中小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆支架拱架設(shè)計指南

/中、小跨徑鋼筋混凝土拱橋現(xiàn)澆支架（拱架）設(shè)計指南1前言拱橋在橋梁設(shè)計中應(yīng)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(jié)構(gòu)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，須要搭設(shè)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(guān)資料支架（拱架）的種類許多，按結(jié)構(gòu)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各型支架適用范圍滿堂式支架主要采納扣件式鋼管腳手架或碗扣支架，鋼管直徑一般為Φ48mm，壁厚為3.5mm。滿堂式支架對地基處理的要求比較高，原地面要求地形地勢相對比較平整，適合旱橋施工。排架式、撐架式、桁架式主要采納木材、萬能桿件、門式支架、型鋼組合桁架結(jié)構(gòu)，這些方式支座不采納滿堂布置，支架支點較少，支點數(shù)量和距離依據(jù)實際跨度和計算后得出?？绾?、跨較小的山溝都可以采納這些支架方式。扇形式只在拱兩端支座位置有兩個支點，桁架采納貝雷梁、拼裝梁或型鋼連接成拱弧線形態(tài)。這種支架和主拱圈一樣，主要承受軸向壓力，同時承受彎剪?？缟顪?，地形條件比較差的拱橋比較適合用這種支架。斜拉式貝雷梁拱架一般應(yīng)用在幾跨連續(xù)施工的狀況，在距邊墩肯定距離處設(shè)置臨時墩，在中間墩墩頂各設(shè)一個塔柱，塔柱頂端伸出斜拉桿拉住貝雷梁，貝雷梁上設(shè)拱盔，形成幾孔連續(xù)斜拉式貝雷梁拱架結(jié)構(gòu)。其主要構(gòu)件均由常備式貝雷桁架、支撐架、加強弦桿等組成，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處理便利。由于整體拱架體系柔性多變，施工中應(yīng)嚴格駕馭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，依據(jù)計算受力的須要，支架由不同類型的桁架組成。4支架（拱架）結(jié)構(gòu)設(shè)計支架（拱架）設(shè)計的原則為：必需使支架（拱架）上部接近合理拱軸線，能承受施工過程中產(chǎn)生的豎向力和水平力，確保支架（拱架）的穩(wěn)定，盡量削減非彈性壓縮，留意對局部受力不利桿件進行加固。假設(shè)某大橋為現(xiàn)澆混凝土箱拱橋，依據(jù)不同地形條件，采納不同支架（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納分環(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（其次環(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（其次環(huán)），最終分段澆注頂板（第三環(huán)）。各段間預(yù)留隔縫長度一般為50～100cm，等每一環(huán)各分段澆注完后，混凝土強度達到70%設(shè)計強度后澆注隔縫。主拱圈荷載及施工荷載通過模板、枋木傳至支架（拱架），支架（拱架）在施工過程中承受豎向力和水平力。在底板合攏后混凝土達到強度之前，底板的荷載主要由支架擔(dān)當(dāng)，當(dāng)混凝土達到設(shè)計強度之后，澆注腹板、橫隔板及頂板時，荷載由支架（拱架）擔(dān)當(dāng)之外，拱底板也擔(dān)當(dāng)一部分重量。4.2支架（拱架）材料選用依據(jù)主拱的荷載和工程位置、條件、供料來源，選用合適的材料作為支架（拱架）用材。4.3支架（拱架）結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力檢算支架結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力檢算（1）采納滿堂式碗扣支架：在處理好的地基上，依據(jù)梁頂和拱圈內(nèi)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(jīng)檢算后確定。每根立桿底部設(shè)置墊座，頂端安裝可調(diào)天托，依據(jù)高度選取30cm或60cm天托，可調(diào)天托起到精確調(diào)整標高和卸架的作用。天托頂部放置橫向枋木和縱向梳形木連成一體，枋木上鋪設(shè)組合鋼模板或木模板，形成底模和施工平臺。碗扣支架應(yīng)嚴格依據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架平安技術(shù)規(guī)范》規(guī)定布設(shè)1）施工荷載分析：（依據(jù)各自項目實際狀況修正各參數(shù)）主拱圈混凝土荷載：容重，拱圈厚度為，；模板荷載：取；施工荷載：取；振搗沖擊荷載：取；碗扣支架自重：；2）模板及枋木檢算：采納5cm厚木板作底模模板，上層枋木間距為，下層枋木間距依據(jù)碗扣支架間距確定。①模板檢算：按均布荷載五跨連續(xù)梁計算：取1mm寬度計算（1）圖1模板受力簡圖抗彎強度：（2）抗剪強度：（3）撓度檢算：（4）式中：所受最大彎矩，，；木板的抗彎模量；分別為木板容許抗彎強度和抗剪強度；所求得的最大剪力，，，；1mm寬的木板截面積；分別為木板的彈性模量和慣性矩。②上層枋木：上層枋木間距為，下層枋木間距依據(jù)碗扣支架間距確定；按均布荷載三跨連續(xù)梁計算：荷載：（5）圖2上層枋木受力簡圖抗彎強度：（6）抗剪強度：（7）撓度檢算：（8）式中：所受最大彎矩，，；枋木的抗彎模量；分別為枋木容許抗彎強度和抗剪強度；所受在大剪力，，，；枋木的截面積；分別為枋木的彈性模量和慣性矩。③下層枋木：下層枋木間距依據(jù)碗扣支架間距確定。下層枋木荷載，計算方法同上。3）立桿計算：①立桿荷載：（9）表1立桿設(shè)計荷載橫桿豎向步距（cm）框架立桿容許荷載（kN/根）16040212030318025424020（10）式中：立桿的縱橫向間距。②立桿穩(wěn)定性計算：組合風(fēng)載時：（11）式中：計算立桿段的軸向設(shè)計值，；模板及支架自重、新澆混凝土自重和鋼筋自重標準值產(chǎn)生的軸向力總和；施工人員及施工設(shè)備荷載標準值、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標準值產(chǎn)生的軸向力總和；軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)依據(jù)長細比由《建筑施工扣件式鋼管腳手架平安技術(shù)規(guī)范》P50頁附錄C表C取值，當(dāng)時，；長細比，；計算長度，；立桿步距；模板支架立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點的長度；鋼管截面回轉(zhuǎn)半徑；立桿的截面面積；立桿截面模量；計算立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計值產(chǎn)生的彎矩：風(fēng)荷載標準值，；風(fēng)壓高度改變系數(shù)，按現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GBJ9）規(guī)定采納；支架風(fēng)荷載體型系數(shù)，桁架；基本風(fēng)壓（），按現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GBJ9）規(guī)定采納；4）碗扣支架施工留意事項：①支架立桿接長縫應(yīng)錯開，使立桿接長縫不在同一水平面上，保證支架整體強度。②拼裝時隨時檢查橫桿水平和立桿垂直度，留意水平橫桿的直角度，防止支架偏扭。立桿垂直度偏差小于0.5%，頂部肯定偏差小于0.1m。③留意剪刀撐的設(shè)置，提高碗扣支架的整體穩(wěn)定性。剪刀撐不能隨意拆除，實有必要短暫拆除時，必需嚴格限制同時拆除的根數(shù)，并剛好裝上且應(yīng)先裝后拆。高層支架的低層框架不允許拆除。④靠近拱座的碗扣支架，應(yīng)留意連墻撐的設(shè)置，提高支架的縱向穩(wěn)定性。⑤支架頂天托和底座的自由長度，應(yīng)依據(jù)設(shè)計計算確定，超過計算長度的應(yīng)加設(shè)縱橫桿，防止碗扣支架失穩(wěn)。⑥支架應(yīng)設(shè)置人行梯，便利施工中人員走行。（2）采納萬能桿件、貝雷梁組拼（見圖3）支架采納萬能桿件和貝雷梁作為主要構(gòu)件，主要由多片平面主桁通過聯(lián)結(jié)系組成空間結(jié)構(gòu)。平面主桁相互平行，其間距按拱圈寬度勻稱受力來布置。為支架上部接近拱弧線，在萬能桿件頂采納異形桿件進行拼接。整個支架立于混凝土或片石混凝土臨時墩上，基本采納梁柱式結(jié)構(gòu)。支墩可以采納鐵路五六式軍用墩，其布置方式為2×5柱，依據(jù)位置不同其高度也不同，頂端因支承位置不同略有改變。拱腳在肯定范圍內(nèi)采納萬能桿件干脆組立，并和梁柱式結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)，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(shè)有支撐架，通過在貝雷梁連接處設(shè)置斜撐及下部弦桿處設(shè)置抗風(fēng)拉桿來增加支架橫向穩(wěn)定性，但由于對和對之間凈距較小，故抗風(fēng)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精確駕馭了解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形態(tài)況，采納全部支架為計算模型進行受力分析。1）施工荷載分析：（依據(jù)各自項目實際狀況修正各參數(shù)）主拱圈混凝土荷載：容重，；模板荷載：??；施工荷載：??；振搗沖擊荷載：取風(fēng)壓：，依據(jù)高度確定：2）桿件支架容許應(yīng)力和容許內(nèi)力：①萬能桿件：考慮到支架施工的實際狀況，萬能桿件的容許應(yīng)力值取。經(jīng)初步計算，萬能桿件截面及容許應(yīng)力見表2。表2萬能桿件容許應(yīng)力和容許內(nèi)力桿件型號名稱截面組成(mm)毛截面面積(cm2)凈截面面積(cm2)回轉(zhuǎn)半徑自由長度(cm)長細比縱向彎曲系數(shù)容許應(yīng)力(MPa)容許拉力(kN)容許壓力(kN)N2立柱4∠120×120×1093.274.55.3120037.70.8821701267-1398N3斜桿2∠100×75×1033.427.83.1428390.10.582170473-331N4橫桿2∠75×75×823.017.42.8820069.40.716170296-280②貝雷梁：貝雷梁桿件截面及容許拉應(yīng)力見表3。本文將貝雷拱架桿件的容許拉應(yīng)力值取為1.3×210＝273MPa，考慮到壓桿的縱向彎曲系數(shù)折減，容許壓應(yīng)力取為210MPa。表3貝雷拱架桿件的容許應(yīng)力構(gòu)件材料斷面型式容許拉應(yīng)力（MPa）容許壓應(yīng)力（MPa）弦桿16Mn][10273210豎桿16MnI8273210斜桿16MnI8273210支撐架16Mn273210斜撐16MnI10273210抗風(fēng)拉桿16Mn圓形273210加強豎桿16Mn工字形2732103）施工階段劃分：依據(jù)拱橋設(shè)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表示澆注依次，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(yù)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)。圖4拱圈分段示意圖表4施工階段劃分施工階段施工內(nèi)容1支架、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（4）萬能桿件支架整體檢算：依據(jù)萬能桿件方案計算模型（見圖5、圖6、圖7），采納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。萬能桿件均采納桁架單元模擬，支架桿件和基礎(chǔ)、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模型空間圖圖6模型立面圖圖7模型側(cè)面圖依據(jù)模型計算結(jié)果進行分析，各桿件內(nèi)力是否超過桿件的容許內(nèi)力值（見表2、表3）。各個方向變形是否超過允許變形范圍，豎向變形應(yīng)低于限值L/400，L為萬能桿件支柱之間的距離。若萬能桿件方案中有部分桿件強度不足，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基礎(chǔ)上進行調(diào)整，增大強度不足的桿件截面，重新建立空間模型采納有限元分析軟件MIDAS進行計算。5）萬能桿件支架施工階段檢算：依據(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(nèi)力是否超過桿件的容許內(nèi)力值（見表2、表3），支架穩(wěn)定性和豎向位移，豎向位移應(yīng)滿意限值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(jié)論及施工留意事項：①隨著混凝土拱底板澆注段的增加，萬能桿件支架的豎向變形漸漸增大，當(dāng)?shù)装搴蠑n達到強度后，由于底板和支架共同受載，支架變形同上階段相比應(yīng)當(dāng)有所減小，隨后在澆注拱腹板和頂板階段，支架變形又會漸漸增大。②萬能桿件的柱腳應(yīng)全部埋入基礎(chǔ)中，柱底的桿件間應(yīng)有斜桿聯(lián)系，萬能桿件和拱座連接的桿件也應(yīng)有斜桿聯(lián)系；萬能桿件支架頂部的異形桿件應(yīng)保證和萬能桿件連接牢靠，頂部托架桿件在縱向應(yīng)設(shè)置連接桿件。③萬能桿件支架的支墩較高，在施工中應(yīng)設(shè)置抗風(fēng)索。④應(yīng)對萬能桿件支架在澆注混凝土前進行預(yù)壓，檢驗支架的承載實力，在施工中留意監(jiān)測支架變形和桿件應(yīng)力，發(fā)覺異樣，剛好處理。⑤由于貝雷梁對和對之間凈距較小，故抗風(fēng)拉桿的截面尺寸需增大，采納標準間距的貝雷梁下弦桿間加強橫橋向聯(lián)系，以增加貝雷梁的橫向穩(wěn)定性。⑥在支墩萬能桿件頂部和貝雷梁相接處，應(yīng)通過抗彎剛度較大的橫向桿件將貝雷梁的力勻稱地傳遞到萬能桿件上，盡量削減桿件的局部應(yīng)力。⑦拱段的澆筑程序應(yīng)在拱頂兩側(cè)對稱進行，以使拱架變形保持勻稱和最小。拱架結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力檢算（1）采納貝雷梁拼裝拱架（見圖8）：混凝土箱拱軸線為懸鏈線，為了便利施工放樣及新制弦桿的可操作性及通用性，采納圓弧線做為拱架線型。依據(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(shè)計圓弧線。拱架由雙層加強型桁架組拼而成的貝雷桁片組成，順橋向桁架片以折線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。標準段長度采納9m，由3個桁架單元組成；非標準段在兩個拱腳旁邊的節(jié)段。折線段間的貝雷上層以特殊加工的貝雷短弦桿和貝雷銷連接，中層以雙面、上下的連接板焊接連接，下層以貝雷銷干脆連接和焊接相結(jié)合，從而構(gòu)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(yīng)力見表3。本文將貝雷拱架桿件的容許拉應(yīng)力值取為1.3×210＝273MPa，考慮到壓桿的縱向彎曲系數(shù)折減，容許壓應(yīng)力取為210MPa。采納有限元分析軟件MIDAS建立貝雷拱架的空間模型計算，貝雷架用空間梁單元模擬，混凝土箱拱底板、拱腳鉸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節(jié)。拱架分為兩個部分：一部分是貝雷梁，一部分是新制的拱腳構(gòu)件，即三角形鉸架。依據(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(yīng)力是否超過容許應(yīng)力，拱架的豎向位移應(yīng)滿意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依據(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底模板木材或鋼模板2外模板鋼模板3內(nèi)模板木模4上層枋木木材5下層枋木木材6支承墊木木材7立桿LG-300Q235φ48×3.5×30008頂桿DG-90Q235φ48×3.5×9009橫桿HG-30Q235φ48×3.5×30010橫桿HG-90Q235φ48×3.5×90011底座D2-1Q23512立桿可調(diào)座D2-2Q235可調(diào)范圍≤30013斜桿Q235φ48×3.5×700014回轉(zhuǎn)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∠120×120×102斜桿N3Q235∠100×75×103橫桿N4Q235∠75×75×84弦桿拼接角鋼N6Q235∠100×100×105支承角鋼N7Q235∠120×120×106節(jié)點板N8Q235

265×10×5107節(jié)點板N12Q235

380×10×5908節(jié)點板N18Q235

325×10×3259墊板N19Q235

180×10×22010柱帽或柱靴N21Q235

260×16×260Q235

240×16×260Q235

90×16×26011節(jié)點板N22Q235

325×10×32512節(jié)點板N26Q235

325×10×32513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(nèi)模板木模18枋木木材19貝雷梁3米16Mn注：表5、表6中支架的材料數(shù)量僅供參考，實際中材料數(shù)量應(yīng)依據(jù)方案須要確定。5支架地基檢測和設(shè)計5.1地基承載力檢測首先參照施工設(shè)計圖中的水文和地質(zhì)資料，進行現(xiàn)場核對，采納牢靠手段對水深、流速進行實測，對地基土進行檢測。若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，直到滿意設(shè)計要求。地基承載力檢測方法可以采納輕型觸探試驗。輕型觸探試驗設(shè)備主要由探頭、觸探桿、落錘三部分組成。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)N0，填入地基標準貫入檢測記錄表中。N0經(jīng)下式修正后，查表7、表8確定地基承載力標準值σ0。，為修正系數(shù)，當(dāng)觸探長度時，取。表7粘性土承載力標準值15202530105145190230表8素填土承載力標準值15203040851151351605.2地基承載力計算地基土的承載力通常指地基的承載力設(shè)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(shè)計值的確定，一般有以下三種方法：(1)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7-89）表格確定地基土承載力設(shè)計值地基承載力設(shè)計值按下式計算：（12）式中：地基土承載力設(shè)計值（kPa），當(dāng)時，??；地基承載力標準值（kPa）；地基寬度和埋深的承載力修正系數(shù)，按基底下持力層土類查《建筑施工計算手冊》P270頁表5-17；基底以下土的重度，為基底以下土的自然質(zhì)量密度和重力加速度的乘積，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；基礎(chǔ)底面寬度；當(dāng)基礎(chǔ)寬度小于3m，按3m考慮，大于6m按6m考慮；基礎(chǔ)埋置深度，以自然地面起。(2)按土的抗剪強度確定地基土承載力設(shè)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(dāng)偏心距倍基礎(chǔ)底面寬度，依據(jù)土的抗剪強度指標可按下式計算地基土的承載力設(shè)計值：（13）式中：由土的抗剪強度確定的地基承載力設(shè)計值；承載力系數(shù)，按《建筑施工計算手冊》P271頁表5-18確定；基礎(chǔ)底面寬度（m），大于6m按6m考慮；對于砂土小于3m時，按3m考慮；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(shè)計值1)依據(jù)試驗結(jié)果，可繪制荷載板地面的壓力（P）和其相應(yīng)下沉量（S）的關(guān)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：①直線變形階段：即荷載從0到P0時，荷載和變形之間的關(guān)系接近于正比例關(guān)系，地基土是穩(wěn)定的；圖10應(yīng)力-沉降（P-S）曲線②局部剪切階段：當(dāng)荷載超過P0后，荷載和變形之間的關(guān)系為曲線，曲線上各點斜率漸漸增大，如曲線中1～2段所示，地基土的穩(wěn)定性漸漸降低；圖10應(yīng)力-沉降（P-S）曲線③完全破壞階段：當(dāng)荷載接著增大達到某一限值，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)地基土的承載力基本值可依據(jù)P-S曲線的特征按以下確定：①當(dāng)P-S曲線有較明顯的直線段時，可采納直線段的比例界限點所對應(yīng)的荷載值（P0）作為地基土的承載力基本值；當(dāng)極限荷載能確定，該值小于對應(yīng)比例界限的荷載值的1.5倍時，可取荷載極限值的一半；②當(dāng)P-S曲線沒有明顯直線段時，對中、高壓縮性土宜采納相對沉降量s/b=0.02所對應(yīng)的荷載值（P0.02）；對低壓縮性土和砂土可采納s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷載值，作為地基土的承載力基本值；③當(dāng)P-S曲線上的比例界限點出現(xiàn)后，土很快達到極限破損，即比例界限荷載P0和極限荷載PU接近時，以PU除以平安系數(shù)K（K值可取2～3）作為地基土的承載力基本值。3)同一土層參與統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于三點，基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：立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力應(yīng)滿意下式的要求：（14）式中：立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力，；上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力設(shè)計值；基礎(chǔ)地面面積；地基承載力設(shè)計值，；腳手架地基承載力調(diào)整系數(shù)，對碎石土、砂土、回填土、應(yīng)取0.4；對粘土應(yīng)取0.5；對巖石、混凝土應(yīng)取1.0；地基承載力標準值，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7）附錄五的規(guī)定采納。5.3地基換填墊層厚度和寬度計算換土墊層系將基礎(chǔ)下面肯定厚度的懦弱土層挖除，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(jīng)拌合、分層回填夯（壓）實而成，作為地基的持力層。這種墊層具有肯定的強度和低壓縮性，施工設(shè)備工藝簡潔，取材較易、費用較低等優(yōu)點，為一種應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟、好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(shè)厚度、寬度以及承載力等，以指導(dǎo)施工和限制質(zhì)量。（1）墊層的厚度：地基采納換土墊層（又稱換填法）處理懦弱地基，常采納砂、砂石、灰土……等材料，墊層的厚度應(yīng)依據(jù)作用在墊層底部懦弱土層底面處土的自重壓力（標準值）和附加壓力（設(shè)計值）之和不大于懦弱土層經(jīng)深度修正后的地基承載力標準值的條件確定，即應(yīng)符合下列要求(見圖11)：（a）按擴散角設(shè)置；（b）按基礎(chǔ)同寬設(shè)置1—基礎(chǔ)；2—填土墊層；3—回填土圖11墊層內(nèi)應(yīng)力分布（15）可依據(jù)基礎(chǔ)不同形式分別按以下簡化式計算：條形基礎(chǔ)（16）矩形基礎(chǔ)（17）式中：墊層底面處土的自重壓力（kN/m2）；墊層底面處的附加壓力（kN/m2）；墊層底面處土層的地基承載力（kN/m2）；條形基礎(chǔ)或矩形基礎(chǔ)底面的寬度（m）；矩形基礎(chǔ)的底面長度（m）；基礎(chǔ)底面壓力（N/m2）；基礎(chǔ)底面處土的自重壓力（N/m2）；基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（mm）；墊層的壓力擴散角，可按表9采納。表9墊層的壓力擴散角換填材料Z/b中砂、粗砂、砂礫、圓礫、角礫、卵石、碎石粘性土和粉土(8<IP<14)灰土0.2520630>0.50302330注：1.當(dāng)Z/b<0.25時，除灰土仍取外，其余材料均?。?.當(dāng)0.25<Z/b<0.50時，值可內(nèi)插取得。按式(15)確定墊層厚度時，須要用試算法，即預(yù)先估算一個厚度，再按式(15)校核，若不滿意要求時，再增加墊層厚度，直至滿意要求為止。墊層的厚度一般為0.5～2.5m，不宜大于3.0m，否則費工費料，不夠經(jīng)濟，但也不宜小于0.5m，墊層過薄則效果不明顯。為削減計算工作量，亦可采納圖12所示墊層厚度干脆計算法曲線來確定，計算步驟如下：圖12墊層厚度干脆計算法曲線圖先按下式計算值：（18）再按下式計算值：（19）式中：為基礎(chǔ)底面附加壓力（kN/m2）；墊層底面處懦弱土層的承載力標準值（kN/m2）；分別為基礎(chǔ)寬度和埋深度的承載力修正系數(shù)，按表依據(jù)墊層底面處懦弱土層的名稱確定；基礎(chǔ)埋置深度（m）；分別為懦弱土層和墊層的重度（kN/m3）；依據(jù)，和基礎(chǔ)底面長邊和短邊的比值，由圖中曲線可查得m值。按下式干脆計算須要墊層的厚度：（20）（5）墊層的寬度：墊層的寬度應(yīng)滿意基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴散的要求，按下式計算：（21）式中：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采納；當(dāng)時，按表中取值。依據(jù)建筑閱歷，墊層的頂寬一般采納較基礎(chǔ)底邊每邊寬出200mm，墊層的底寬可取基礎(chǔ)同寬。5.4樁基設(shè)計和檢算當(dāng)支架（拱架）支點采納樁基時，應(yīng)對樁基進行承載力檢算。單樁承載力是否滿意設(shè)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(zhì)指標和承載力參數(shù)之間的閱歷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：（22）式中：單樁總極限側(cè)阻力標準值；單樁總極限端阻力標準值；樁身周長；樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值，如無當(dāng)?shù)亻啔v值時，可按《建筑施工計算手冊》P320頁表5-31取值；樁穿越第i層土的厚度；極限端阻力標準值，如無當(dāng)?shù)亻啔v值時，可按《建筑施工計算手冊》P322頁表5-32取值；樁端面積。（2）大直徑單樁豎向極限承載力計算：大直徑（）單樁豎向極限承載力標準值，可按下式計算：（23）式中：樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值，如無當(dāng)?shù)亻啔v值時，可按表取值，對于擴底變截面以下不計側(cè)阻力；樁徑為800mm的極限端阻力標準，可采納深層載荷板試驗確定，當(dāng)不能進行深層載荷板試驗時，可采納當(dāng)?shù)亻啔v值或按表取值，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。大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，按《建筑施工計算手冊》P324頁表5-34取值。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(shè)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(gòu)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：為上部支座傳來的荷載；；水流作用力；水流作用力矩；軸向偏心距；荷載偏心傾覆力矩；鋼管頂支座高度；鋼管頂支座超出鋼管直徑的距離；片石拋填高度；1）鋼管容許承載力計算：鋼管容許承載力：；（24）折減系數(shù)：（25）式中：臨界應(yīng)力（MPa）；臨界力：；破壞應(yīng)力：；強度平安系數(shù)取1.6；穩(wěn)定平安系數(shù)取2.0；為鋼材的基本容許應(yīng)力（150MPa）；鋼管橫截面積：；鋼管橫截面慣性矩：；彈性模量：鋼材；長度系數(shù)：按兩端鉸支，?。环謩e為鋼管外徑（cm）、鋼管內(nèi)徑（cm）、鋼管長度（cm）。2）鋼管筒形支墩的剛度檢算：鋼管支墩頂端位移值：（26）式中：水流作用力；壓桿的相當(dāng)長度；，每根鋼管容許荷載；筒形支墩鋼管根數(shù)；筒形支墩頂端容許位移值；式中：跨度（m）；筒形支墩墩頂位移值應(yīng)在容許位移值內(nèi)。3）鋼管筒形支墩的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定檢算：①抗滑力檢算：（27）式中：抗滑穩(wěn)定系數(shù)；基底面和地基土間摩擦系數(shù)；作用于基底的垂直力總和；浮力；作用于墩上的水平力之和；②抗傾覆力檢算：（28）式中：抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；基底形心至基底最大受壓邊緣之距離；偏心距，；傾覆力矩；作用于基底垂直力總和；6支架（拱架）搭設(shè)基本要求(1)支架（拱架）搭設(shè)前必需精確放線，調(diào)整標高，確保支架（拱架）位置精確；(2)嚴格按施工設(shè)計、各種制式器材要求進行支架（拱架）搭設(shè)；(3)地基必需依據(jù)地基承載力計算結(jié)果進行處理，處理完后檢查合格；(4)基礎(chǔ)穩(wěn)固，基礎(chǔ)四周需進行防水處理，開挖排水溝，防