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桥梁基础分类及桥梁基础施工方法
2015-11-19 12:57:53   来源:   评论:0 点击:

桥梁上部承受的各种荷载,通过桥台或桥墩传至基础,再由基础传至地基。基础是桥梁下部结构的重要组成部分,因此,基础工程在桥梁结构
      桥梁上部承受的各种荷载,通过桥台或桥墩传至基础,再由基础传至地基。基础是桥梁下部结构的重要组成部分,因此,基础工程在桥梁结构物的设计与施工中,占有极为重要的地位,它对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响。     
桥梁基础按施工方法可分为扩大基础、桩及管柱基础、沉井基础、地下连续墙基础和锁口钢管桩基础。
(1)扩大基础

      扩大基础或称明挖基础属直接基础,是将基础底板设在直接承载地基上,来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。其施工方法通常是采用明挖的方式进行的,施工中坑壁的稳定性是必须特别注意的问题。 
      明挖扩大基础施工的主要内容包括基础的定位放样、基坑开挖、基坑排水、基底处理以及砌筑(浇筑)基础结构物等。 
      1、基础的定位放样
      在基坑开挖前,先进行基础的定位放样工作,以便正确的将设计图上的基础位置准确的设置到桥址上。放样工作系根据桥梁中心线与墩台的纵横轴线,推出基础边线的定位点,再放线画出基坑的开挖范围。基坑各定位点的标高及开挖过程中标高检查,一般用水准测量的方法进行。
      2、陆地基坑开挖
      基坑大小应满足基础施工要求,对有渗水土质的基坑坑底开挖尺寸,需按基坑排水设计(包括排水沟、集水井、排水管网等)和基础模板设计而定,一般基底尺寸应比设计平面尺寸各边增宽0.5-1.0m。基坑可采用垂直开挖、放坡开挖、支撑加固或其他加固的 开挖方法,具体应根据地质条件、基坑深度、施工期限与经验,以及有无地表水或地下水等现场因素来确定。
      (1)坑壁不加支撑的基坑
    对于在干涸无水河滩、河沟中,或有水经改河或筑堤能排除地表水的河沟中;在地下水位低于基底,或渗透量少,不影响坑壁稳定;以及基础埋至不深,施工期较短,挖基坑时不影响临近建筑安全的施工场所,可考虑选用坑壁不加支撑的基坑。

      (2)坑壁有支撑的基坑
      当基坑壁坡不易稳定并有地下水渗入,或放坡开挖场地受到限制,或基坑较深、放坡开挖工程数量较大,不符技术经济要求时,可视具体情况,采用以下的加固坑壁措施,如挡板支撑、钢木结合支撑、混凝土护壁及锚杆支护等。常用的坑壁支撑形式有:直衬板式坑壁支撑、横衬板式坑壁支撑、框架式支撑、及其他形式的支撑(如锚桩式、锚杆式、锚碇板式、斜撑式等)。
      3、水中基础的基坑开挖
      桥梁墩台基础大多位于地表水位以下,有时水流还比较大,施工时都希望在无水或静止水条件下进行.桥梁水中基础最常用的施工方法是围堰法.围堰的作用主要是防水和围水,有时还起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用.
      围堰必须满足以下的要求:
      (1)围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm,最低不应小于50cm,用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面20~40cm。
      (2)围堰的外形应适应水流排泄,大小不应压缩流水断面过多,以免壅水过高危害围堰安全,以及影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求,并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性,使基坑开挖后,围堰不至发生破裂,滑动或倾覆。
      (3)围堰要求防水严密,应尽量采取措施防止或减少渗漏,以减轻排水工作。对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起的河床的冲刷均应有防护措施。
      (4)围堰施工一般应安排在枯水期间进行。
      公路桥梁常用的围堰的类型有:土石围堰,木笼围堰或竹笼围堰,钢板桩围堰,套箱围堰。
      4、基坑排水
      基坑坑底一般多位于地下水位以下,地下水会经常渗进坑内,因此必须设法把坑内的水排除,以便利施工。要排除坑内渗水,首先要估算涌水量,方能选用相当的排水设备。
      桥梁基础施工中常用的基坑排水方法有:
     (1)集水坑排水法,除严重流沙外,一般情况下均可采用。
     (2)井点排水法。当土质较差有严重流沙现象,地下水位较高,挖基较深,坑壁不易稳定,用普通排水的方法难以解决时,可用井点排水法。井点排水法因需要设备较多,施工布置复杂,费用较大,应进行技术经济比较后采用。在桥涵基础中多用于城市内挖基。
     (3)其他排水法。

      5、基底检验及处理
     (1)基底检验
基坑施工是否符合设计要求,在基础浇筑前应按规定进行检验。其目的在于:确定地基的容许承载力的大小、基坑位置与标高是否与设计文件相符,以确保基础的强度和稳定性,不致发生滑移等病害。基底检验的主要内容包括:检查基底平面位置、尺寸大小,基底标高;检查基底土质均匀性,地基稳定性及承载力等;检查基底处理和排水情况;检查施工日志及有关试验资料等等。

      (2)基底处理
      天然地基上的基础是直接靠基底土壤来承担荷载的,故基底土壤状态的好坏,对基础及墩台、上部结构的影响极大,不能仅检查土壤名称与容许承载力大小,还应为土壤更有效的承担荷载创造条件,即要进行基底处理工作。      
      6、基础圬工浇筑
      基础施工分为无水浇筑、排水浇筑和水下浇筑三种情况。
      排水施工的要点是:确保在无水状态下砌筑圬工;禁止带水作业及用混凝土将水赶出模板外灌注方法;基础边缘部分应严密隔水;水下部分圬工必须待水泥沙浆或混凝土终凝后才允许浸水。
      水下浇筑混凝土只有在排水困难时采用。基础圬工的水下灌注分为水下封底和水下直接灌筑基础两种。前者封底后仍要排水再砌筑基础,封底只是起封闭渗水作用的作用,其混凝土只作为地基而不作为基础本身,适用于板桩围堰开挖的基坑。
      浇筑基础时,应做好与台身、墩身的接缝联结,一般要求:
      (1)混凝土基础与混凝土墩台身的接缝,周边应预埋直径不小于16mm的钢筋或其他铁件,埋入与露出的长度不应小于钢筋直径的 20倍。
      (2)混凝土或浆砌片石墩台身的接缝,应预埋片石作 ,片石厚度不应小于15cm,片石的强度要求不低于基础或墩台身混凝土或砌体的强度。
      7、地基加固
      我国地域辽阔,自然地理环境不同,土质强度、压缩性和透水性等性质有很大的差别。其中,有不少是软弱土或不良土, 诸如淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土以及土洞、溶洞等。当桥涵位置处于这类土层上时,除可采用桩基、沉 
井等深基础外,也可视具体情况采用相应的地基加固措施,以提高其承载能力,然后在其上修筑扩大基础,以求获得缩短工期、节省投资的效果。

      对于一般软弱地基土层加固处理方法可归纳为四种类型:
      (1)换填土法:将基础下软弱土层全部或部分挖除,换填力学物理性质较好的土
      (2)挤密土法:用重锤夯实或砂桩、石灰桩、砂井、塑料排水板等方法,使软弱土层挤压密实或排水固结。
      (3)胶结土法:用化学浆液灌入或粉体喷射搅拌等方法,使土壤颗粒胶结硬化,改善土的性质。
      (4)土工聚合物法:用土工膜、土工织物、土工格栅与土工合成物等加筋土体,以限制土体的侧向变形,增加土的周压力,有效提高地基承载力。

 (2)桩及管柱基础
      当地基浅层土质较差,持力土层埋藏较深,需要采用深基础才能满足结构物对地基强度、变形和稳定性要求时,可采用桩基础。基桩按材料分类有木桩、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩与钢桩。桥梁基础中用的较多的是中间两种。按制作方法分为预制桩和钻(挖)孔灌注桩;按施工方法分为锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩、就地灌注桩与钻孔埋置桩等,前四种又统称沉入桩。应根据地质条件、设计荷载、施工设备、工期限制及对附近建筑物产生的影响等来选择桩基的施工方法。
      (一)沉入桩基础   
      沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土和预应力混凝土桩。截面形式常用的有实心方桩和空心管桩两种。管桩一般 由工厂以离心成型法制成。目前成品规格:管桩外径40cm、55cm两种,分为上、中、下三节,管壁厚度为8-10cm。近年来发展的phc高强预应力混凝土离心管桩已在工程上广泛应用。制作钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩所用技术应按《公路桥涵施工技术规范》办理。此外,还应注意以下事项:
     1、钢筋混凝土桩内的纵向主钢筋如需接头时,应采用对焊接头
     2、螺旋筋或箍筋必须箍紧主筋,与主筋交接处应用点焊焊接或用铁丝扎接牢固
     3、预应力混凝土的纵向主筋采用冷拉钢筋且需焊接时,应在冷拉前采用闪光接触对焊焊接
     4、桩长用法兰盘连接时,法兰盘应对准位置焊接在钢筋或预应力筋上;对先张法预应力混凝土桩,法兰盘应先焊接在力筋上,然后进行张拉
     5、混凝土应由桩顶向桩尖方向连续灌注,不得中断
     6、桩的钢筋骨架(包括预应力钢筋骨架)的允许偏差应在规定的范围以内。
     钢筋混凝土桩的预制要点是:制桩场地的平整与夯实;制模与立模;钢筋骨架的制作与吊放;混凝土浇筑与养护。
     当预制桩的长度不足时,需要接桩。常用的接桩方法有:法兰盘连接、钢板连接及硫磺胶泥(沙浆)连接等等。
      沉桩顺序应根据现场地形条件、土质情况、桩距大小、斜桩方向、桩架移动的方便等来决定。同时应考虑使桩入土深度相差相差不多,土壤均匀挤密。
      沉入桩的施工方法主要有:锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩及静力压桩等。 

      (一)锤击沉桩
   一般适用于中密砂类土、粘性土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打入土中,因此一般桩径不能太大(不大于0.6m),入土深度在40m 左右。
      锤击沉桩的主要设备有桩锤、桩架及动力装置三部分。冲击锥的选择,原则上是重锤低击。桩架在沉桩施工中,承担吊锤、吊桩、插桩、吊插射水管及桩在下沉过程中的导向作用等。其他设备中主要有桩帽与送桩。桩帽主要是承受冲击,保护桩顶,在沉桩时能保证锤击力作用于桩轴线而不偏心。送桩主要用于当桩顶被锤击低于龙门挺而仍需继续沉入时,即需把桩顶送到地面下必要深度处用。
       施工要点:沉桩前,应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检查;开锤前应再次检查桩锤、桩帽或送桩与桩 中轴线是否一致;锤击沉桩开始时,应严格控制各种桩锤的动能。如桩尖已沉入到设计标高,但沉入度仍达不到要求时,应继续下沉至达到要求的沉入度为止。沉桩时,如遇到:沉入度突然发生急剧变化;桩身突然发生倾斜、移位;桩不下沉,桩锤有严重回弹现象;桩顶破碎或桩身开裂、变形,桩侧地面有严重隆起现象等等,应立即提高停止锤击,查明原因,采取措施后方可继续施工。
       锤击沉桩的停锤控制标准。
      1、设计桩尖标高处为硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,根据灌入度变化并对照地质资料,确认桩尖已沉入该土层,贯入度达到控制贯入度。
      2、当贯入度已达到控制贯入度,而桩尖标高未达到设计标高时,应继续锤入0.10m左右(或锤入30-50次),如无异常变化即可停锤;若桩尖标高比设计标高高的多时,应报有关部门研究确定。
      3、设计桩尖标高处为一般粘性土或其他松软土层时,应以标高控制,贯入度作为校核。
      4、在同一桩基中,各桩的最终贯入度应大致接近,而沉入深度不宜相差过大,避免基础产生不均匀沉降。 
     (二)射水沉桩

      射水施工方法的选择应视土质情况而异,在砂夹卵石层或坚硬土层中,一般以射水为主,锤击或振动为辅;在亚粘土或粘土中,为避免降低承载力,一般以锤击或振动为主,以射水为辅,并应适当控制射水时间和水量;下沉空心桩,一般用单管内射水。
      射水沉桩的设备包括:水泵、水源、输水管路(应减小弯曲,力求顺直)和射水管等。
射水沉桩的施工要点是:吊插桩基时要注意及时引送输水胶管,防止拉断与脱落;基桩插正立稳后,压上桩帽桩锤,并开始用较小水压,使桩靠自重下沉。初期应控制桩身不使下沉过快,以免阻塞射水管嘴,并注意随时控制和校正桩的方向;下沉渐趋缓慢时,可开锤轻击,沉至一定深度(8-10m)已能保持桩身稳定后,可逐步加大水压和锤的冲击动能;沉桩至距设计标高一定距离(2.0m以上)停止射水,拔出射水管,进行锤击或振动使桩下沉至设计要求标高。
   (三)振动沉桩
    振动沉桩适用于砂质土、硬塑及软塑的粘性土和中密及较松散的碎、卵石类土。
    振动沉桩停振控制标准,应以通过试桩验证的桩尖标高控制为主,以最终贯入度(mm/min)或可靠的振动承载力公式计算的承载力作为校核。
   (四)静力压桩
    静力压桩采用静压力将桩压入土中,即以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力,适用于高压缩性粘土或砂性较轻的亚粘土层。
   (五)水中沉桩
     在河流较浅时,一般可以搭设施工便桥、便道、土岛和各种类型的脚手架组成的工作平台,其上安置桩架并进行水中沉桩作业。在较宽阔的河中,可将桩安设在组合的浮体上或固定平台,亦可适用专门打桩船。此外还可采用:
     1、先筑围堰后沉桩基法:一般在水不深,桩基临近河岸时采用;
     2、先沉桩基后筑围堰法:一般适用于较深的水中桩基。
     3、用吊箱围堰修筑水中桩基法:一般适用于修筑深水中的高桩承台; 
     (2)管桩基础   

       由钢筋混凝土、预应力混凝土或钢制成的单根或多根管柱上连钢筋混凝土承台、支撑并传递桥梁上部结构和墩台全部荷载于地基的结构物。柱底一般落在坚实土层或嵌入岩层中。适用于深水、岩面不平整、覆盖土层厚薄不限的大型桥梁基
础。按荷载传递形式可分为端承式和摩擦式两种,在结构形式上与桩基相似,但多为垂直状。 

(3)沉井基础  

      又称开口沉箱基础,由开口的井筒构成的地下承重结构物。一般为深基础,适用于持力层较深或河床冲刷严重等水文地质条件,具有很高的承载力和抗震性能。这种基础系由井筒、封底混凝土和预盖等组成,其平面形状可以是圆形、矩形或圆端形,立面多为垂直边,井孔为单孔或多孔,井壁为钢筋、木筋或竹筋混凝土,甚至由刚壳中填充混凝土等建成。若为陆地基础,它在地表建造,由取土井排土以减少刃脚土的阻力,一般借自重下沉;若为水中基础,可用筑岛法,或浮运法建造。在下沉过程中,如侧摩阻力过大,可采用高压射水法、泥浆套法或井壁后压气法等加速下沉。

(4)地下连续墙基础 
      用槽壁法施工筑成的地下连续墙体作为土中支撑单元的桥梁基础。它的形式大致可分为两种:一种是采用分散的板墙,平面上根据墩台外形和荷载状态将它们排列成适当形式,墙顶接筑钢筋混凝土承台;另一种是用板墙围成闭合结构,其平面呈四边形或多边形,墙顶接筑钢筋混凝土盖板。后者在大型桥基中使用较多,与其他形式的深基相比,它的用材省,施工速度快,而且具有较大的刚度,目前是发展较快的一种新型基础。连续墙的建造是通过专门的挖掘机泥浆护壁法挖成长条形深槽,再下钢筋笼和灌注水下混凝土,形成单元墙段,它们相互连接而成连续墙,其厚度一般为0.3-2.0m,随深度而异,最大深度已达100m.

 (5)锁口钢管桩基础 
      由锁口相连的管柱围成的闭合式管柱基础。锁口缝隙灌以水泥沙浆,使管柱围墙形成整体,管内充混凝土,围墙内可填以沙石、混凝土或部分填充混凝土,必要时顶部可连接钢筋混凝土承台。
 

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