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桥梁施工技术 主讲人 王保群山东交通学院土木工程系 第四章桥梁基础施工 4 1概述桥梁基础是桥梁重要组成部分 是保证桥梁结构正常使用和耐久性的重要保证 据统计 结构物失事70 80 由于基础失败引起 史密斯分析世界百年来桥梁损坏原因 在143座损坏桥梁中 有70座是由于被洪水冲坏或其他水力问题引起的 我国自1930 1965年 有200多座被水冲坏 桥梁基础施工施工方案要根据地质条件 水文条件 结构体系 环境条件及施工条件综合考虑 一要保证自身安全可靠 二要保护环境 减少污染 4 2明挖扩大基础施工施工内容 定位放样 基坑开挖 基坑排水 基底处理 基础砌筑 浇注 基坑回填 一 基坑开挖定位放样开挖平面尺寸 基础尺寸 0 5 1 0 米 放坡宽度 4 2明挖扩大基础施工 二 陆地 旱地 基坑开挖1 坑壁不加支撑的基坑适用于垂直坑壁开挖 放坡开挖 机械与人工配合开挖 底部30cm人工开挖 基坑施工注意事项 1 基坑四周设截水沟 防止水沟渗水 避免冲刷坑壁 影响坑壁稳定性 2 坑壁边缘留护道 静荷载距坑壁边缘0 5m 动荷载距坑壁1 0m 3 观察坑壁边缘是否开裂 松散塌落 保证安全 4 连续施工 5 机械开挖至坑底 预留30cm人工开挖 6 避免雨季施工 7 基坑减少暴露时间 避免影响地基承载力 8 及时回填夯实 安全事故案例 2 坑壁设支撑的基坑开挖 1 挡板支撑 图4 3 图4 6 分直衬板式 横衬板式 框架式 锚桩式 锚杆式 斜撑式等 根据土质情况 一次或分次开挖 每次开挖深度小于2m 2 混凝土护壁支撑 喷射混凝土 浇注混凝土 混凝土护壁适用于除流砂及呈流塑状态的粘土外的各类土的开挖防护 特别适用于较大直径 较深基坑的圆形或椭圆形基坑 混凝土坑壁厚度 d ead 2 喷射混凝土护壁厚度5 8cm 深度 10m 渗水地段处理措施 1 每层开挖深度不大于0 5m 汇水坑设在基坑中心 2 开挖含水层时 一般扩挖0 4m 石料码砌 表面喷射厚度5 8cm混凝土 3 流砂 淤泥等夹层 可采用打设木桩 表面张挂铁丝网 竹筋后喷射混凝土 现浇混凝土护壁 1 每次施工深度1 1 8m 2 上下层预留0 2m浇注口堵塞 3 混凝土壁厚8 15cm 三 水中基础的基坑开挖围堰施工围堰的一般要求 1 围堰顶宜高出施工期间最高水位70cm 最低50cm 用于防御地下水时宜高出水位或地面20 40cm 2 围堰外形应适应水流排泄 尽量减少压缩河床断面 以免造成雍水危及围堰安全和影响通航 导流 3 围堰要防水严密 减少渗漏 围堰外边坡采取防冲刷措施 4 围堰一般安排在枯水季节施工 一 土石围堰 图4 8 图4 9 适用范围 水浅 流速小 河床土层为不透水层 当流速大于0 7m s时 可采用草袋围堰 草袋围堰应交错码砌 自上游开始 下游合拢 二 木笼围堰或竹笼围堰 图4 10 适用范围 深层裸露河床不宜打桩或流速较大水深在1 5 4 0m情况 构造 用方木 圆木或竹材叠成框架 内填土石要求 稳定性 一般宽度大于0 6倍水深 土石围堰 筑岛施工 筑岛施工 三 钢板桩围堰 图4 12 适用范围 适用于水深10 30m的土层 砾石 卵石层 软岩等 钢板桩锁口形式 阴阳锁口 环形锁口 套形锁口 图4 11 施工注意事项 1 具有可靠导向设备 保证垂直沉入 2 逐根插打到稳定深度后再依次打入设计深度 3 插打顺序 自上游分头向下游插打 在下游合拢 4 注意锁口及时用黄油和棉花捻缝 防止渗水 5 当水深较深时 采用围囤作为定位和支撑 封底混凝土浇注 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩锁口 四 套箱围堰 图4 13 适用范围 埋置不深的水中基础或承台 材料 木板 钢板 钢丝网水泥板制成 施工顺序 施工准备 制作 就位 下沉 清基 浇注水下混凝土 注意事项 1 就位准确 2 可靠承受水压力 3 垂直就位 4 基底检验合格后浇注水下封底混凝土 套箱围堰 套箱围堰 四 基坑排水 一 渗水量计算 二 基坑排水1 集水坑排水法 表面排水法 适用于除严重流砂以外的各种土层 2 井点排水法适用于流砂严重 地下水位高 挖基较深 坑壁不稳定 普通排水难以解决时采用 包括轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点 深井泵等 井点排水法 井点排水法 3 其他排水方法对土质渗透性较大 挖掘较深的基坑 可采用板桩法或沉井法 帷幕法 将基坑周围土层硅化 沥青灌注法及冻结法处理后形成不透水的帷幕 五 基底检验与处理 施工技术规范 规定 基坑开挖并处理完毕后 应首先由技术人员自检并报请检验 确认合格后填写地基检验表 经检验签证的地基检验表由施工单位保存作为竣工交验资料 未经签认 不得砌筑基础 检验目的 确定地基容许承载力 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 倾覆等病害 检验内容 平面位置 尺寸大小 基底标高 土质均匀性 地基稳定性 承载力 基底处理和排水情况 施工日志 试验资料等 地基承载力检测方法 1 标准贯入试验 2 静载试验 3 规范法 室内试验 查承载力指标 4 理论计算法 5 参照法地基处理方法 表4 14地基加固方法 换填 砂砾垫层 砂井 排水塑料板 石灰桩 真空预压 粉体深层搅拌加固 旋喷桩 粉喷桩 等 六 基础圬工浇 砌 注分无水砌筑 排水砌筑和水下灌注 1 无水砌筑 无水状态下砌筑 2 排水砌筑 边排水 边砌筑 要求水流不能冲刷混凝土 避免将砂浆带走 待混凝土或砂浆凝固后方能允许浸水 3 水下灌注 直升导管法浇注混凝土 分为水下封底和水下浇注混凝土两种方式 水下封底混凝土起到封闭渗水的作用 不作为混凝土的一部分 水下浇注混凝土为结构实体 1 水下封底混凝土厚度保证封底混凝土重量 混凝土与套箱壁粘结力的合力与水的浮力保持平衡 xf c ux w h x f x h c2 水下浇注混凝土小体积混凝土采用单导管浇注 大体积混凝土采用多根导管同时浇注 或分层分段浇注 按照先低后高 先周围后中间的次序并保持相同标高 以保证混凝土充满基底全部范围 导管法浇注水下混凝土注意事项 1 导管使用前进行试拼并进行水密性试验 防止渗水 2 混凝土具有良好的流动性 按照水下混凝土配比进行设计 3 浇注连续性 保证正常埋置深度 0 5米 4 混凝土流动半径选择 3 4米 5 水下浇注混凝土基础注意预留锚固钢筋 地基加固实例 方法 1 换填法 2 挤密法 3 胶结土法 4 土工聚合物法 4 3桩与管柱基础施工桩基础分类 按照材料分类 木桩 钢筋混凝土桩 预应力混凝土桩 钢桩按照制作方法 预制桩 钻 挖 孔灌注桩按照施工方法分类 锤击沉桩 振动沉桩 射水沉桩 静力压桩 就地灌注桩等 一 沉入桩基础类型 钢筋混凝土桩 预应力混凝土桩截面形式 实心方桩 空心管柱 离心成型 技术参数 表4 20制作要求 1 主筋接头采用对焊接头 2 螺旋筋或箍筋与主筋焊接或帮扎牢固 3 预应力筋先对焊 后冷拉 4 法兰盘应与钢筋焊接 5 混凝土由桩顶向桩尖连续浇注 不得中断 质量标准 1 表面平整无蜂窝 麻面深度不得超过15mm 2 桩棱角碰损深度10mm 总长度小于50mm 3 桩身钢筋不得外露 4 预应力混凝土桩不得有裂缝 钢筋混凝土裂缝宽度不得大于0 2mm 长度不得超过边长2倍 圆形为直径的2倍 一 锤击沉桩1 适用范围 中密砂类土 粘性土 桩径小于0 6m 入土深度40m左右 2 沉桩设备 桩锤 桩架 动力装置 3 主要参数锤重与桩重的比值 表4 26桩锤的冲击能 e 250p p 设计荷载 适用系数 k q q e k的取值 双动气锤 5 0 单动气锤 3 5 垫锤 2 0 4 施工要点 1 打桩前设备检查 2 桩锤 桩帽与桩桩中轴线垂直 3 严格控制桩锤的动能 4 沉入度控制 5 打桩过程防止产生倾斜 位移 6 出现严重回弹现象 桩身开裂 变形 地面严重隆起时应停止打桩查明原因 7 沉桩过程严格控制桩位和垂直度 倾斜度 5 锤击沉桩停锤标准 1 桩尖为硬塑粘性土 碎石土 中密以上的砂土或风化岩层时 桩尖大入该层 贯入度达到控制贯入度 2 当贯入度达到设计控制贯入度 而桩尖未达到设计标高时 应继续锤击0 1m 无异常变化时可停止锤击 3 设计桩尖为一般粘性土或其他松软土层时 以标高控制为主 贯入度校核 当桩尖达到设计标高 而贯入度仍较大时 继续锤击至控制贯入度 4 同一桩基础 各桩贯入度大致接近 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1 适用范围 砂夹软石层或坚硬土层 射水为主 锤击或振动为辅 亚粘土或粘土层 锤击或振动为主 射水为辅 适当控制射水时间和水量 湿陷性黄土 不宜采用射水沉桩 不论采取何种射水施工方法 在沉入最后阶段至设计标高1 1 5m时 停止射水 锤击或振动至设计标高 预制钢筋混凝土桩或预应力混凝土桩 采用射水配合沉桩时 宜采用低落距锤击 避免射水后桩尖支承力不足 桩身产生超过允许的拉应力 2 射水设备水泵 水源 输水管路 射水管 3 施工要点 1 吊装基桩时防止输水管路短裂和脱落 2 开始采用较小水压依靠自重下沉 3 桩身下沉稳定后 逐步加大水压和锤的冲击动能 4 沉桩至设计标高一定距离 2米以上 停止射水 拔出水管 锤击或振动至设计标高 三 振动沉桩1 适用范围 砂质土 硬塑及软塑的粘性土 中密及较松散的碎 卵石类土 对软塑类粘土及饱和砂质土 当基桩入土深度小于15m时 可只采用振动沉桩机 2 施工要点 1 振动沉桩机 机座 桩帽连接可靠 2 沉桩与桩中心线一致 3 沉桩作业一次完成 不可中途停顿 以免土层的摩阻力恢复 增加下沉难度 4 停振标准 以桩尖标高控制为主 最终贯入度或承载力作为校核 四 静力压桩1 适用范围高压缩性粘性土或砂性较轻的亚粘土层 2 控制要点 1 设计承载力大于压桩阻力40 2 压桩连续作业 减少停顿次数和时间 3 桩尖接近设计标高时严格控制压进速度 4 发现初压时桩尖产生过大的走位 倾斜或沉桩过程桩身倾斜或下沉速度过快以及压桩阻力剧增或压桩设备倾斜等情况时 应暂停施工 分析原因处理 五 水中沉桩1 先筑岛围堰后沉基桩法2 先沉基桩后筑围堰法3 吊箱围堰修筑水中桩基法沉桩允许偏差 1 倾斜率 竖直桩1 倾斜桩0 15th 2 承台平面位置 边桩0 25d 中间桩0 50d 3 帽梁低排架 纵轴50mm 横轴40mm 4 承台边缘至桩间净距 0 25 0 50 mm 二 就地灌注混凝土桩基础钻孔灌注桩最早始于20世纪50年代 河南人工推钻 发展到目前冲抓钻 冲击钻 循环钻 潜水钻 齿轮钻 旋挖钻等多种钻孔方式 钻孔直径大3 0米 深度达100多米 一 钻孔灌注桩施工工艺桩位放样 场地整平 埋设护筒 安装钻机 钻孔 拌制泥浆 清孔 成孔检测 下放钢筋骨架 浇注水下混凝土 成桩检测 1 埋设护筒作用 保护孔口防止孔壁坍塌 固定桩位作为钻孔导向 隔离地表 地下水 材料 钢护筒 钢筋混凝土护筒 2 泥浆制备作用 悬浮钻渣 泥浆护壁 增大孔内静水压力 隔断孔内外水流通道 防止塌孔 泥浆指标 相对密度 粘度 静切力 含砂率 胶体率 失水率 酸碱度3 成孔方法 1 沉管成孔 2 钻孔成孔 正循环 反循环 潜水钻 冲抓钻 冲击钻 齿轮钻 旋挖钻等 3 人工挖孔 4 清孔及成孔质量检测 清孔目的 减小孔底沉淀层厚度 保证承载力 成孔检测项目 孔位 孔深 孔形 孔径 倾斜度 泥浆相对密度 孔底沉淀层厚度等 钻孔事故处理 常见质量事故 坍孔 钻孔偏斜 扩孔与缩孔 钻孔漏浆 吊钻落物 糊钻 梅花孔 卡钻 钻杆折断等 处理方法 1 坍孔 一般采用回填重钻 当深度不深时可以深下护筒 夯实四周处理 2 孔位偏斜 反复扫孔 严重时 回填重钻 3 扩孔 护壁不及时 对承载力无影响 缩孔 钻头磨损 膨胀土吸水膨胀 4 钻孔漏浆 护筒四周重新回填 增加埋置深度 加大泥浆稠度等措施 5 梅花钻 钻锥转向失灵 泥浆太稠 旋转阻力太大来不及旋转形成 6 糊钻 埋钻 粘性土稠度太大易造成糊钻 降低泥浆稠 砂性土塌孔易埋钻 吸泥机吸出泥砂后提锥 7 卡钻 冲击钻钻头卡在岩体内 可采用小型冲击锥冲击后提钻 8 吊钻落物 打捞 下放钢筋骨架定位准确 满足钢筋帮扎的要求 5 灌注水下混凝土直升导管法质量要求 1 强度不小于设计值 2 桩身完整性检测 要求桩身混凝土无断层 夹层 混凝土严重离析 严重缩径等缺陷 检测方法 钻芯法 3 5 且不少于2根 一般验证 无破损检测 反射波法 机械阻抗法 超声检测法等 3 桩头质量与预埋钢筋设置质量 三 管柱基础适用情况 水文地质复杂 水深岩面不平 无覆盖层或覆盖层很厚时采用 我国使用情况 武汉长江大桥 南京长江大桥等 深度达70m 直径5 8m 国外日本应用最广 直径达10 0m 管柱基础组成 承台 多柱式柱身 嵌岩桩基 管柱组成 管柱体 连接法兰盘 管靴 柱体类型 钢筋混凝土 预应力混凝土 钢管柱钢筋混凝土管柱 使用于入土深度不大于25m 预应力混凝土管柱入土深度大于25m 但制造工艺复杂 管柱下沉方法 根据覆盖土层和深度选择施工方法 1 振动沉桩机振动下沉 2 振动于管内挖土下沉 3 振动配合吸泥机下沉 4 振动配合射水 射风 吸泥下沉施工顺序 管柱制作 下沉 钻岩 清孔 安放钢筋骨架 填充水下混凝土 施工质量控制 1 钢筋骨架埋设符合设计要求 2 导管法浇注混凝土 连续施工 防止坍孔 串孔 填充混凝土强度比管柱体混凝土高20 保证钻孔混凝土与孔底岩体粘结良好 浇注前应采用高压射水 射风或其他方法冲起残留物 在沉淀物未沉淀前浇注 导管埋置深度大于1 0m 质量标准 1 混凝土强度符合设计要求 2 选取10 进行钻探检查 检查深度大于孔深0 5m 3 混凝土与岩层间无残留物 且粘结良好 4 混凝土取芯芯样外观良好 取芯率大于10 4 4沉井基础施工特点 整体性强 稳定性好 刚度大 承载力高 本身既是基础又是施工过程挡土 防水围堰结构物 施工设备简单 施工方便 适用情况 表层地基承载力不足 地下深处有较好的持力层 或山区河流冲刷大 或河中有较大卵石不宜桩基础施工 或岩层表面较平坦 覆盖层不厚 但水深较