山区跨沟桥梁回填地基沉降对满堂支架稳定性影响分析

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑 山区跨沟桥梁回填地基沉降对满堂支架稳定性影响分析 梁洪永 邓涛 简波 李镇 龚洪苇 周越良 【摘 要】山区跨沟桥梁支架现浇施工时，采用回填地基作为支架基础，为研究地基不均匀沉降对支架稳定性的影响，文章以山区某半徑为60 m的小半径曲线现浇箱梁桥为工程背景，采用Midas/Civil软件建立满堂支架有限元模型，探讨受地基不均匀沉降引起的六种支架脱空工况下支架支撑体系受力特性及稳定性的变化规律。结果说明：随着地基不均匀沉降引起满堂支架与地基脱空范围的增大，立杆最大反力和位移以及各构件最大组合应力均相应增大，满堂支架整体稳定性随之减小。据此提出了回填地基上保证支

2、架稳定的措施建议，可为今后类似山区跨沟桥梁工程施工提供参考和借鉴。 【关键词】跨沟桥梁; 地基沉降; 满堂支架; 支架脱空; 稳定性 支架现浇是马路桥梁施工常用的施工方法，山区桥梁现浇施工受山区地形地势的影响需要用回填地基作为支架的基础，但回填地基沉降会影响支架稳定性给施工安全带来隐患。在施工过程中，由于降雨入渗等因素的影响，地基局部区域会产生了较大的不均匀沉降，受此影响，地基表面混凝土层发生了断裂导致支架与地基脱空，见图1。 建筑施工支架作为现浇混凝土结构施工的重要承载部件和施工作业平台，承受着各类施工荷载1，其受力特点及稳定性受到模板、次分派梁、主分派梁、水平杆、立杆及剪刀撑等各组成构件力

3、学与几何特性的影响2-3，且与地基承载力密切相关4-7，而支架结构的稳定性及地基承载能力直接影响工程的施工安全和工程质量。因此，在实际工程中针对不同影响因素对支架支撑体系进行整体稳定性分析及评价显得尤为重要。 针对支架支撑体系的稳定性，一直是国内外研究人员所关注的关键问题，多年来众多学者通过大量的理论计算及试验分析对支架进行了稳定性分析8-12，研究成果较为丰富成熟。但在工程施工过程中，由于地基处理不当或者水害问题导致地基沉降甚至与支架产生脱空现象，对支架支撑体系稳定承载能力有很大影响。对此，刘海阔13通过对满堂支架在不同地基沉降工况下稳定性进行分析，发现地基沉降对于支架支撑体系的稳定承载力有

4、很大的影响，在施工过程中应当严格操纵支架支撑体系的地基沉降，防止支撑体系底部脱空;顾芳14利用有限元软件，建立了满堂脚手架体系模型，计算分析了沉降量大小对模板支架内力的影响。 综上所述，地基沉降对于支架支撑体系稳定性的影响少有研究，而微小的变形都会敏感反映在结构的受力特性上，因此，地基沉降对支架受力特性及稳定性的影响是一个值得研究的问题，也是保证支架支撑体系施工安全性的关键。本文以山区某跨沟现浇箱梁桥为工程背景，研究由于地基不均匀沉降引起的支架不同脱空范围对满堂支架支撑体系稳定性的影响，为此类工程施工提供参考。 1 工程概况 山区某跨沟桥上部结构采用420 m钢筋混凝土现浇箱梁，如图2，下部结

5、构桥台采用U型实体台，桥墩采用双柱式墩，基础墩台均采用灌注桩基础，见图3。桥址区属中山地貌，地形起伏大，桥梁跨越小规模支沟，沟两岸为斜坡地形，地面坡度约35，坡体表面为厚约20 m的粉土质砾，岸坡整体稳定。 2 支架设计方案及参数选取 2.1 方案设计 2.1.1 支架模板方案 在施工过程中，选取0#墩与1#墩之间边跨现浇段采用碗扣式钢管满堂支架，根据现行规范15要求，采用公称直径为48 mm碗扣钢管（壁厚3 mm），立杆间距为0.6 m，水平杆步距1.2 m。顶托上安装10 cm10 cm方木，纵向铺设483.0 mm钢管作为背楞，通过铁钉在方木上固定，间距30 cm，底模接头位置与钢管平行

6、放置一根5 cm9 cm的定位长方木条，作为固定胶合板用，模板用铁钉固定在定位木条上，为防止漏浆，模板接缝间贴5 mm厚的双面胶带，如图4所示。 箱梁外模板采用1.5 cm厚定尺胶合模板，侧模每隔20 cm用483.0 mm钢管做背楞。安装时，以外侧模底脚外包并紧贴底板模外侧，满堂支架翼板底模顶面标高仍采用可调托撑进行调理。 内模包括肋板内侧模、顶板底模和底板内模。内模采用可拆除的活动木模，面板采用1.5 cm厚的胶合板，背楞采用483.0 mm钢管，间距为20 cm。采用10 cm10 cm的方木作为背檩，内侧模与外侧模背檩之间，设置PVC管穿心拉压杆，确保肋墙厚度且不得胀模。顶板底模采用8

7、 cm10 cm的方木或钢管做立杆支撑，在立杆或钢管下面，垫木楔作为调整标高和脱模用，如图5所示。 2.1.2 地基处理 在支架基础位置，采用装载机和人工清除表面的杂草和浮土，对柔弱基础或含水量大不易落实的基础，采用合格的填料进行换填，换填深度应不小于80 cm;土方地基用压路机进行碾压密实。要求处理过的地基承载力不小于200 kPa。在夯实后的土地基上，土方地基铺一层不小于30 cm厚级配良好的石渣或者碎石土作为垫层基础，采用人工摊铺平整，并用18 t压路机碾压密实。对距立柱较近和原来立柱开挖基坑位置，采用人工进行夯实，石渣层摊铺宽度超出箱梁翼缘板100 cm，且纵向超出盖梁50 cm。在夯

8、实后的碎石土层顶面满浇20 cm厚C20混凝土，浇筑宽度超过翼缘板80 cm。 2.2 根本参数 2.2.1 材料参数 所用材料根本力学参数如表1所示。 2.2.2 荷载取值 本次建模均以面荷载方式加载，经计算，腹板荷载为39 kN/m2，翼缘板荷载为5.211.7 kN/m2线性递增，顶、底板荷载为17.4 kN/m2均衡布置，为建模便利，支架水平直线布设;模板自重软件自动计算，人员、机具荷载及混凝土冲击荷载按2.5 kN/m2考虑。荷载临界系数取4.0，静载的安全系数取1.2，活载的安全系数取1.4。 3 满堂支架稳定性分析评价 3.1 计算工况 根据文献16-18可知，地基沉降量与回填土

9、厚度成正相关，当回填土厚度不同时，回填地基沉降量与支架脱空范围也相应不同。在实际工程中，现场状况繁杂难以细致测定，为简化模型，定义满堂支架支撑体系的不均匀沉降工况如下（图6）： 工况一：回填地基未产生不均匀沉降; 工况二：回填地基靠近桥墩处3 %范围内产生不均匀沉降，导致一排支架发生脱空; 工况三：回填地基靠近桥墩处6 %范围内产生不均匀沉降，导致两排支架发生脱空; 工况四：回填地基靠近桥墩处9 %范围内产生不均匀沉降，导致三排支架发生脱空; 工况五：回填地基靠近桥墩处12 %范围内产生不均匀沉降，导致四排支架发生脱空; 工况六：回填地基靠近桥墩处15 %范围内产生不均匀沉降，导致五排支架发生

10、脱空。 3.2 建模计算分析 本文根据支架搭设方案，采用有限元软件Midas/Civil满堂支架支撑体系地基沉降计算模型，模板采用板单元，其他杆件采用梁单元，共计11 489个节点，17 368个单元，计算模型如图7所示。 3.3 满堂支架整体稳定性分析评价 满堂支架支撑体系在六种工况下计算分析结果如表2、图8所示。 由表2、图8（a）可知，随着支架与地基脱空范围的增大，立杆最大反力呈指数性增长，且最大反力出现位置向满堂支架脱空处靠近，这是由于支架脱空之后，靠近桥墩处由连续结构变成了悬臂结构，导致靠近悬臂段的支座相对需要分派更多的荷载;如图8（b）、图8（c）所示，立杆最大位移及立杆、主分派梁

11、、次分派梁的最大组合应力脱空一排与未脱空时几乎无变化，说明当脱空范围很小时，对各杆件的应力影响较小，之后随着脱空范围的增大呈线性增大变化，脱空范围达到一定程度，各杆件应力开始相继大于其容许强度，发生破坏，但面板最大组合应力并未随着支架与地基脱空发生明显变化;由图8（d）可见，满堂支架的稳定性随着脱空范围增大而减小，其数值近似呈线性关系，当脱空范围达到四排时，其稳定性系数小于4，开始不满足设计要求。 4 工程问题解决措施建议 当在施工过程中，已经出现或需预防出现地基产生较大不均匀沉降甚至支架脱空现象，可以采取以下措施进行解决： 4.1 回填土地基沉降预防及处理 短期出现地基沉降的影响因素有好多，

12、例如土的密实度不够、回填土填料质量不合要求、降雨入渗等。针对这些理由，可在施工时选择质量良好的填土材料，并采取合理物理及化学方法增大土的密实度。当在雨季施工时，应做好排水措施，例如在建筑物周边设置排水沟，防止雨水入渗。 4.2 采用可调理支架 前文已分析到支架脱空会导致靠近脱空区域的立杆相应分派更多的荷载，这对结构稳定性是极为不利的。对此，可采用可调理支架，使脱空区域的立杆与地基重新接触受力分派荷载，加强支架的稳定性。 4.3 支架与地基的实时监控量测 在工程施工中，有些结构变化缓慢，仅靠人眼及个人阅历难以觉察判断，当发现问题时，已经造成事故或者错过了最好的解决时机，因此，及时了解工程实际状况就显得尤为重要。在施工现场合理安装支架与地基的实时监控量测装置，可有效地向负责人及施工人员反应现场状况，及时解决工程问题，保证了施工质量与安全。 5 结论 （1）在施工过程中，由于降雨入渗的影响，地基局部区域产生了较大的不均匀沉降，甚至地基上部混凝土层发生了断裂导致出现了支架与地基脱空的现象。 （2）随着满堂支架与地基脱空范围的增大，立杆的最大反力和位移以及各构件的最大组合应力均相应增大，但面板