中小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆支架設計指南

1、中、小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆支架拱架設計指南1前言拱橋在橋梁設計中應用廣泛,鋼筋混凝土拱橋主要適用于中、小跨徑的橋梁,拱橋的主要受力結構是主拱圈,在豎向荷載作用下,主拱圈主要承受軸向壓力,但也承受彎剪,拱座支承反力不僅有豎向反力,也承受較大的水平推力.中、小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆,需要搭設支架拱架,進行澆注施工,具體作法是：在支架拱架上立模、綁扎鋼筋、澆注混凝土拱圈.2支架拱架材料分類及有關資料支架拱架的種類很多,按結構形式可以分為：滿堂式、排架式、撐架式、扇形式、桁架式、組合式、疊桁式、斜拉式等,其常用材料有木材、萬能桿件、貝雷梁、扣件式鋼管腳手架、碗扣支架、門式支架、型鋼組合桁架.3各型支

2、架適用范圍滿堂式支架主要采用扣件式鋼管腳手架或碗扣支架,鋼管直徑一般為48mm,壁厚為3.5mm.滿堂式支架對地基處理的要求比擬高,原地面要求地形地勢相比照擬平整,適合旱橋施工.排架式、撐架式、桁架式主要采用木材、萬能桿件、門式支架、型鋼組合桁架結構,這些方式支座不采用滿堂布置,支架支點較少,支點數(shù)量和距離根據(jù)實際跨度和計算后得出.跨河、跨較小的山溝都可以采用這些支架方式.扇形式只在拱兩端支座位置有兩個支點,桁架采用貝雷梁、拼裝梁或型鋼連接成拱弧線形狀.這種支架和主拱圈一樣,主要承受軸向壓力,同時承受彎剪.跨深溝,地形條件比擬差的拱橋比擬適合用這種支架.斜拉式貝雷梁拱架一般應用在幾跨連續(xù)施工的

3、情況,在距邊墩一定距離處設置臨時墩,在中間墩墩頂各設一個塔柱,塔柱頂端伸出斜拉桿拉住貝雷梁,貝雷梁上設拱盔,形成幾孔連續(xù)斜拉式貝雷梁拱架結構.其主要構件均由常備式貝雷桁架、支撐架、增強弦桿等組成,結構構件處理方便.由于整體拱架體系柔性多變,施工中應嚴格掌握和限制對稱加載及塔柱、平梁的撓度變形,限制平梁、斜拉桿、塔柱的受力不得超過容許值.組合式、疊桁式主要是支架組合的多樣性,根據(jù)計算受力的需要,支架由不同類型的桁架組成.4支架拱架結構設計支架拱架設計的原那么為：必須使支架拱架上部接近合理拱軸線,能承受施工過程中產生的豎向力與水平力,保證支架拱架的穩(wěn)定,盡量減少非彈性壓縮,注意對局部受力不利桿件進

4、行加固.假設某大橋為現(xiàn)澆混凝土箱拱橋,根據(jù)不同地形條件,采用不同支架拱架形式進行現(xiàn)澆施工.4.1 支架拱架受力分析箱形截面拱圈一般采用分環(huán)、分段進行澆注施工,分環(huán)的方法一般是分成二環(huán)或三環(huán).分二環(huán)時,先分段澆注底板第一環(huán),然后分段澆注腹板、橫隔板和頂板第二環(huán).分三環(huán)時,先分段澆注底板第一環(huán),然后分段澆注腹板、橫隔板第二環(huán),最后分段澆注頂板第三環(huán).各段間預留隔縫長度一般為50100cm,等每一環(huán)各分段澆注完后,混凝土強度到達70%設計強度后澆注隔縫.主拱圈荷載及施工荷載通過模板、/木傳至支架拱架,支架拱架在施工過程中承受豎向力與水平力.在底板合攏后混凝土到達強度之前,底板的荷載主要由支架承當,當

5、混凝土到達設計強度之后,澆注腹板、橫隔板及頂板時,荷載由支架拱架承當之外,拱底板也承當一局部重量.4.2 支架拱架材料選用根據(jù)主拱的荷載和工程位置、條件、供料來源,選用適宜的材料作為支架拱架用材.4.3 支架拱架結構設計和受力檢算4.3.1 支架結構設計和受力檢算1采用滿堂式碗扣支架：在處理好的地基上,根據(jù)梁頂與拱圈內弧之間的高度,布置碗扣支架.立桿的縱橫向間距和橫桿豎向步距經檢算后確定.每根立桿底部設置墊座,頂端安裝可調天托,根據(jù)高度選取30cm或60cm天托,可調天托起到精確調整標高和卸架的作用.天托頂部放置橫向楊木和縱向梳形木連成一體,楊木上鋪設組合鋼模板或木模板,形成底模和施工平臺.碗

6、扣支架應嚴格根據(jù)?建筑施工碗扣式腳手架平安技術標準?規(guī)定布設.1施工荷載分析：根據(jù)各自工程實際情況修正各參數(shù)主拱圈混凝土荷載：容重25kN/m3,拱圈厚度為h,g125hkN/m2；模板荷載：取g22.0kN/m2；2施工何載：取g34.0kN/m；2振搗沖擊荷載：取g43.0kN/m；2碗扣支架自重：g53.0kN/m；2模板及楊木檢算：采用5cm厚木板作底模模板,上層楊木間距為11,下層楊木間距12根據(jù)碗扣支架間距確定.模板檢算：按均布荷載五跨連續(xù)梁計算：取1mm寬度計算抗彎強度:抗剪強度:q(g1g2g3g,)1mm13V(3)撓度檢算：fk3ql4fl100EI400式中：2M所受最大

7、彎矩,Mkiqli,ki0.105；W木板的抗彎模量；、分別為木板容許抗彎強度和抗剪強度；V所求得的最大剪力,Vkzqli,k20.606,k30.664；A1mm寬的木板截面積；E、I分別為木板的彈性模量和慣性矩.上層楊木：上層楊木間距為li,下層楊木間距l(xiāng)2根據(jù)碗扣支架間距確定；按均布荷載三跨連續(xù)梁計算：荷載：(4)q(gig2g3g4)li抗彎強度:抗剪強度:撓度檢算:3V2Afk3ql4fl100EI500(5)(6)(7)(8)式中：2_M所受最大彎矩,Mkql2,ki0.10；W楊木的抗彎模量；、分別為楊木容許抗彎強度和抗剪強度；V所受在大剪力,Vkzqlz,k20.60,k30.

8、677；A楊木的截面積；E、I分別為楊木的彈性模量和慣性矩.下層楊木：下層楊木間距12根據(jù)碗扣支架間距確定.下層楊木荷載qgig2g3g?I2,計算方法同上.3立桿計算：立桿荷載：qgig2g3g4表i立桿設計荷載橫桿豎向步距cm框架立桿容許荷載PmaxkN/根16040212030318025424020abPmax式中：a、b立桿的縱橫向間距.立桿穩(wěn)定性計算：組合風載時：MW205N/mm2AW(9)(10)(11)式中：N計算立桿段的軸向設計值,N1.2NGk0.851.4NQk;Ng1k模板及支架自重、新澆混凝土自重與鋼筋自重標準值產生的軸向力總和;NQk施工人員及施工設備荷載標準值、

9、振搗混凝土時產生的荷載標準值產生的軸向力Qk總和；軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù),應根據(jù)長細比由?建筑施工扣件式鋼管腳手架平安技術標準?P50頁附錄C表C取值,當250時,7320/2；長細比,;ilo計算長度,loh2a；h立桿步距；a模板支架立桿伸出頂層橫向水平桿中央線至模板支撐點的長度；i鋼管截面回轉半徑；A立桿的截面面積；W立桿截面模量；Mw計算立桿段由風荷載設計值產生的彎矩：_.2Mw0.851.4Mwk100.851.4wklahWk風荷載標準值,Wk0.7zsWo；z風壓高度變化系數(shù),按現(xiàn)行國家標準?建筑結構荷載標準?GBJ9規(guī)定采用；s支架風荷載體型系數(shù),桁架s0.4;Wo根本風壓kN

10、/m2,按現(xiàn)行國家標準?建筑結構荷載標準?GBJ9規(guī)定采用;4碗扣支架施工考前須知：支架立桿接長縫應錯開,使立桿接長縫不在同一水平面上,保證支架整體強度.拼裝時隨時檢查橫桿水平和立桿垂直度,注意水平橫桿的直角度,預防支架偏扭.立桿垂直度偏差小于0.5%,頂部絕對偏差小于0.1m.注意剪刀撐的設置,提升碗扣支架的整體穩(wěn)定性.剪刀撐不能隨意撤除,實有必要暫時撤除時,必須嚴格限制同時撤除的根數(shù),并及時裝上且應先裝后拆.高層支架的低層框架不允許撤除.靠近拱座的碗扣支架,應注意連墻撐的設置,提升支架的縱向穩(wěn)定性.支架頂天托和底座的自由長度,應根據(jù)設計計算確定,超過計算長度的應加設縱橫桿,預防碗扣支架失穩(wěn)

11、.支架應設置人行梯,方便施工中人員走行.2采用萬能桿件、貝雷梁組拼見圖3支架采用萬能桿件和貝雷梁作為主要構件,主要由多片平面主桁通過聯(lián)結系組成空間結構.平面主桁相互平行,其間距按拱圈寬度均勻受力來布置.為支架上部接近拱弧線,在萬能桿件頂采用異形桿件進行拼接.整個支架立于混凝土或片石混凝土臨時墩上,根本采用梁柱式結構.支墩可以采用鐵路五六式軍用墩,其布置方式為2X5柱,根據(jù)位置不同其高度也不同,頂端因支承位置不同略有變化.拱腳在一定范圍內采用萬能桿件直接組立,并與梁柱式結構聯(lián)結,形成一體使支架共同受力.貝雷梁上弦桿之間及連接處均設有支撐架,通過在貝雷梁連接處設置斜撐及下部弦桿處設置抗風拉桿來增強

12、支架橫向穩(wěn)定性,但由于對與對之間凈距較小,故抗風拉桿的截面尺寸需增大以保證支架橫向的穩(wěn)定性.圖3萬能桿件、貝雷梁組拼示意圖為全面準確掌握了解結構的內力和變形情況,采用全部支架為計算模型進行受力分析.1施工荷載分析：根據(jù)各自工程實際情況修正各參數(shù)主拱圈混凝土荷載：容重25kN/m3,g1；2模板荷載：取g22.0kN/m；2施工何載：取g34.0kN/m；振搗沖擊荷載：取g43.0kN/m2風壓：g4,根據(jù)高度確定：2桿件支架容許應力和容許內力：萬能桿件：考慮到支架施工的實際情況,萬能桿件的容許應力值取170MPa.經初步計算,萬能桿件截面及容許應力見表2.表2萬能桿件容許應力和容許內力桿件型號

13、名稱截面組成mm毛截面面積cm2凈截面面積cm2回轉半徑自由長度cm長細比縱向彎曲系數(shù)容許應力MPa容許拉力kN容許壓力kNN2立柱4/120X120X1093.274.55.3120037.70.8821701267-1398N3斜桿2/10075X1033.427.83.1428390.10.582170473-331N4橫桿2Z7575X823.017.42.8820069.40.716170296-280貝雷梁：貝雷梁桿件截面及容許拉應力見表3.本文將貝雷拱架桿件的容許拉應力值取為1.3210=273MPa,考慮到壓桿的縱向彎曲系數(shù)折減,容許壓應力取為210MPa.表3貝雷拱架桿件的容

14、許應力構件材料斷面型式容許拉應力MPa容許壓應力MPa弦桿16Mn10273210豎桿16MnI8273210斜桿16MnI8273210支撐架16Mnnrl273210斜撐16Mn110273210抗風拉桿16Mn圓形273210增強豎桿16Mn工字形2732103施工階段劃分：根據(jù)拱橋設計要求主拱圈混凝土分環(huán)分段澆注,分環(huán)按三環(huán)考慮,分別為底板環(huán)、腹板環(huán)含橫隔板和頂板環(huán).每一環(huán)的分段方式見圖4,圖中1、2、3、4表示澆注順序,只示出半跨,另外半跨對稱澆注.每一環(huán)的澆注都分為10段,段間預留間隔槽,間隔槽沿拱弧的長度取50cm,每一環(huán)合攏后,再澆注下一環(huán).表4施工階段劃分施工階段施工內容1支

15、架、模板等形成,澆注主拱圈節(jié)段12澆注主拱圈節(jié)段23澆注主拱圈節(jié)段34澆注主拱圈節(jié)段4圖4拱圈分段示意圖ri(4)萬能桿件支架整體檢算:根據(jù)萬能桿件方案計算模型(見圖5、圖6、圖7),采用大型有限元分析軟件MIDAS建立萬能桿件支架的空間計算模型.萬能桿件均采用桁架單元模擬,支架桿件與根底、拱座連接端均按固端處理.桿件彈性模量取210GPa,泊松比取0.3.圖5模型空間圖,k-ie4h-anhLM圖6模型立面圖圖7模型側面圖2、表3.各個方根據(jù)模型計算結果進行分析,各桿件內力是否超過桿件的容許內力值見表向變形是否超過允許變形范圍,豎向變形應低于限值L/400,L為萬能桿件支柱之間的距離.假設萬

16、能桿件方案中有局部桿件強度缺乏,截面尺寸偏小,有可能引起整個萬能桿件支架的失穩(wěn).因此在原萬能桿件方案的根底上進行調整,增大強度缺乏的桿件截面,重新建立空間模型采用有限元分析軟件MIDAS進行計算.5萬能桿件支架施工階段檢算：根據(jù)表4中施工階段的劃分,對萬能桿件進行分步檢算,在施工階段1中,支架只承受自重及模板的重量.利用大型有限元分析軟件MIDAS進行空間模型計算,確定桿件內力是否超過桿件的容許內力值見表2、表3,支架穩(wěn)定性和豎向位移,豎向位移應滿足限值L/400,L為萬能桿件支柱之間的距離.依次建模分析施工階段2直至施工階段4,完成對支架的檢算.6計算結論及施工考前須知：隨著混凝土拱底板澆注

17、段的增加,萬能桿件支架的豎向變形逐漸增大,當?shù)装搴蠑n到達強度后,由于底板和支架共同受載,支架變形同上階段相比應該有所減小,隨后在澆注拱腹板和頂板階段,支架變形又會逐漸增大.萬能桿件的柱腳應全部埋入根底中,柱底的桿件間應有斜桿聯(lián)系,萬能桿件與拱座連接的桿件也應有斜桿聯(lián)系；萬能桿件支架頂部的異形桿件應保證與萬能桿件連接可靠,頂部托架桿件在縱向應設置連接桿件.萬能桿件支架的支墩較高,在施工中應設置抗風索.應對萬能桿件支架在澆注混凝土前進行預壓,檢驗支架的承載水平,在施工中注意監(jiān)測支架變形和桿件應力,發(fā)現(xiàn)異常,及時處理.由于貝雷梁對與對之間凈距較小,故抗風拉桿的截面尺寸需增大,采用標準間距的貝雷梁下弦

18、桿間增強橫橋向聯(lián)系,以增強貝雷梁的橫向穩(wěn)定性.在支墩萬能桿件頂部與貝雷梁相接處,應通過抗彎剛度較大的橫向桿件將貝雷梁的力均勻地傳遞到萬能桿件上,盡量減少桿件的局部應力.拱段的澆筑程序應在拱頂兩側對稱進行,以使拱架變形保持均勻和最小.4.3.2 拱架結構設計和受力檢算1采用貝雷梁拼裝拱架見圖8:混凝土箱拱軸線為懸鏈線,為了方便施工放樣及新制弦桿的可操作性及通用性,采用圓弧線做為拱架線型.根據(jù)混凝土箱拱拱弧懸鏈線的兩個拱腳點及拱頂點,可得到一條圓弧線,將這條圓弧線再向下偏移1.18m,得到貝雷梁拱架上層弦桿軸線,即貝雷拱架的設計圓弧線.拱架由雙層增強型桁架組拼而成的貝雷桁片組成,順橋向桁架片以折線

19、形式連接模擬圓曲線,保證每個標準段上弦桿的兩端點都布置在圓弧線上.標準段長度采用9m,由3個桁架單元組成；非標準段在兩個拱腳附近的節(jié)段.折線段間的貝雷上層以特別加工的貝雷短弦桿與貝雷銷連接,中層以雙面、上下的連接板焊接連接,下層以貝雷銷直接連接和焊接相結合,從而構成拱架.橫橋向通過支撐架、聯(lián)板以及上、下橫梁連接成整體.在拱架頂依次布置卸架裝置、弓形木、底模橫梁和底模模板.圖8貝雷梁拼裝拱架1受力檢算：貝雷梁桿件截面及容許拉應力見表3.本文將貝雷拱架桿件的容許拉應力值取為1.3210=273MPa,考慮到壓桿的縱向彎曲系數(shù)折減,容許壓應力取為210MPa.采用有限元分析軟件MIDAS建立貝雷拱架

20、的空間模型計算,貝雷架用空間梁單元模擬,混凝土箱拱底板、拱腳錢架用空間板單元模擬.貝雷拱架計算模型如圖9所示.圖9貝雷拱架計算模型施工荷載和施工階段同4.3.1節(jié).拱架分為兩個局部：一局部是貝雷梁,一局部是新制的拱腳構件,即三角形較架.根據(jù)表4中施工階段的劃分,對貝雷梁拱架進行分步檢算,在每個施工階段中,確定貝雷梁的最大應力是否超過容許應力,拱架的豎向位移應滿足L/400,L為拱架計算跨徑.4.4 支架拱架沿拱軸線變形值并繪制變形圖根據(jù)有限元分析軟件MIDAS計算得出支架拱架的變形值,繪制變形圖.4.5 支架拱架材料用量表見表5、6:表5碗扣式支架材料用量表序號名稱型號材料規(guī)格數(shù)量單重合重1底

21、模板木材或鋼模板2外模板鋼模板3內模板木模4上層枕木木材5下層枕木木材6支承墊木木材7立桿LG-300Q235小48X3.5X30008頂桿DG-90Q235小48X3.5X9009橫桿HG-30Q235小48X3.5X30010橫桿HG-90Q235小48X3.5X90011底座D2-1Q23512立桿可調座D2-2Q235可調范圍30013斜桿Q235小48X3.5X700014回轉扣件Q235表6萬能桿件及貝雷梁支架材料用量表序號名稱型號材料規(guī)格數(shù)量單重合重1立柱N2Q235/120X120X102斜桿N3Q235/100X75X103橫桿N4Q235/75洶5那4弦桿拼接角鋼N6Q23

22、5/100X100X105支承角鋼N7Q235/120X120X106節(jié)點板N8Q235265X10X5107節(jié)點板N12Q235380X10X5908節(jié)點板N18Q2350325X103259墊板N19Q235180X10X22010柱帽或柱靴N21Q235260X16X260Q235240X16X260Q23590X1626011節(jié)點板N22Q2350325X1032512節(jié)點板N26Q2350325X1032513螺帽墊圈N24Q23514螺帽墊圈N25Q23515底模板木材或鋼模板16外模板鋼模板17內模板木模18枕木木材19貝雷梁3米節(jié)段16Mn注：表5、表6中支架的材料數(shù)量僅供參考

23、,實際中材料數(shù)量應根據(jù)方案需要確定.5支架地基檢測與設計5.1 地基承載力檢測首先參照施工設計圖中的水文和地質資料,進行現(xiàn)場核對,采用可靠手段對水深、流速進行實測,對地基土進行檢測.假設原地基檢測不符合計算要求,對原地基進行處理,處理后再一次檢測地基的承載力,直到滿足設計要求.地基承載力檢測方法可以采用輕型觸探試驗.輕型觸探試驗設備主要由探頭、觸探桿、落錘三局部組成.操作過程：落錘距地面50cm,使其自由下落,將探頭垂直打入土層中,記錄每打入土層中0.3m時,所需的錘擊數(shù)No,填入地基標準貫入檢測記錄表中.No經下式修正后,查表7、表8確定地基承載力標準值C0ONoN1.645a,a為修正系數(shù)

24、,當觸探長度L3m時,取a1.0.表7粘性土承載力標準值No152025300(kPa)105145190230表8素填土承載力標準值No15203040o(kPa)851151351605.2 地基承載力計算地基土的承載力通常指地基的承載力設計值,是指在保證地基穩(wěn)定的條件下,地基單位面積上所能承受的最大壓力.地基承載力設計值確實定,一般有以下三種方法：1按?建筑地基根底設計標準?GBJ7-89表格確定地基土承載力設計值地基承載力設計值按下式計算：ffkbb3d0d0.512式中：f地基土承載力設計值kPa,當f1.1fk時,取f1.1fk;fk地基承載力標準值kPa;b、d地基寬度和埋深的承

25、載力修正系數(shù),按基底下持力層土類查?建筑施工計算手冊?P270頁表5-17;r基底以下土的重度,為基底以下土的天然質量密度與重力加速度g的乘積,地下水位以下取有效重度kN/m3;r0基底以上土的加權平均重度,地下水位以下取有效重度kN/m3;b根底底面寬度；當根底寬度小于3m,按3m考慮,大于6m按6m考慮；d根底埋置深度,以天然地面起.2按土的抗剪強度確定地基土承載力設計值通過試驗和統(tǒng)計得到土的抗剪強度指標標準值后,當偏心距e0.033倍根底底面寬度,根據(jù)土的抗剪強度指標可按下式計算地基土的承載力設計值：fvMbbMd0dMcCk13式中：fv由土的抗剪強度確定的地基承載力設計值；Mb、Md

26、、Mc承載力系數(shù),按?建筑施工計算手冊?P271頁表5-18確定；b根底底面寬度m,大于6m按6m考慮；對于砂土小于3m時,按3m考慮；r、r0、d符號意義同上.3按荷載試驗P-S曲線確定地基土承載力設計值1根據(jù)試驗結果,可繪制荷載板地面的壓力P與其相應下沉量S的關系曲線見圖10,從圖10中可得,在荷載作用下地基土的變形過程可分為三個變形階段:直線變形階段：即荷載從0到P0時,荷載與變形之間的關系接近于正比例關系,地基土是穩(wěn)定的；應工仁下7圖10應力-沉降P-S曲線局部剪切階段：當荷載超過P0后,荷載與變形之間的關系為曲線,曲線上各點斜率逐漸增大,如曲線中12段所示,地基土的穩(wěn)定性逐漸降低；完

27、全破壞階段：當荷載繼續(xù)增大到達某一限值,即極限荷載后,沉降量急劇增大,曲線出現(xiàn)陡降,這時地基完全破壞,表示失去穩(wěn)定.2地基土的承載力根本值可根據(jù)P-S曲線的特征按以下確定：當P-S曲線有較明顯的直線段時,可采用直線段的比例界限點所對應的荷載值P.作為地基土的承載力根本值；當極限荷載能確定,該值小于對應比例界限的荷載值的1.5倍時,可取荷載極限值的一半；當P-S曲線沒有明顯直線段時,對中、高壓縮性土宜采用相對沉降量s/b=0.02所對應的荷載值P0.02;對低壓縮性土和砂土可米用s/b=0.010.015所對應的荷載值,作為地基土的承載力根本值；當P-S曲線上的比例界限點出現(xiàn)后,土很快到達極限破

28、損,即比例界限荷載P0與極限荷載Pu接近時,以Pu除以平安系數(shù)KK值可取23作為地基土的承載力根本值.3同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應少于三點,根本值的極差不得超過平均值的30%,取此平均值作為地基承載力標準值.地基承載力標準值,請參照?中、小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆施工工藝?4.1地基處理.4碗扣支架立桿地基承載力計算：(14)立桿根底底面的平均壓力應滿足下式的要求：Pfg式中：p立桿根底底面的平均壓力,pN/A；N上部結構傳至根底頂面的軸向力設計值；A根底地面面積；fg地基承載力設計值,fgkcfgk；kc腳手架地基承載力調整系數(shù),對碎石土、砂土、回填土、應取0.4；對粘土應取0.5；對巖石、

29、混凝土應取1.0;fgk地基承載力標準值,應按現(xiàn)行國家標準?建筑地基根底設計標準?GBJ7附錄五的規(guī)定米用.5.3 地基換填墊層厚度和寬度計算換土墊層系將根底下面一定厚度的軟弱土層挖除,然后換以中砂、粗砂、角圓礫、碎卵石、灰土或粘性土以及其他壓縮性小、性能穩(wěn)定、無侵蝕性材料,經拌合、分層回填夯壓實而成,作為地基的持力層.這種墊層具有一定的強度和低壓縮性,施工設備工藝簡單,取材較易、費用較低等優(yōu)點,為一種應用廣泛,經濟、實用的淺層地基加固方法.通過試驗和計算以確定墊層的鋪設厚度、寬度以及承載力等,以指導施工和限制質量.1墊層的厚度：地基采用換土墊層又稱換填法處理軟弱地基,常采用砂、砂石、灰土等材

30、料,墊層的厚度應根據(jù)作用在墊層底部軟弱土層底面處土的自重壓力標準值與附加壓力設計值之和不大于軟弱土層經深度修正后的地基承載力標準值的條件確定,即應符合以下要求見圖11:(ft)a按擴散角設置；b按根底同寬設置1根底；2填土墊層；3一回填土圖11墊層內應力分布PczPzfzpz可根據(jù)根底不同形式分別按以下簡化式計算：條形根底bPPcPzb2Ztg矩形根底blPPcPzb2Ztgl2Ztg(15)(16)(17)式中：Pcz墊層底面處土的自重壓力kN/m2;Pz墊層底面處的附加壓力kN/m2;fz墊層底面處土層的地基承載力kN/m2;b條形根底或矩形根底底面的寬度m；l矩形根底的底面長度m；p根底

31、底面壓力N/m2；pc根底底面處土的自重壓力N/m2；Z根底底面下墊層的厚度mm;墊層的壓力擴散角,可按表9采用.表9墊層的壓力擴散角Z/b限歲材料中砂、粗砂、砂礫、圓礫、角礫、卵石、碎石粘性土和粉土(8IP0.50302330注：1.當Z/b0.25時,除灰土仍取30外,其余材料均取0；2.當0.25Z/b0.50時,值可內插取得.按式(15)確定墊層厚度時,需要用試算法,即預先估算一個厚度,再按式(15)校核,假設不滿足要求時,再增加墊層厚度,直至滿足要求為止.墊層的厚度一般為0.52.5m,不宜大于3.0m,否那么費工費料,不夠經濟,但也不宜小于0.5m,墊層過薄那么效果不明顯.為減少計

32、算工作量,亦可采用圖12所示墊層厚度直接計算法曲線來確定,計算步驟如下：圖12墊層厚度直接計算法曲線圖先按下式計算k1值：,1.k1fkb0(b3)b0(d0.5)0d10(18)P0再按下式計算k2值：15b/、k2k1(d0s)(19)P0式中：p0為根底底面附加壓力(kN/m2);fk墊層底面處軟弱土層白承載力標準值(kN/m2);b、d分別為根底寬度和埋深度的承載力修正系數(shù),按表根據(jù)墊層底面處軟弱土層的名稱確定；d根底埋置深度(m)；0、s分別為軟弱土層和墊層的重度(kN/m3);根據(jù)ki,k2和根底底面長邊與短邊的比值n-,由圖中曲線可查得m值.按下式直接計算需要墊層的厚度：Zmb(

33、20)(5)墊層的寬度：墊層的寬度應滿足根底底面應力擴散的要求,按下式計算：bb2Ztg(21)式中：b墊層底面寬度；墊層的壓力擴散角,可按?建筑施工計算手冊?表5-1采用；當Z/b0.25時,按表中Z/b0.25取值.根據(jù)建筑經驗,墊層的頂寬一般采用較根底底邊每邊寬出200mm,墊層的底寬可取根底同寬.5.4樁基設計與檢算當支架(拱架)支點采用樁基時,應對樁基進行承載力檢算.單樁承載力是否滿足設計要求,一般通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定.如無試驗資料亦可按土的物理性質指標與承載力參數(shù)之間的經驗公式確定單樁承載力.(1)一般直徑單樁豎向極限承載力計算：一般直徑單樁豎向極限承載力標準值,可按下式計算：Q

34、ukQskQpkuqsikliqpkAp(22)式中：Qsk單樁總極限側阻力標準值；Qpk單樁總極限端阻力標準值；U樁身周長；qsik樁側第i層土的極限側阻力標準值,如無當?shù)亟涷炛禃r,可按?建筑施工計算手冊?P320頁表5-31取值；li樁穿越第i層土的厚度；qpk極限端阻力標準值,如無當?shù)亟涷炛禃r,可按?建筑施工計算手冊?P322頁表5-32取值；Ap樁端面積.(2)大直徑單樁豎向極限承載力計算：大直徑(d800mm)單樁豎向極限承載力標準值,可按下式計算：QukQskQpkUsiqsiklsipqpkAp(23)式中：qsik樁側第i層土的極限側阻力標準值,如無當?shù)亟涷炛禃r,可按表取值,對

35、于擴底變截面以下不計側阻力；qpk樁徑為800mm的極限端阻力標準,可采用深層載荷板試驗確定,當不能進行深層載荷板試驗時,可采用當?shù)亟涷炛祷虬幢砣≈?對于干作業(yè)(清底干凈)可按?建筑施工計算手冊P324頁表5-33取值.si、p大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數(shù),按?建筑施工計算手冊?P324頁表5-34取值.U、Ap符號意義同前.對于混凝土護壁的大直徑挖孔樁,計算單樁豎向承載力時,其設計樁徑取護壁外直徑.(3)水中鋼管筒形支墩計算：鋼管筒形支墩是一壓彎組合構件,首先需驗算單根鋼管在穩(wěn)定狀態(tài)下所能承受的力,然后計算鋼管筒形支墩的整體剛度及穩(wěn)定性.(見圖13)筒形支墩示意圖.圖13筒形支墩示意圖圖中

36、：P為上部支座傳來的荷載；RP；Ri水流作用力；hi水流作用力矩；e軸向偏心距；M荷載偏心傾覆力矩；a鋼管頂支座高度；b鋼管頂支座超出鋼管直徑的距離；h2片石拋填高度；1)鋼管容許承載力計算：鋼管容許承載力：P100oA100A；(24)折減系數(shù)：cr/n/ny(25)式中：cr臨界應力crFCr/100A(MPa);Pcr臨界力：Pcr汩/10(L)2；破壞應力：n;n強度平安系數(shù)取1.6；ny穩(wěn)定平安系數(shù)取2.0；為鋼材的根本容許應力(150MPa)；A鋼管橫截面積：A(D2d2)/4；I鋼管橫截面慣性矩：I(D4d4)/64；E彈性模量：鋼材E2.1107N/cm2；長度系數(shù)：按兩端錢支

37、,取1;D、d、L分別為鋼管外徑D(cm)、鋼管內徑d(cm)、鋼管長度L(cm).2)鋼管筒形支墩的剛度檢算：鋼管支墩頂端位移值：ZL2(RL/3M/2)/EI(26)式中：2Ri10KArV2/2g水流作用力；Ll壓桿的相當長度；MPeRA.Ppnp每根鋼管容許荷載；n筒形支墩鋼管根數(shù)；0.5JL筒形支墩頂端容許位移值；式中：L跨度(m)；Z筒形支墩墩頂位移值應在容許位移值內.3)鋼管筒形支墩的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定檢算：抗滑力檢算：K1f(PQ)/T1.2(27)式中：Ki抗滑穩(wěn)定系數(shù)；f基底面與地基土間摩擦系數(shù)；P作用于基底的垂直力總和；Q浮力；T作用于墩上的水平力之和；抗傾覆力檢算：K2y/e.1.2(28)式中：K2抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；y基底形心至基底最大受壓邊緣之距離；e.偏心距,e.Mq/P;Mq傾覆力矩；P作用于基底垂直力總和；6支架(拱架)搭設根本要求(1)支架(拱架)搭設前必須準確放線,調整標高,保證支架(拱架)位置準確；(2)嚴格按施工設計、各種制式器材要求進行支架(拱架)搭設；(3)地基必須根據(jù)地基承載力計算結果進行處理,處理完后檢查合格；(4)根底穩(wěn)固,根底周圍需進行防水處理,開挖排水溝,預防根底下沉；(5)支架支座嚴格根據(jù)標準布設,材料不得隨意替代,支座需搭設平穩(wěn)；(6)桿件平直,在使用合格范圍之內,受彎破損桿件一律不準使用；(7)桿件連接件合格、數(shù)