第七章-其他基础与地基加固简介

桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介本章内容：第一部分：其它基础•主要介绍管柱基础，气压沉箱，简介组合基础、设置基础、地下连续墙基础和锁口钢管桩基础。第二部分：地基加固•主要介绍地基加固中的常用方法：换填法和夯实法；•简介其它地基加固方法，如挤密法，预压法等；•简介湿陷性黄土地基处理•简介冻土地区地基工程桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介第一部分：其它基础•主要介绍管柱基础和气压沉箱的构造、特点和施工步骤，根据工程实例简介组合基础，并对其他桥梁基础形式，如设置基础、地下连续墙基础和锁口钢管桩基础等作简介。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介我国首创（武汉长江大桥），日本使用较多，称多柱式基础。设备工艺逐步提高，形式由低承台发展到高承台及组合基础。大直径薄壁结构（比桩粗，比沉井细），直径1.5～7.0m。分为钢筋混凝土管柱（武汉长江大桥），预应力混凝土管柱（南京长江大桥8、9号墩基础）及钢管柱基础（武汉长江二桥8号墩基础）第一节管柱基础桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介武汉长江大桥管柱基础南京长江大桥8号墩管柱基础桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介一、管柱基础构造管柱基础的三个组成部分：承台、柱身和嵌岩柱塞。承台柱身嵌岩柱塞桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介一、管柱基础构造（1）承台承台位置：低承台、漫水高承台、出水高承台（日本常用）作用：联结管柱、分配及抵抗外力，构造基本同桩基承台。（2）柱身钢筋混凝土管节，预应力混凝土管节、单壁或双壁钢管节。管柱内常增加钢筋笼和填充混凝土。各节之间可用法兰盘或套筒连接。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介Φ1.55m钢筋混凝土管柱构造（mm）桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介（3）嵌岩柱塞柱底钻孔嵌岩。柱塞的混凝土与管柱内的填充混凝土同时灌注。柱塞内钢筋笼下端插至孔底，上端伸入管柱内一定的长度。当弯矩较大时，可将管柱一部分插入钻孔内以加强嵌固。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介二、管柱基础特性管柱柱底需钻孔嵌岩。（1）柱底嵌岩，柱顶嵌入承台，以此减小柱的自由长度和提高基础刚度；（2）通过嵌岩柱塞，扩大基岩受载范围，提高基岩承载力；（3）基础所受的水平力及力矩主要由上下端嵌固力矩和岩石孔壁承受，而非由土抗力等来平衡；（4）与嵌岩钻孔桩的区别在于：管柱受力主要靠管壁，不足时由管内填充物补足；钻孔桩主要靠桩身受力；（5）施工方法不同。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介三、管柱基础施工简介以钢板桩围堰管柱基础为例说明。（1）拼装及下沉围堰围堰具体施工在后面讲。（2）管柱下沉管柱下沉：振动法辅助措施：除土（吸泥），射水，射风（3）钻孔钻孔设备：冲击钻（十字形钻头）桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介（4）管柱内填充混凝土清孔，下钢筋笼，灌注水下混凝土。（基本同桩基施工）（5）围堰内吸泥，封底。（6）围堰内抽水及承台墩身施工☺说明：各施工环节的具体实施详见第八章中的桩基础施工。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介第二节气压沉箱一、概述沉箱是有盖无底的箱形结构物，施工时在工作室内挖土，沉箱在自重作用下沉土中。水下施工时，压入压缩空气将水排出，使工作室内保持一定的压力，人在无水但高压下工作，沉箱沉到设计标高用混凝土填注工室及井孔后，它便成为结构物的基础。中央总气闸运料变气闸脚手架人用变气闸空气压缩机压入空气围堰板沉箱顶盖升降通道刃脚工作室沉箱顶上之圬工绞车弃土井管运料桶桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介优点：整体性强，稳定性好，能承受较大的荷载，在下沉过程中能处理障碍物，基底的处理和质量能得到保证。缺点：设备费用高，效率低，高气压环境可能损害工人的身体（人体昀多能承受4个大气压力）。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介二、构造工作室：工人或机械挖土的工作空间；刃脚：方便切土下沉，作为工作室围墙；顶盖：前期承受高压空气压力，后期承受上层圬工重量；升降孔：运输通道箱顶圬工：施工中的围堰，将来的基础组成部分辅助设备：气闸，压缩空气机，机械，照明设备等中央总气闸运料变气闸脚手架人用变气闸空气压缩机压入空气围堰板沉箱顶盖升降通道刃脚工作室沉箱顶上之圬工绞车弃土井管运料桶桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介人用变气闸人用升降口材料升降口运料变气闸中央气室电动机调速器•气闸构造桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介三、施工工艺及注意事项1、施工工艺（1）顶盖制造，拆除垫木（2）挖土下沉（3）砌筑上层圬工（4）开挖至设计标高后清基，以混凝土填充工作室（5）拆除有关装置，填充井孔2、注意事项主要是人身安全。进出气闸的顺序，加压减压的速度。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介四、发展简况1841年法国修建卡隆桥首次使用。我国1937年修建钱塘江桥时首次使用，自管柱基础出现后国内很少使用。目前国外（主要是日本等国）使用此法主要是采用机械开挖配合自动监控，减少人工作业。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介第三节组合基础水文地质条件复杂时，施工能力有限时，可采用两种不同形式的基础，共同形成桥梁的基础，承受外界荷载，这种基础形式称为组合基础。设备繁多，工艺复杂，须严格控制两种基础体系间的沉降差及相对倾覆差。典型的形式有：沉井加管柱、沉井加钻孔桩。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介一、沉井加管柱组合基础实例：南京长江大桥主桥2号墩基础该墩通过约30m深水、40m厚覆盖层，使用钢沉井加管柱组合基础。组合基础的优点：用浮式钢沉井代替管柱基础中常用的钢板桩围堰，以解决围堰过高、钢板桩太长、抽水太深和管柱长细比不当、桥墩位移超限等问题；用管柱代替部分沉井嵌进岩层，减小沉井高度，以解决缺乏深沉手段，难以纠正偏斜位移，不易保证岩面与井底密贴等问题。发挥两种基础型式各自的优点，解决复杂地质水文条件下基础施工的问题。同时也反映了当时深水基础施工手段有限的实际情况。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介一、沉井加管柱组合基础（1）自然条件•施工冲刷前的水深为27.2m，覆盖层厚约40m，覆盖层土质以粉细砂为主，根据模拟试验，河床昀大冲刷可达23m。（2）结构布置•基础由钢沉井、管柱、封底及封顶混凝土、承台组成。具体见下图。•钢沉井的作用是减少管柱所要穿过的覆盖层厚度，并兼作下沉管柱时的导向架，灌注上下封底、封顶混凝土及承台混凝土时的防水围堰，它代替钢板桩围堰的作用，但它又是永久结构的组成部分，增强了桥墩基础的刚度。•沉井布置成长方形，平面尺寸16.19m×25.01m，井内分成15个方格，内插13根直径3m的预应力钢筋混凝土管柱，其间距4.6m。•承台链杆（见平面示意图）用直径36mm水平钢筋，钢筋有0.5m的长度可以自由弯曲，钢筋设在承台四角的0.5m见方的凹槽内，并用柔软的沥青防护。•管柱下沉到岩面后钻孔，孔径2.4m，孔深7～9m，钻孔内放置钢筋骨架，然后在钻孔内灌注水下混凝土，一直填充至管柱顶面。管柱的下端嵌固在基岩内，上端嵌固在承台混凝土中。沉井的封底、封顶混凝土将管柱群连接成整体。1471013581114369121525.0116.19流向壁井壁井承台壁井壁井承台井壁平面示意平面立面示意半立面半剖面承台钢沉井封底混凝土管柱(φ3.0)14.018.02桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介（3）基础施工钢沉井制造首节拼装浮运就位首节下沉沉井接高沉井着床沉井吸泥沉井封底承台及后续施工钢沉井制造首节拼装浮运就位首节下沉沉井接高沉井着床沉井吸泥沉井封底承台及后续施工钢沉井施工管柱施工沉井稳定后进行下列工作吊插管柱对称插打管柱钻孔清空，吊放钢筋笼灌注水下混凝土完成管柱施工后继续沉井施工沉井稳定后进行下列工作吊插管柱对称插打管柱钻孔清空，吊放钢筋笼灌注水下混凝土完成管柱施工后继续沉井施工桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介二、沉井加钻孔桩组合基础实例：衡广复线江村桥某墩基础，使用钢沉井加钻孔桩组合基础。解决复杂地层（主要是溶岩地质条件）的基础施工问题。1.地质情况•溶岩地层，溶洞发育•地下水活动剧烈，动水压力大2.结构形式•钢筋混凝土沉井加冲孔桩组合基础•沉井下到粘土层，然后在沉井井孔中加冲孔桩。冲孔桩穿过覆盖层、不稳定层溶岩和多层溶洞，直至稳定的基岩为止。•沉井的作用在于稳定覆盖层，抵抗水平推力。而冲孔桩则为承重主体，直接承受由墩身传来的上部荷载。136502525L2300墩台顶面沉井顶面承台顶面岩面桩底钢筋笼3岩面线钢筋笼2钢套筒Bφ1250　　　钢筋笼1钢套筒AL12φ960φ1100封底混凝土水下号桩身混凝土水下号2314567891011128505×23008508005000/28008008005000/280014800148008400/28400/2-23-22-21-20-19-18-17-17-18-23-22-20-19-20-18-17-16-16-17-18-27-26-17-16-16-17-18基础中线北京桥中线-16-15-14φ1250广8002300/22300/22503001000•为受力明确，互不干扰，特在沉井封口混凝土和桩顶承台混凝土之间设沥青麻布隔离层。3.基础施工•工序见下图。•沉井及钻孔桩具体工艺见第八章。153555承台待施工完后填沥青麻布沥青隔离层沉井钢底模钢套筒钢筋笼设置施工平台灌注高1.0m的水下混凝土固定短护筒，作为向下的导向振动下沉直径1.2m钢护筒至岩面安装钻架设备清除覆盖层土壤放置钢筋骨架浇灌水中桩身混凝土在岩洞内冲孔沉井井孔内回填砂土至刃尖隔墙下在回填砂土上，水下放置直径1.5m短钢护筒清孔桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介三、其它基础类型简介1.设置基础修建跨越大河或海湾海峡大桥时，为减少现场作业，在陆上预制基础部件，将基底清理完毕后，使用浮运的方法将基础设置于水中。目前主要有设置沉井基础（日、英、丹麦等国多用）和钟形基础（美、日、加拿大等国使用）两大类。使用设置沉井基础的著名工程有：日本的明石海峡大桥和北南备赞濑户大桥，丹麦的大带桥等；使用钟形基础的的著名工程有：厄勒海峡大桥（丹麦瑞典之间），俄勒冈大桥（美），荒川岸海湾桥（日）等。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介日本明石海峡大桥主塔墩设置沉井基础施工过程示意图桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介日本明石海峡大桥2P主塔墩设置沉井基础桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介移动主塔沉箱就位桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介钟形基础的一般形式美国圣·玛铁·海瓦尔德桥钟形基础示意桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介2.地下连续墙基础1950年由意大利开发，后在欧洲推广，但昀早由日本应用于桥梁基础形式中。目前技术昀发达的也是日本，在明石海峡大桥1A号锚墩基础、日本青森大桥、白鸟大桥主塔墩基础等工程中广泛应用。我国于上世纪50年代末引入，首先应用于水利水电工程，目前应用于桥梁基础上的仅有虎门大桥和润扬长江大桥等少数工程，尚待发展。施工方法：先在地上分段钻挖成槽，然后清底，下钢筋笼，进行各槽段之间的接头工程，完成后灌注墙体混凝土，形成连续墙基础。施工很多环节与钻孔桩基础施工类似。基础结构形式如下图所示。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介与沉井基础的区别在于：1.墙体之间的土不取出；2.墙体采用钻挖成槽后现浇混凝土形成。桥梁墩台与基础工程第七章其他基础与地基加固简介3.锁口钢管桩基础昀早在修建武汉长江大桥时提出方案，但为采用。后于湖北明山水库工程中应用，但昀早应用于桥梁基础工程的是日本于1969年修建的石狩河口桥，且在日本发展迅速，已在70多座桥梁基础工程中应用，日本称为锁口管桩井筒基础。施工方法：在墩位处打入锁口钢管桩，形成环状围堰，再以砂浆将锁口处封闭，然后在围堰