橋梁樁基施工研究

羅維

摘 要：橋梁以樁基支持結(jié)構(gòu)的方式，早在中國漢朝即有記錄。由于技術(shù)的進(jìn)步，樁基材料的選用，由天然的木材進(jìn)步到合成材料；樁基施工的方式，由純?nèi)肆粨暨M(jìn)化到利用各種打樁機(jī)及鉆掘機(jī)來完成樁基的施作。對于地下工程而言，從地層成因、取樣試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直至現(xiàn)場施工，每個過程均有許多的不確定性，且完成后的成品檢驗(yàn)大多屬于非破壞性檢驗(yàn)，不易獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此不論是設(shè)計(jì)規(guī)范或是技術(shù)叢書對于地下結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)，大多以經(jīng)驗(yàn)公式配合較大的安全系數(shù)來確保結(jié)構(gòu)的安全。而樁基的結(jié)構(gòu)行為，基本上是研究樁體與土壤間的互制行為，除考慮土層的力學(xué)特性、施工方式造成的應(yīng)力折減及地震時的動態(tài)參數(shù)等，配合承載結(jié)構(gòu)的荷重，設(shè)計(jì)出適合的樁基尺寸。而于海中、河道上等屬水中樁基施工工程，設(shè)計(jì)上除了上述需配合較大的安全系數(shù)以確保結(jié)構(gòu)安全外，施工上另需考慮與其他工項(xiàng)接口的配合與動線的整體規(guī)劃；基本上于水中樁基施工時承載搖管機(jī)上舉力等施工活載重與機(jī)具靜載重有回填土方及施工構(gòu)臺兩種工法。

關(guān)鍵詞：橋梁 樁基 施工 研究

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0068-02

以某水中基礎(chǔ)為例，因考量孔壁不崩坍、地下水位過高、上層地質(zhì)軟弱、施工空間所限等因素，在設(shè)計(jì)時即采用全套管樁基，以確保樁基及整個橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，以下將全套管樁基施工做簡單介紹：樁基是為工程界經(jīng)常采用的基礎(chǔ)形式之一，主要功用在于利用樁體與土壤間的互制力支持結(jié)構(gòu)體或?qū)⒑芍亟?jīng)由樁身穿過軟弱的地層而傳遞至承載層，以達(dá)到結(jié)構(gòu)安全的目的，部分樁基也可能為承受水平或上浮力而打設(shè)，或?yàn)楸苊鉀_刷影響而打設(shè)（橋梁）?；诮?jīng)濟(jì)性及設(shè)備操作簡易性的優(yōu)勢，國內(nèi)鉆掘式樁基普遍使用反循環(huán)樁基施工。其缺點(diǎn)包含：樁基垂直精度無法有效控制、樁基質(zhì)量不穩(wěn)定（坍孔）及穩(wěn)定液善后處理的環(huán)保問題。

后全套管樁基工最大特色是在樁基孔開挖過程中，同時將鋼制套管壓入土層內(nèi)，除借以保護(hù)孔壁不崩坍外，另可借由調(diào)整鋼套管來控制樁孔開挖的精度，除施工質(zhì)量穩(wěn)定外，無穩(wěn)定液善后處理問題。

1 全套管的施作原理

全套管樁基施工乃利用油壓靜態(tài)的方式將套管扭轉(zhuǎn)壓入土層中，借以保護(hù)孔壁避免坍塌，再利用旋鉆機(jī)鉆掘或用吊車配合抓斗取出管內(nèi)土石，反復(fù)壓入套管并持續(xù)挖掘或抓取土石，達(dá)到設(shè)計(jì)所要的深度后，清除樁底淤泥再予吊放鋼筋籠，使用特密管灌漿并將套管分段取出，直至混凝土澆注達(dá)到樁頭預(yù)定高程，完成樁體施筑[1]，具有低噪聲、低震動及低污染的特性，適合使用于各類工程的樁基礎(chǔ)施作。

2 施工所需作業(yè)空間

全套管樁基工法所需平面作業(yè)空間，從搖管機(jī)至吊車位置，約為直徑20m內(nèi)，因此在水中施工時若圍堰寬度不足，尚需考慮打設(shè)構(gòu)臺或其他方式以滿足作業(yè)平面空間；高度部分若無限高等特殊區(qū)域，考慮鋼筋籠、套管等高度，一般吊車標(biāo)準(zhǔn)高度約為27m，若有特殊限高其高度應(yīng)在9.5m以上。

3 圍堰填土工法

利用土石等材料于液體周邊填筑一高于液面的結(jié)構(gòu)，以防止或減低物體的進(jìn)出。圍堰用途非局限于水利工程類別。利用現(xiàn)在的玄武巖及珊瑚礁在潮間帶以人工堆棧筑成的捕魚石墻，作為一種海中捕魚陷阱，以防止或減低捕獲的魚只逃出。一般而言，圍堰施作的時機(jī)，多與水中施工有關(guān)，而圍堰的目的，即在構(gòu)筑一臨時性的截水墻，以較低滲透性的材料（如土石堰）減低滲流量，或利用貫入的壁體（如鋼板樁）增加開挖區(qū)的水力坡度。而對工程用途而言，水中施工常因動線、機(jī)具、進(jìn)度與安全性等綜合考量，而因地制宜采用圍堰或棧橋方式施作。圍堰的施作方式也由傳統(tǒng)的人工堆棧方式改為機(jī)械堆石或打樁機(jī)打樁方式施作，圍堰材料更擴(kuò)展至土石、鋼板樁、消波塊、沉箱等，讓設(shè)計(jì)者有不同的選擇。

目前圍堰工法與材料可有多種選擇，相對的結(jié)構(gòu)行為也呈現(xiàn)多種不同組合，以土石為材料而成的圍堰，多以重力式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；以鋼板樁方式施作，則以主被動土壓力計(jì)算結(jié)果，配合擋土支撐設(shè)計(jì)，相關(guān)論述多以施工技術(shù)角度探討[2]，以沉箱工法施作的圍堰，圍堰施筑完成，僅能阻絕或減低堰內(nèi)液體滲流速率，并未改變堰內(nèi)的工程條件。故仍須考慮堰內(nèi)水中施工的問題，圍堰填土即為解決堰內(nèi)水中施工的一種概念，工程師欲利用土石容易取得的特點(diǎn)，將堰內(nèi)的積水以機(jī)具抽排至堰外，再將具有承載能力的土石填筑于足夠抵抗側(cè)潰的堰內(nèi)，形成一種優(yōu)良的施工空間，此即于圍堰中填土的目的[3]。

3.1 圍堰填土的施作

圍堰內(nèi)填土可利用開挖后較適合土方，或于河中利用抽砂方式回填，唯回填時須將水位保持于回填面下，以保持土方的干燥，于面層再鋪設(shè)碎石級配等較堅(jiān)硬的承載層[4]，因主要運(yùn)輸?shù)缆方允褂檬┕け銟?，因此須妥善?guī)劃施工順序與施工動線[5]。

3.2 圍堰填土的應(yīng)用

圍堰乃利用土石等材料于液體周邊填筑一高于液面的結(jié)構(gòu)，以防止或減低物體的進(jìn)出，其概念廣泛應(yīng)用于漁撈、養(yǎng)殖業(yè)乃至工程界[6]。工程實(shí)務(wù)上對于圍堰的應(yīng)用多于河海工程，施作方式則以本研究所討論的填土與構(gòu)臺方式為主要模式；圍堰填土工法為利用土石或其他材料作為區(qū)隔兩側(cè)的堰堤，以填筑土石料后獲得固定且具有承載能力的施工空間。

4 施工構(gòu)臺工法

4.1 設(shè)置構(gòu)臺的目的

圍堰中設(shè)置構(gòu)臺的主要目的在于形成一種優(yōu)良的施工空間，作為后續(xù)水中施工的機(jī)具架設(shè)與材料運(yùn)輸?shù)膱龅豙7]。

4.2 施工構(gòu)臺的形式與結(jié)構(gòu)行為

施工構(gòu)臺為一臨時性結(jié)構(gòu)，乃利用鋼材的勁度，組合成一鋼接模式的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)行為與深開挖的擋土設(shè)施相似，其應(yīng)力-應(yīng)變分析，實(shí)為結(jié)構(gòu)與土壤互制行為的模擬，以前多以假設(shè)支點(diǎn)法進(jìn)行分析，隨著地下工程的興建，相關(guān)的研究與實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)累積，逐漸以計(jì)算機(jī)程序分析取代人工計(jì)算模式[8]，近年來常用的開挖軟件有RIDO、TORSA、SAP2000等。

5 結(jié)語

施工構(gòu)臺的施作步驟，基本上與施工便橋相同，依樁基施工時所需最大承載力，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，設(shè)計(jì)選用出立柱材料、貫入深度及其他縱梁、橫梁的材料，并依設(shè)計(jì)尺寸、跨距施工；與便橋最大差異為除提供運(yùn)輸?shù)缆吠?，施工?gòu)臺必須再考慮施工時的各項(xiàng)載重，因此所需荷重比便橋大得多，材料與尺寸相對也較大，又需足夠的空間放置機(jī)具，通常為一整個平面結(jié)構(gòu)，而一般便橋?qū)挾葍H為6～8m。

參考文獻(xiàn)

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