桥梁施工技术

1§2.3桩基础一、概述1.荷载通过桩壁的摩阻力和桩端承载力传递给土层2.采用桩基础的条件1)工程地质条件：覆盖层较厚，持力层较深，硬软互为夹层，基础沉降过大；2)水文地质条件：河床冲刷严重，地下水位较高；3)在地震区内：桩基础可穿越可液化土层，有利于消除地震影响。2.桩基础的分类按制作材料：木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢桩；按制作方法：预制桩、现场灌注桩；按桩身截面：方桩、圆桩、管桩；按施工方法：锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩、灌注桩几水中沉桩；按受力特点：柱桩、摩擦桩、竖直桩、斜桩、高桩承台、低桩承台。二、预制钢筋混凝土桩和预应力混凝土管桩1.预制桩特点：施工方便、现场或工厂批量生产；施工周期短；除噪声较大外，对周围环境污染小；单桩承载力较低，每个墩下桩数较多；桩顶易碎，桩身接头易成为折点；容易对地下管道或周围建筑物造成损害。2.预应力桩特点：混凝土采用高标号，截面采用空心管状，单桩承载力提高；穿越土层深度增加，用钢量较钢筋混凝土桩少；单价较高，和承台连接困难。23.锤击沉桩适用于中密砂类土、粘性土。通过锤击将预制桩送入地基中，穿越上部土层并达到设计深度，桩径不宜太大（不大于0.6m），入土深度在40m左右；沉桩设备：桩锤、桩架及动力装置；锤重的选择：按桩锤的冲击能：E=250PE：桩锤的一次冲击能（kN.m）P：单桩的设计荷载（kN）K=(Q+q)/EK：适用系数（双动汽锤及柴油锤不宜大于5.0，单动汽锤不宜大于3.5，坠锤不宜大于2.0）Q：桩锤重力q：桩重包括送桩、桩帽及桩垫的重力。锤击沉桩的停锤控制标准：桩尖标高达到设计标高，贯入度达到控制贯入度时；贯入度达到控制贯入度，未达设计标高，锤打10次(或30~50cm)，无异常；桩尖标高处为一般粘性土或松软土层，应以标高控制，贯入度作为校核；同一桩基中，各桩的最终贯入度应大致接近，避免不均匀沉降。桩的连接：单桩长由预制和起吊能力、桩身强度和沉桩设备限制；桩身连接：法兰盘接头、预埋钢板焊接接头；同一水平面内的桩接头数不得超过桩总数的1/4，法兰盘不受限制。桩架承担吊锤、吊桩、插桩、吊插射水管及桩在下沉过程中的导向作用等，桩架可用木料和钢材制作。34.振动沉桩将大功率的振动打桩机安装在桩顶，一方面利用振动来减少土对桩周壁的阻力，另一方面利用向下的振动力使桩沉入土中；适用于沙土；沉桩有困难时采用射水辅助振动沉桩。5.静力压桩采用静压力将桩压入土中；无振动、无噪音、对周围建筑影响较小；桩架高度限制，接头多。三、钻（挖）孔灌注桩就地浇筑桩系指采用不同方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋笼放入，灌注混凝土后形成桩基础。1.钻挖孔灌注桩的特点造价低、节省钢材，当持力层顶面起伏不平时容易处理；施工设备简单，操作方便，噪声小，对周围建筑物影响小，特别是地下管道和管线；钻孔壁容易坍塌，卡钻、掉钻，泥浆排放不当造成污染；灌注混凝土发生缩径、扩径、断桩等事故。适用于各种粘性土、砂性土也适用于碎、卵石类土和岩层；对于易坍孔的土质及可能发生流砂或有承压水的地基，施工难度较大。2.钻孔灌注桩的施工要点施工顺序为：埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清孔、钢筋笼制作与安放以及灌注水下混凝土。1).埋设护筒护筒的作用是固定桩位，钻孔导向；保护孔口，防止口土层坍塌；隔离孔内外表层水，保持孔内水位高出地下水位，增加孔内静水压力，稳定孔壁；4护筒一般为钢护筒，要求坚固耐用，可反复使用；流砂严重时，可采用接长护筒。2).制备泥浆泥浆在孔内产生较大的液压力，防止坍孔；泥浆向孔壁渗透，形成一层胶泥，稳定孔内水位，具有护壁作用；泥浆比重大，具有浮渣作用。3).钻孔经常使用的钻具有旋转钻、冲击钻和冲抓钻三种类型。旋转钻进成孔利用钻具的旋转，切割土体钻进，并在钻进的同时常采用循环泥浆的方法护壁排渣，钻进成孔。正循环：泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆带钻渣沿孔壁上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣沉淀而泥浆进入泥浆池循环使用；反循环：泥浆通过泥浆泵送入钻孔，然后从钻杆下口吸进，通过钻孔中心排到沉淀池和泥浆池；反循环钻机钻进及排渣效率较高，但接长钻杆麻烦，且易堵塞管路；冲击钻进成孔利用钻锥重量自由落体，不断提锥、落锥反复冲击孔底土层，把土层中的泥砂，石块挤向四壁或打成碎渣，随泥浆浮力排出碎渣。实心锥适用于漂石、卵石和软岩层；空心锥适用于其他土层。冲抓钻进成孔用兼有冲击和抓土作用的冲抓锥，靠冲抓锤自重冲下使抓土瓣的锥尖张开插入土层，然后提锥，使抓土瓣合拢抓出渣土，形成桩孔。孔深超过30m或孔内遇到漂石、大粒径卵石时，成孔困难。4).清孔、安放钢筋笼清除孔底沉淀的钻渣，尽可能地减少孔底沉淀层的厚度，以保证灌注的混凝土与持力层无夹层。抽浆清孔：空气吸泥机吸出含钻渣的泥浆；适用于孔壁不易坍塌的土层。换浆清孔：到达桩尖标高，不进尺，继续循环换浆；适用于各类土层的5摩擦桩。掏渣清孔：用掏渣筒掏清孔内粗粒径的钻渣。适用于冲抓、冲击成孔的摩擦桩。清孔完成后，应及时安放钢筋笼，钢筋笼完成后，须再次清孔。5).灌注水下混凝土将混凝土标高提高20%，坍落度宜在180cm~220cm；首批灌注的混凝土数量应保证将导管内的水全部压出；灌注混凝土应连续浇筑，并保证导管埋入混凝土内3~5cm，防止提升过快；灌注的桩顶标高应比设计标高预加一定的高度，此范围浮浆和混凝土应凿除。3.钻孔灌注桩的质量及质量标高1)钻孔灌注桩成孔的质量标准钻孔在终孔和清孔后，应使用仪器对成孔的孔位、孔深、孔形、孔径、竖直度（斜度）、泥浆相对密度、孔底沉淀厚度进行检验。2)钻孔桩水下混凝土的质量桩身混凝土强度；桩身无断层或夹层；钻孔桩桩底标高不高于设计标高，桩底沉淀厚度不大于设计规定；桩头凿除预留部分后无残余松散层和薄弱混凝土层；须嵌入承台内的桩头及锚固钢筋长度应符合要求。3)无破损检测法检测桩身混凝土质量钻芯取样法、超声波法、机械阻抗法、水电效应法。二、单桩承载力计算单桩承载力是由土对桩的支承能力、桩身材料强度以及上部结构所容许的桩顶沉降三方面所控制。1.按材料强度确定桩的竖向承载力当桩穿越极柔软土层，支承于岩层或坚硬的土层时，单桩竖向承载力往往由桩身材料强度控制。6[P]---计算的竖向承载力；φ---纵向弯曲系数，低桩承台取1，高桩承台按桩长与直径比值取；Ra---混凝土抗压设计强度，A---验算截面处桩的截面面积；R’g---纵向钢筋抗压设计强度，A’g---纵向钢筋截面面积；γb---桩的工作安全系数取0.95；γc---混凝土安全系数取1.25，γs---钢筋安全系数取1.25。2.按土阻力确定单桩竖向承载力强度、稳定性和变形均控制在容许范围之内。1).摩擦桩按《地基规范》建议公式如下：[P]---单桩竖向容许承载力(kN)，组合II、III、IV、V可提高25%；U---桩的周长(m)，按成孔直径计算或钻头直径增大(按有关规定)；li---桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度；τi---与li对应的各土层与桩侧的极限摩阻力(kPa)；A---桩底横截面面积(m2)，用设计直径计算；[σ0]---桩端处土的容许承载力(kPa)；h---桩尖的埋置深度(m)；k2---地面土容许承载力随深度的修正系数；γ2---桩底以上土的容重(kN/m3)；λ---考虑桩入土长度影响的修正系数；m0---考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数。)''11(ggsacbARARP)}3(]{[21][2200hkAmlUPii7算例：如图所示，某钻孔灌注桩采用旋转钻施工，桩径1.2m，河床地质为卵石，孔隙中填充砂，桩底地基土的基本承载力为[σ0]=600kPa，经测定桩底沉淀土厚度为48cm，试按《地基规范》法计算此桩的容许承载力。解：由于采用旋转钻施工故U=πd=3.14×(1.2+0.04)=3.89m；由h/d=12/1.2=10，查表得λ=0.7；由t/d=0.48/1.2=0.4，查表得m0=0.6；所以桩的容许承载力为[P]=0.5×3.89×12×160+0.7×0.6×3.14×0.6{600+10×(20-10)×(17-3)}=4684kN三、竖向荷载下群桩的受力分析1.群桩的共同作用1).柱桩群桩基础桩的承压面不重叠；群桩受力相当于单根桩之和。2).摩擦桩群桩基础承台及其底面土、桩间土、桩端以下土都参与工作，形成共同受力；群桩桩底水平面压力分布图的形状和大小相互叠加；由于土的沉降影响，群桩的承载力不同于单桩承载力之和；一般情况下，摩擦桩的群桩承载力小于单桩承载力之和。群桩的效率系数就是指群桩的极限承载力与群桩中各桩按独立单桩考虑的承载力之和的比值。8§2.4沉井基础一、概述沉井是一个由钢、混凝土或钢筋混凝土制成的井筒，沉井主要由井壁、刃脚和隔墙等组成。沉井基础适用条件：①表层地基土承载力不足，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便于桩基施工；②岩层表面较平坦，覆盖层不厚，但河水较深，即当水文地质条件不宜修筑天然地基和桩基时。沉井基础特点：①基础埋置深度可以很深，整体性强，稳定性好，刚度大，能承受较大荷载；②沉井本身既是基础结构的组成部分，又在下沉过程中起着挡土和挡水的围护作用，无需再另设坑壁支护结构等；③几个沉井同时施工，场地紧凑，所需净空高度低；④施工周期长；⑤粉沙类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；⑥遇大孤石、沉船、落梁、大树根或井底岩层表面倾斜过大，会造成困难。二、沉井的分类按施工方法：就地施工沉井，浮运沉井；按截面形状：圆形、矩形、圆端形；三、沉井的构造井壁、刃脚、隔墙井孔、凹槽、涉水管、封底和盖板；四、沉井施工1.陆地沉井施工91)第一节沉井制作2)拆模及抽除枕木3)挖土下沉4)封底、填充填料及浇筑顶盖板2.水中沉井施工1)筑岛法沉井施工2)浮运沉井施工10§2.5地下连续墙在泥浆护壁条件下，采用专用的挖槽（孔）设备，顺序沿着基础结构物的周边，在地基中开挖一个具有一定宽度与深度的槽孔，然后在槽内安放钢筋笼，浇筑混凝土，逐步形成的一道地下钢筋混凝土墙。一、地下连续墙的分类和特点1.分类按成槽机具：壁板式和桩排式按墙身材料：素混凝土和钢筋混凝土2.特点1)地下连续墙刚度大，强度高，变形小；2)施工时与沉井相比，对周围地基扰动小，现浇混凝土墙身与周围土体有较密切的结合，墙壁的摩阻力比沉井大，能承受较大的承载力；3)施工时所占空间比较小；4)对于泥浆护壁困难，土质渗透系数较大时，采用地下连续墙比较困难。二、地下连续墙的施工要点1.修筑导墙导墙断面有墙形、L形、倒L形、[形等。2.成槽成槽工艺是地下连续墙施工中最主要的工序。3.泥浆护壁与钻孔桩泥浆护壁是一致的。4.混凝土墙体浇筑成槽完成之后，应清底、吊放钢筋笼、连接接头和浇筑墙体混凝土。5.漕段的连接地下连续墙各漕段之间的连接接头既要满足受力和防渗水，又要施工简单，使地下连续墙形成整体。11第三章桥梁墩台§3.1概述桥梁墩台承担着桥梁上部结构所产生的荷载，并将荷载有效地传递给地基基础，起着“承上启下”的作用。桥梁墩台由主墩（台）帽、墩（台）身和基础三部分组成桥台是桥梁结构的起讫点，是衔接两岸路堤的构筑物。除了支承桥跨结构，还起挡土和承担台后土压力的作用。水中墩还要承受动水压力、静水压力、冰荷载、风力以及桥梁的偶然荷载。一、桥墩1.重力式桥墩特点：截面尺寸较大，实心截面，圬工量大，自身重量较重、刚度大、稳定性好；比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。适合于拱桥的下部结构。在有流冰的河道中实体墩能充分发挥其自身刚度大和稳定性好的优点。2.空心桥墩空心桥墩分部分镂空实体桥墩和薄壁空心桥墩。1).部分镂空实体桥墩镂空的目的是减少圬工数量，使结构更经济。2).薄壁空心桥墩采用混凝土构件，强度高，墩身壁较薄，标号一般为C20~C30壁厚一般在30~50cm3.柔性墩柱式桥墩称为柔性墩，适合桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和