橋梁基礎設計與施工技術研究

張立群

(浙江龍翔建設有限公司,浙江溫州 325402)

橋梁基礎設計與施工技術研究

張立群

(浙江龍翔建設有限公司,浙江溫州 325402)

在橋梁基礎工程設計施工中,由于其所處環(huán)境的復雜性,會受到各種外界因素的影響。為了保證橋梁基礎的施工質量,需要對其進行合理的設計,并使用合理的施工技術?；诖?對橋梁基礎設計與施工技術進行研究探討。

橋梁基礎;設計;施工;鉆孔灌注樁

1　案例介紹

某橋梁工程的主橋分別由兩個T構組成,其中兩邊跨分別為125 m,主跨為230 m,橋面寬度為42 m。橋梁的寬度和跨徑均處于國內同類型橋梁的前列。兩個承臺之間的距離為1.6 m,承臺施工水位為62.5 m,承臺頂面的高程為62 m。橋墩所在河床表層屬于砂夾卵礫石、粉石,底層為泥巖夾粉巖。

2　橋梁基礎工程的設計特征

(1)橋梁基礎工程將群樁深基、大跨、長集于一體，具有很高的科技含量,125 m+230 m+l25 m連續(xù)剛構是主橋一聯(lián)采用的，主墩樁基共32根,長度分別為77 m、70 m。

(2)結構混凝土的數(shù)量比較多，一部分的結構是大體積的混凝土。該橋梁混凝土的澆筑量約為10萬m3，其中19.9 m×19.9 m×5 m是主橋的承臺結構尺寸，屬于大體積的混凝土。 澆筑溫度是施工過程必須要嚴格控制的，保證混凝土內外的溫差與規(guī)范要求相一致，大體積混凝土的質量可以得到保障。

(3)主跨橋墩的施工是深水墩施工，施工要求安全性高、環(huán)保、質量高,深水中墩是主橋10#墩，水深13 m左右，深水高樁承臺作為承臺， 進行施工時設計鋼板樁圍堰,但是施工的技術難度系數(shù)高，需要很好地保護環(huán)境。

3　大橋基礎設計方案選擇

在選擇橋梁基礎類型時,首先要分析橋梁所在位置的自然因素、氣象因素以及地質水文因素,在進行綜合對比后,選擇出合理的施工方案。參考以往的施工經驗,當水下持力層深入10 m以內時,最經濟的施工方式是使用防水圍堰抽水。當水下持力層深入在30 m以內時,使用樁基礎的經濟性最佳「1]。因此,在常規(guī)的水文條件下,持力層的深度大于10 m時,一般會選擇造價相對較低的管柱基礎和樁基礎。但在深水環(huán)境中,由于水流所產生的水平力比較大,因此需要使用沉箱、沉井之類的重力基礎才可以達到建筑物對剛度的要求。該工程經過綜合對比后,最終使用經濟性更佳的橋梁深水樁基礎進行施工。和沉井、沉箱基礎相比,具有以下優(yōu)點。

(1)沉入的深度方面:與沉井、沉箱相比,樁基所需下沉的深度相對較小。

(2)用料:樁基與沉井、沉箱的深度相同時，與沉井、沉箱相比,樁基基礎的用料比其少用40%～60%,所以通常樁基的造價與沉井、沉箱相比要低一些。

(3)剛度:樁基也存在一些缺點,與沉井、沉箱相比,樁基的剛度基礎小,特別是流動的速度大。

(4)基礎底的拉力(由抵抗力矩或水平力產生)使基礎牢固地嵌固在地基中。

4　深水樁基礎施工技術

該橋梁工程9#墩由31根直徑為2.0 m、長度為77 m的深水樁構成,是該工程中施工難度最大的基礎工程。由于水比較深,基礎質量很難保證,對整個項目的進度和質量均有影響。因此,以9#墩為例,對深水樁基礎的施工技術進行探討。

4.19#墩鉆孔的施工措施

4.1.1搭設施工平臺

按照橫向布置的方式,使用4臺回旋鉆機進行承臺施工,使用厚度為10 mm的鋼管樁進行施工。使用15 cm×15 cm的方木組成施工平臺,并將施工平臺高程控制在65.5 m,如圖1所示。

圖1　9#墩施工平臺的搭設(單位:cm)

進行鋼護筒的定位。使用厚度為10 mm的鋼板來制作鋼護筒,護筒的長度為18 m，直徑為2.4 m，一共有10根,使用導向護筒進行就位鋼護筒、鉆機就位成孔的固定平臺,要保證固定平臺的整體性以及剛度,達到鉆機成孔的基本要求。將導向架安裝在固定平臺上,然后按照設計要求下沉護筒。使用型鋼和護筒的上端進行連接,用泥漿槽將臨近的護筒連接成一個整體。為了避免對水體造成污染,使用運輸船將多余的沉渣和泥漿運輸?shù)街付ǖ奈恢谩?]。

4.1.2鉆孔灌注樁施工

(1)檢修設備和試運轉后再進行鉆機的就位工作,就位后與泥漿循環(huán)系統(tǒng)連接好，把泥漿泵開動保持泥漿循環(huán)2～3 min，然后開始鉆孔工作。小沖程是沖擊鉆孔時較適合使用的，如果孔底在處于護筒腳下3～4 m， 沖程加大的幅度可根據(jù)實際情況調整,進行鉆進時要及時對護筒及成孔情況進行檢查，對鉆碴進行分析， 鉆進方式和泥漿參數(shù)可以根據(jù)需要調整，同時專門記錄,根據(jù)具體情況解決鉆孔事故。

(2)成孔。用自制籠式鋼筋檢孔器進行檢查,成孔檢測使用標準測錘。

(3)清孔。檢查完終孔,若合格則利用抽漿法進行第一次清孔工作,將鋼筋籠及導管安裝， 用高壓射風噴射法進行二次清孔工作,然后進行灌注水下硅操作，清孔的標準與設計或規(guī)范相符。

(4)鋼筋籠的吊放。按設計規(guī)范制作鋼筋籠及檢測管,鋼筋籠的吊放需要用浮吊分段進行操作,完成孔內焊接后進行定位吊放。

(5)安裝導管。導管選用300 mm快速接頭導管，完成水密試驗后,使用鉆機機架或浮吊吊放入孔。

(6)水下混凝土的灌注。利用商品混凝土，用設置在棧橋橋頭的4臺HBT60輸送泵灌注9#墩,混凝土性能指標需要與水下混凝土灌注的需要相一致。

必須嚴密組織，緊湊、連續(xù)地進行導管法灌注水下混凝土，切忌中途停工。導管埋入混凝土的深度大于1 m是首批混凝土灌注的高度,完成首批混凝土灌注后，對探孔內混凝土面的高度進行測試，對管埋置的深度進行計算，如果與要求一致就可以正常灌注。灌注時派專門人員對管內混凝土下降與孔內水位升降的情況密切觀察，對孔內混凝土面高度及管內外混凝土面高差及時測量，正確指揮導管提升和拆除，對水下混凝土灌注記錄認真填寫。

4.29#墩承臺施工操作

9#墩的施工水深為13 m左右，承臺底與河床的距離為7.6 m左右，是深水高樁承臺，承臺輪廓呈矩形且尺寸較大，與圓形圍堰相比，其不能形成穩(wěn)定的受力結構以抵抗外力。如果將普通的鋼板樁作為圍堰，其內撐的密集程度導致施工不能進行，并且因為較深的插打與抽水深度，較大的內外水側壓力，鋼板樁圍堰的抗彎模量與截面抵抗矩之間的矛盾越來越大;如果用鋼套箱作為圍堰，則需要大量的鋼材、大型施工場地及大型運輸「3]。由于受限于通航條件及浮吊設備,大型拖船及浮吊設備很難到達橋墩的施工地點，所以選擇鋼套箱圍堰也很困難。通過反復比較方案,最終確定了鎖口鋼管樁的圍堰方案， 如圖2所示,特點表現(xiàn)如下。

圖2　圍堰斷面圖(單位:m)

(1)截面的強度與剛度都比較大，支撐比較簡單。

(2)施工的速度較快，便于制作加工與安裝下沉，工藝簡易，不需要大型的機具設備和大型的浮運設施。

(3)各種復雜的地質、地層都可以利用。相關地質資料顯示，在該地區(qū)地質可以進行鋼管樁的插打操作。

(4)結構形式簡單靈活，各種形狀的水下承臺基礎形式都可以使用此方案。

(5)具有可重復利用性,很經濟實用。將鋼管樁拔出后， O#塊支撐架、跨路、跨防洪堤支撐柱都可以用其做成,此外,深基坑開挖支護也可以選擇它，具有很高的利用價值。

4.3鎖口鋼管樁圍堰施工

鋼管樁使用不等邊角鋼和螺旋管加工制成,加工過程中對精度要求比較高,尤其是母扣和公扣的軸線要成180。,轉角成90。,鋼管和角鋼之間使用雙面滿焊。為了提升公扣和母扣之間的強度,要使用一個加強鋼板焊接在公扣和母扣的兩側,板厚要大于1 cm。在安裝鋼管樁時,要保證第一根鋼管和地面保持垂直,并且位置準確。在進行安裝時,要先將導向架定位好,然后順著導向架對鋼管樁進行插打。安裝好第一根鋼管后,在其兩側安裝定位架,并順著同一個方向順次進行插打。由于圍堰很大,各個鋼管樁之間的誤差也很大,所以,要處理好封口鋼管。在大到封口位置后,要將各個封口之間的距離測好,然后加入一兩根鋼管調節(jié)各個鋼管樁之間的距離,確保鎖口可以順利完成。

4.4鎖口灌漿

在整個施工過程中,鎖口灌漿是一個非常重要的環(huán)境,灌漿質量對圍堰止水有非常大的影響。在進行鎖口灌漿時,首先要保證布袋過程中不出現(xiàn)絞纏,布袋的長度要可以保證灌漿工作一次到位。布袋的口徑要超出鎖口的口徑,使用防水油布來加工布袋。在進行灌漿時,要嚴格按照試驗的配比來進行制作,使用特制的漏斗進行灌注,控制好灌注速度,不宜太快,要注意對灌漿的速度和稠度進行觀測,出現(xiàn)問題后立即進行處理。

4.5澆筑封底混凝土

封底混凝土主要作用是將承臺底部的滲水通道封住,并承擔上部承臺的重量。在進行封底之前,要先使用砂礫石填充到圍堰內,填充高度為7 m。慮到水下整平難度大,所以使用干封的方法進行施工。首先將圍巖中的水抽干,然后使用機具整平,在圍堰兩角將集水坑預留出來進行抽水,不要一次性將底封好,將水庫所在位置預留出來,以達到降低水壓力的目的。當混凝土達到強度要求后,對集水坑進行集中封堵。

5　結語

本文以實際工程為例,對橋梁基礎設計進行了分析探討。并選擇具有代表性的9#墩對基礎施工進行了詳細介紹。施工完成后,對樁基的質量進行了檢測,檢測證明,樁基達到了使用要求,施工效果良好。

「1] 高策，薛吉崗.鐵路橋梁結構設計規(guī)范由容許應力法轉換為極限狀態(tài)法的思考「J].鐵道標準設計，2012(2):41-45.

「2] 李元松，夏進，余順新，等.中歐規(guī)范關于基樁承載力確定方法的比較「J].武漢工程大學學報，2012(2):44-49.

「3] 周峰.關于橋梁樁基礎鉆孔灌注樁施工技術的探討「J].中國城市經濟，2011(23):211-211.

U445.55

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1009-7716(2015)12-0112-03

2015-07-30

張立群(1965-),男,山東泰安人,工程師,從事建筑工程技術工作。