kpa、12Kpa、15Kpa; =3m、5m、2m; =0.4; =400Kpa; = ×0.25×0.25=0.2m2。代入上式: =1.57×(15×3+12×5+15×2)+0.4×400×0.2 =243.95KN。據计算,要求处理后的复合地基承载力达到0.3Mpa。由复合地基承载力计算公式:
  
  式中: —复合地基承载力特征值(Kpa);m—面积置换率; —桩间土承载力折减系数; —处理后桩间土承载力特征值。
  复合地基承载力特征值 =300Kpa;本计算区桩端为强风化岩层,其承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值且差值较大,故 取值0.1—0.4,此处取0.2;处理后桩间土承载力特征值 取天然地基侧阻力特征值110Kpa。则有:300=m×243.95/0.2+0.2×(1-m)×110得:m=0.23。当桩正方形布置时: ; 式中:d—桩径; —等效圆直径;s—桩间距。即:0.23=0.52/ 2得: =1.04m ; =1.13s得:s=0.92m
  由此可见,粉喷桩设计桩径为50cm且处理后复合地基要达到0.3Mpa的承载力要求,则桩布置间距取值为1m。
  由此A匝道一孔桥布置总桩数为: 式中:A—地基加固的面积(m2) 即:n=[0.23×(15.5+2+2)×25]/0.2=560.6。
  可知A匝道一孔桥粉喷桩数量为560根。则A匝道全桥需2240根,总长度23520m;B匝道560根,总长度2520m;C匝道3920根,总长度31080m;D匝道3920根,总长度29400m;主线桥20160根,总长度211680m。全桥合计:粉喷桩数量为30800根;总长度298200m。
  3.4打入钢管桩基础
  直接在软基区域原地面打入钢管桩,以钢管桩作为支架搭设基础。钢管桩施工完成后采取逐根加载预压的方法对其进行承载力检验并消除沉降。预压时在桩上预先作好测量标志,加载后观测并记录沉降数据。当沉降稳定并在预压4小时内无变化后结束预压。由此可100%保证每一根钢管桩达到承载力要求,同时可完全消除沉降。
  综上所述,四种软基处理方案中,方案一、二已基本不具有可行性。那么现浇梁施工方案可采用:1、粉喷桩加固软基后搭设满堂支架浇筑现浇梁。2、打入钢管桩搭设大钢管型钢支架浇筑现浇梁。
  4方案对比分析
  4.1粉喷桩施工后搭设满堂支架
  通过以上计算预计粉喷桩工程数量约为298200m。可见本工程中粉喷桩复合地基施工工程量巨大。按桩长10m计,一台钻机一天最多能完成100根粉喷桩,一孔桥粉喷桩施工需要约6天时间,则一联现浇梁粉喷桩施工时间约需要近40天,并且水泥和土的硬凝反应时间约需三个月才能充分完成,也就是说经过90d才能达到设计的标准强度,可见粉喷桩加固软土地基的周期相当长。
  本桥净空高度多在15m以上,最高达20-23m。通过支架稳定性计算及桥面宽度要求将支架高宽比控制在1.2-1.4。净空高度20m以上区域支架还应做适当的加宽处理。由此满堂支架将是一个庞大的体系。由施工误差、偶然荷载、人为因素及不可预见因素引起的支架局部失稳的可能性将大大增加。因此每一层杆件拼装都必须进行严格的排查工作以确保支架结构拼装的准确性。此搭设工程量浩大,施工周期长,材料周转困难。
  可见本桥现浇梁体大,净空高度高,满堂支架搭设工程数量大,施工周期长,材料周转困难且支架预压困难。因此该方案存在着极大的安全质量隐患,同时也无法满足工期要求,故可实施性低。
  4.1打入钢管桩搭设大钢管型钢支架
  该方案在软基处理上采用直接打入钢管桩的方法。钢管桩打入后,对其进行逐桩预压。预压完成齐平切割桩头并焊接钢板法兰盘作为支架基础。再在法兰盘上拼装大钢管型钢支架。钢管桩预压采用计算单桩最大荷载的1.2倍进行。以达到完全消除形变和沉降的目的,确保其安全可靠。同时钢管桩施工简便快捷,周期短。打入地下深度较深,结构上可视为多约束固定端。因此在力学性能上既能满足承载力要求又能承受弯矩,起到抗倾覆的作用。
  钢管支架立柱采用φ377×δ10mm螺旋管,管端焊δ20mm法兰盘和三角加强钢板;钢管侧面焊接δ12mm厚支撑连接板,钢管间用角钢支撑连接,横撑及斜撑采用单根75×75×8mm等边角钢。完全将其加工成3m和6m高度的标件。钢管立柱之间,立柱与桩基之间均通过法兰盘以高强螺栓连接。
  由此可见,整个支架体系完全是刚性连接。结构受力明确,稳定性强,安全性高。支架搭设完成后只需控制好高程,无需再对支架进行预压。同时支架立柱及杆件均为标准件,数量少拆装方便快捷。施工周期较短,周转迅速,效率高。故该方案可实施性较高。
  5结束语
  在桥梁施工中,搭设现浇支架首先应当充分掌握施工区域内的地质情况。针对软弱地基的处治方案的选择,须充分考虑现场施工条件、技术力量、资源以及安全、进度、工期等各项综合因素的制约。在本工程中对比两个可行方案之后,决定采用结构稳定性高、安全可靠、施工便捷的打入钢管桩搭设钢管型钢支架的施工方案。
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