張立群

(浙江龍翔建設(shè)有限公司,浙江溫州 325402)

橋梁基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)研究

張立群

(浙江龍翔建設(shè)有限公司,浙江溫州 325402)

在橋梁基礎(chǔ)工程設(shè)計施工中,由于其所處環(huán)境的復(fù)雜性,會受到各種外界因素的影響。為了保證橋梁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量,需要對其進(jìn)行合理的設(shè)計,并使用合理的施工技術(shù)?；诖?對橋梁基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)進(jìn)行研究探討。

橋梁基礎(chǔ);設(shè)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(gòu)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(nèi)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(chǔ)工程的設(shè)計特征

(1)橋梁基礎(chǔ)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(gòu)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(jié)構(gòu)混凝土的數(shù)量比較多，一部分的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尺寸，屬于大體積的混凝土。 澆筑溫度是施工過程必須要嚴(yán)格控制的，保證混凝土內(nèi)外的溫差與規(guī)范要求相一致，大體積混凝土的質(zhì)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(zhì)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(jìn)行施工時設(shè)計鋼板樁圍堰,但是施工的技術(shù)難度系數(shù)高，需要很好地保護(hù)環(huán)境。

3　大橋基礎(chǔ)設(shè)計方案選擇

在選擇橋梁基礎(chǔ)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(zhì)水文因素,在進(jìn)行綜合對比后,選擇出合理的施工方案。參考以往的施工經(jīng)驗(yàn),當(dāng)水下持力層深入10 m以內(nèi)時,最經(jīng)濟(jì)的施工方式是使用防水圍堰抽水。當(dāng)水下持力層深入在30 m以內(nèi)時,使用樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)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(chǔ)和樁基礎(chǔ)。但在深水環(huán)境中,由于水流所產(chǎn)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(chǔ)才可以達(dá)到建筑物對剛度的要求。該工程經(jīng)過綜合對比后,最終使用經(jīng)濟(jì)性更佳的橋梁深水樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工。和沉井、沉箱基礎(chǔ)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(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(chǔ)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(diǎn),與沉井、沉箱相比,樁基的剛度基礎(chǔ)小,特別是流動的速度大。

(4)基礎(chǔ)底的拉力(由抵抗力矩或水平力產(chǎn)生)使基礎(chǔ)牢固地嵌固在地基中。

4　深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

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(gòu)成,是該工程中施工難度最大的基礎(chǔ)工程。由于水比較深,基礎(chǔ)質(zhì)量很難保證,對整個項(xiàng)目的進(jìn)度和質(zhì)量均有影響。因此,以9#墩為例,對深水樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)進(jìn)行探討。

4.19#墩鉆孔的施工措施

4.1.1搭設(shè)施工平臺

按照橫向布置的方式,使用4臺回旋鉆機(jī)進(jìn)行承臺施工,使用厚度為10 mm的鋼管樁進(jìn)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(shè)(單位:cm)

進(jìn)行鋼護(hù)筒的定位。使用厚度為10 mm的鋼板來制作鋼護(hù)筒,護(hù)筒的長度為18 m，直徑為2.4 m，一共有10根,使用導(dǎo)向護(hù)筒進(jìn)行就位鋼護(hù)筒、鉆機(jī)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(dá)到鉆機(jī)成孔的基本要求。將導(dǎo)向架安裝在固定平臺上,然后按照設(shè)計要求下沉護(hù)筒。使用型鋼和護(hù)筒的上端進(jìn)行連接,用泥漿槽將臨近的護(hù)筒連接成一個整體。為了避免對水體造成污染,使用運(yùn)輸船將多余的沉渣和泥漿運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢谩?]。

4.1.2鉆孔灌注樁施工

(1)檢修設(shè)備和試運(yùn)轉(zhuǎn)后再進(jìn)行鉆機(jī)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(hù)筒腳下3～4 m， 沖程加大的幅度可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,進(jìn)行鉆進(jìn)時要及時對護(hù)筒及成孔情況進(jìn)行檢查，對鉆碴進(jìn)行分析， 鉆進(jìn)方式和泥漿參數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)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(jìn)行檢查,成孔檢測使用標(biāo)準(zhǔn)測錘。

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

(4)鋼筋籠的吊放。按設(shè)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(jìn)行操作,完成孔內(nèi)焊接后進(jìn)行定位吊放。

(5)安裝導(dǎo)管。導(dǎo)管選用300 mm快速接頭導(dǎo)管，完成水密試驗(yàn)后,使用鉆機(jī)機(jī)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(shè)置在棧橋橋頭的4臺HBT60輸送泵灌注9#墩,混凝土性能指標(biāo)需要與水下混凝土灌注的需要相一致。

必須嚴(yán)密組織，緊湊、連續(xù)地進(jìn)行導(dǎo)管法灌注水下混凝土，切忌中途停工。導(dǎo)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(nèi)混凝土面的高度進(jìn)行測試，對管埋置的深度進(jìn)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(nèi)混凝土下降與孔內(nèi)水位升降的情況密切觀察，對孔內(nèi)混凝土面高度及管內(nèi)外混凝土面高差及時測量，正確指揮導(dǎo)管提升和拆除，對水下混凝土灌注記錄認(rèn)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(jié)構(gòu)以抵抗外力。如果將普通的鋼板樁作為圍堰，其內(nèi)撐的密集程度導(dǎo)致施工不能進(jìn)行，并且因?yàn)檩^深的插打與抽水深度，較大的內(nèi)外水側(cè)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(yùn)輸「3]。由于受限于通航條件及浮吊設(shè)備,大型拖船及浮吊設(shè)備很難到達(dá)橋墩的施工地點(diǎn)，所以選擇鋼套箱圍堰也很困難。通過反復(fù)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(diǎn)表現(xiàn)如下。

圖2　圍堰斷面圖(單位:m)

(1)截面的強(qiáng)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(jī)具設(shè)備和大型的浮運(yùn)設(shè)施。

(3)各種復(fù)雜的地質(zhì)、地層都可以利用。相關(guān)地質(zhì)資料顯示，在該地區(qū)地質(zhì)可以進(jìn)行鋼管樁的插打操作。

(4)結(jié)構(gòu)形式簡單靈活，各種形狀的水下承臺基礎(chǔ)形式都可以使用此方案。

(5)具有可重復(fù)利用性,很經(jīng)濟(jì)實(shí)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(hù)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(zhuǎn)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(qiáng)度,要使用一個加強(qiáng)鋼板焊接在公扣和母扣的兩側(cè),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(zhǔn)確。在進(jìn)行安裝時,要先將導(dǎo)向架定位好,然后順著導(dǎo)向架對鋼管樁進(jìn)行插打。安裝好第一根鋼管后,在其兩側(cè)安裝定位架,并順著同一個方向順次進(jìn)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(diào)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(zhì)量對圍堰止水有非常大的影響。在進(jìn)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(jìn)行灌漿時,要嚴(yán)格按照試驗(yàn)的配比來進(jìn)行制作,使用特制的漏斗進(jìn)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(jìn)行觀測,出現(xiàn)問題后立即進(jìn)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(dān)上部承臺的重量。在進(jìn)行封底之前,要先使用砂礫石填充到圍堰內(nèi),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(jìn)行施工。首先將圍巖中的水抽干,然后使用機(jī)具整平,在圍堰兩角將集水坑預(yù)留出來進(jìn)行抽水,不要一次性將底封好,將水庫所在位置預(yù)留出來,以達(dá)到降低水壓力的目的。當(dāng)混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后,對集水坑進(jìn)行集中封堵。

5　結(jié)語

本文以實(shí)際工程為例,對橋梁基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行了分析探討。并選擇具有代表性的9#墩對基礎(chǔ)施工進(jìn)行了詳細(xì)介紹。施工完成后,對樁基的質(zhì)量進(jìn)行了檢測,檢測證明,樁基達(dá)到了使用要求,施工效果良好。

「1] 高策，薛吉崗.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)換為極限狀態(tài)法的思考「J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012(2):41-45.

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

「3] 周峰.關(guān)于橋梁樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)的探討「J].中國城市經(jīng)濟(jì)，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(shù)工作。