桥梁装基础国内外研究的现状

国内外研究的现状【‘，建国so年来，我国在桥梁深水基础理论施工实践上有了很大的发展，如图1.1所示，19s7年建成的武汉长江大桥工程中摈弃了过去一直沿用的气压沉箱，首次采用了钢板桩管柱基础。管柱直径l.ssm，管柱北钻岩最大深度在水下39m左右。1968年建成的南京长江大桥工程也采用了这种技术形式，但管柱直径加大到3.60m。此外还采用钢筋混凝土沉井基础，解决了江心几个墩位处于基底软弱的问题。沉井刃脚下沉到施工水位下6sm，并通过了3sm厚的覆盖层，这是我国修建深水设置基础的首次尝试[2]0198s年建成的九江长江大桥基础工程中在部分基岩强度较高、覆盖层较薄的深水条件下独创性地采用双壁钢沉井围堰钻孔桩基础[[3]圆形的双壁钢结构与双壁内的水下混凝土可以共同承受较大的径向水压力，抽水水头达31.3m，可以全年抽水施工。由于围堰内无支持，简化了工序，并改善了施工条件。由于围堰结构形式一致，制造及拼装都很方便，因此国内多座桥梁的深水基础相继采用了这一结构形式。在199s年建成的武汉长江二桥工程中，由于基岩复杂，主塔墩也采用了双壁钢沉井围堰钻孔桩基础，桩径2.sm没，钻孔的最大深度达水下64m，此时转盘顶的高程为++32m，排渣高度达80m，采用了二层气室的方法，用反循环钻机施工[f}l。我国在沿海的裸露岩石上的深水桥墩施工也有成功的实例。如宁波大榭岛桥基础即为一例。此桥为公铁两用的PC梁桥，主跨达170mo该处水深潮急，风大浪高，施工条件十分恶劣。在水深约40m的裸露岩面上，以临时钢质施工平台完成了直径2.8m的钢护筒下沉及平台钻岩填充的任务。钻岩深达水下s2m左右。大岛桥的基础施工为我国在深水中修建桥梁基础获得了宝贵的经验。图1.1我国深水基础的发展示例Figer1.1ThedevelopmentofdeepwaterfundationinChina国外自1980年以来，在深水中及海峡地区修建了一些特大型桥梁。它们在深水基础上的主要动向十分明确，即向基础结构的大型化及整体化、施工工艺的工厂预制化及现场施工机械化的方向发展，这种基础称为设置基础(PlacedFoundation).其主要目的是在施工条件恶劣的桥址处尽可能地减少水上施工工作量和作业时间，提高工程质量并缩短工期。设置基础设计的主要原则是:(1)在各种不同的外力组合条件下，基底的合力在基底的截面核心范围之内，并满足地基承载能力及水平剪力的要求。(2)工程完成后地基的总下沉量及可能产生的不均匀下沉量在预计的允许范围之内。设置基础的主要施工工序为:①海底挖掘。一般采用大型挖泥船进行挖掘覆盖层和基坑的作业。目前国外的水下挖掘精度较高，日本的明石海峡桥2P及3P墩的挖掘精度在SOcm以内。如有突出的不平岩面则应在水中以定高程的方式爆破后再挖掘，一般只挖掘到设置基础可以支承的地基即可，不需要全部清基到未风化的岩面，这样可以节省不少挖掘工作量。②将预制好的基础部件用大型起吊设备或自浮运送到预定桥位后再精确下沉到设计位置。如日本的明海峡桥的主塔桥墩的设置沉井基础浮运到位后。在全国卫星定位系统(GPS)的配合下，用锚锭系统进行精确定位下沉，其平面位置精度达到Scm以内。设置基础就位后，即可在基础底部进行灌浆，或在沉井内以水下混凝土进行填筑，保证基础稳定地固着于深水下的地基上。然后进行基础外的回填防护及基础内舱的填充灌浆工作。当深水的覆盖层内无法选择适当的地基时，可先在深水中打入桩基，然后再在桩基上进行设置基础的施工。下面介绍国外的几座桥梁的实例:日本明石海峡桥(如图1.2)，它的主塔墩2P及3P为浮运钢沉井，其墩位处的水深为SOmo2P及3P主塔墩基础均为圆形双壁钢沉井，水深SOm以上，下沉就位后沉井内填充水下不离析混凝土。图1.2日本明石海峡桥丹麦大带海峡桥(如图1.3，其东桥中跨度达1624m的悬索桥上，主塔墩和锚墩均采用设置基础。锚墩的浮运沉井平面尺寸为54.Sm*121.Sm，墩位处水深约lOm。由于锚锭的设置沉井承受着主缆很大的水平拉力，所以不但沉井的纵向长度设计得较大，而且在沉井的后舱中填入了铁矿石及橄榄石，在地基处理上设置了前后2个有坡度的械槽以抵抗水平力。图1.3丹麦大带海峡桥丹麦、瑞典间的厄勒海峡桥(如图1.4)，此桥为公铁两用斜拉桥，主塔墩及引桥墩均为设置基础。图1.4丹麦、瑞典间的厄勒海峡桥加拿大的诺森伯兰海峡桥(如图1.5)，此桥为预应力混凝土箱梁桥，主桥桥孔为43*250m。桥墩采用设置基础，基底直径22m，基础及墩身分为两段安装，均为预制结构，在海平面处设有锥形破冰棱体。上部结构也是预制后整体安装的，用浮吊在桥位处进行安装。其最重预制件的起吊重量为8200t.图1.5加拿大的诺森伯兰海峡桥希腊的科林斯海湾桥(如图1.8)，此桥为结合型斜拉桥，桥墩基础采用设置基础形式。由于地基条件不理想持力层较6，故采用了先施打钢桩，然后在桩上安放设置基础的方法，每墩打入∮2m钢管桩400根。图1.6希腊的科林斯海湾桥(1)在全球卫星定位系统(GPS)的引导下用三角形钢塔在水下挖掘及清基后的石灰岩表面上设置3个混凝土支座(其尺寸引桥墩为1.5*1.Sm，主塔为2.5*2.Sm)。支座安放在18.5m深的水下，并以压浆的方式保证支座与石灰基岩稳固地连接，同时其顶面高程的误差不大于75mm(图1.4)0C2)主塔墩的设置基础平面尺寸为35*37m，高度为22m。设置基础的浮运和下沉就位是由用连接梁组合起来的两艘驳船进行的。驳船上安装了40组千斤顶及钢绞线提升设备进行下沉施工。主塔墩的设置基础自重20000t，扣除浮力8000t后，提升设备的起重能力为12000t。主塔墩的基础在干船坞预制好后由驳船运至桥址下沉，并设置到预定墩位的3混凝土支座上(如图1.7)。图1.7用三角形钢设置混凝土支座示意图引桥桥墩基础的设置与主塔墩类似，由于重量较轻，是用浮吊安装就位的。(3)进行基础及基岩间的压浆工作。12小时后水泥浆凝固，此时基础已支承在基岩上。然后在基础内的42个舱中按设计要求填入混凝土、铁矿渣、砂及橄榄石等压重材料，并在基础外回填防护。由以上的工序可以看出，目前国外的一些大型桥梁在水上是基础施工工作量已降至相当少的程度。这与今后的发展方向是相符合的。厄勒海峡桥主墩基础的设计与施工示意图