桥梁基础工程

1、桥梁基础工程施工简述摘要：本文对桥梁地基基础的分类以及工程施工方案的简要概述，特别介绍了地下连续墙在桥梁地基础工程上的应用，并对软地区桥梁工程的施工方案的注意问题的讨论，希望对桥梁基础工程的施工有所帮助。 关键词：基础工程。桥梁基础，施工，软地区地基工程1 概 述任何结构物都建造在一定的地层( 岩层或土层)上，基础是结构物直接与地层接触的最下部分，在基础底面下，承受由基础传来的荷载的那一部分地层称为该结构物的地基。基础是结构物下部结构的组成部分。桥梁上部结构为桥跨结构，而下部结构包括桥墩、桥台及它的基础，图1 为一座桥梁的立面布置示意图，它表示了桥梁下部结构与上部结构及地基间的相互关系。地基与

2、基础受到各种荷载后，其本身将产生附加的应力和变形。为了保证结构物的正常使用和安全，地基与基础必须具有足够的强度和稳定性，变形也应在容许范围之内。根据地基土的土层变化情况，上部结构的要求和荷载特点，地基和基础可采用各种不同的类型。1. 下部结构2. 基础3. 地基4. 桥台5. 桥墩6. 上部结构图1 桥梁结构各部立面示意图 2 地基与基础类型地基可分为天然地基与人工地基。直接放置基础的天然土层称为天然地基。如天然地层土质过于软弱或有不良的工程地质问题，需要经过人工加固或处理后才能修筑基础，这种地基称为人工地基。在一般情况下，应尽量采用天然地基。基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。一般将埋置深度

3、在5 m 以内者称为浅基础; 由于浅层土质不良，须把基础埋置于较深的良好地层上，埋置深度超过5 m 者称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅( 不足5 m) ，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础，在施工、设计中有些问题需要作为深基础考虑。除了深水基础，公路桥梁及人工构造物最常用的基础类型是天然地基上的浅基础，当需要设置深基础时常采用桩基础或沉井基础。基础可由不同材料构筑，目前我国公路结构物基础大多采用混凝土或钢筋混凝土结构。在石料丰富地区，按照就地取材原则，也常用石砌基础，只有在特殊情况下( 如抢修，建临时便桥等) 才根据实际条件采用钢、木结构。3 桥梁基础工程一般来说，桥梁基础

4、工程发展到今天，已经不受水文、地质条件的控制，突出的是工程结构本身和经济效益。目前国内已经形成了合乎我国国情的一整套施工工艺及相应的设备。而特大桥梁基础已经向“组合基础”发展。扩大基础、桩基和沉井三大类在各自的发展中又彼此“联合”。这种联合就是根据不同的水文、地质来发挥各类形式的特点组成的一个整体，故出现了很多基础形式。桥梁基础工程由于在地面以下或在水中，涉及水和岩土的问题，从而增加了它的复杂程度，使桥梁基础的施工无法采用统一的模式。但是根据桥梁基础工程的形式大致可以归纳为扩大基础、桩和管柱基础、沉井基础和组合基础几大类。3.1 扩大基础扩大基础是相对于桩基础而言的，也是历史很悠久的基础结构形

5、式。具体来说，就是在桥墩下面逐级放大基础，让桥梁的重量逐步分散扩展到土基。就像砌围墙那样，围墙的基础必须比围墙本身还要宽大，而且基础每砌一层砖，就要放大一下基础面积。这个就是扩大基础。扩大基础或称明挖基础属直接基础，是将基础底板设在直接承载地基上，来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。其施工方法通常是采用明挖的方式进行的，施工中坑壁的稳定性是必须特别注意的问题。明挖扩大基础施工的主要内容包括基础的定位放样、基坑开挖、基坑排水、基底处理以及砌筑（浇筑）基础结构物等。3.2 桩和管柱基础桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若

6、桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广泛。他的特点是：（1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。（2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。（3）凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。（4）桩身穿

7、过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在建筑桩基技术规范中均有规定。3.3 沉井基础以沉井作为基础结构，将上部荷载传至地基的一种深基础。沉井是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。在沉井内挖土使其下沉，达到设计标高后，进行混凝土封底、填心、修建顶盖，构成沉井基础。该基础的特点是：埋深较大，整体性好，稳定性好，具有较大的承

8、载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，在深基础或地下结构中应用较为广泛，如桥梁墩台基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等。但沉井基础施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，也将给施工带来一定的困难。4 地下连续墙在桥梁工程上的应用 地下连续墙技术是近代发展起来的一种新技术，20 年代初见于德国，50 年代在意大利、法国等国得到应用，60

9、 年代传入日本后得到了充分的发展，但多用于高层建筑的地下室、地下停车场以及地铁等建筑的外墙结构。直到70 年代中期, 日本把地下连续墙技术应用到了桥梁基础工程上。如今在国外，地下连续墙做为大跨径桥梁深基础的实例已不鲜见；国内在虎门大桥上亦获首例应用成功。4.1 地下连续墙的构造4.1.1 主要类型地下连续墙是深埋地下的钢筋混凝土连续墙体；地下连续墙基础则是利用“接头”的形式将一个个相邻的墙段结合为平面成各种形状的以作为基础的结构物。其接头有刚接和铰接两种。地下连续墙基础的形式，根据结构物用途不同而选定。目前在桥梁基础工程中见到的有：1) 桥梁护坡基础，分弧形或折线形2) 围堰工程，圆筒形，3)

10、 墩、台基础；分闭合的框格或圆形，加顶板,框格为矩形框格，有单室、双室及多室几种。4.1.2 构造要求桥梁基础工程中的地下连续墙，一般埋置较深、高度很大、厚度较薄。多用于大型桥梁，其埋深40100 m 为常见，其壁厚一般在80 cm 以上。墙体连续是通过多个墙段的接头构造实现的, 墙体要承受很大的水压力，因而接头要求处理得非常紧密和牢固，使之既能承受强大外力又不致漏水。墙体配筋应严格保证最小配筋率的要求。在钢筋的配置位置方面, 主筋中心至侧面间距不小于15cm, 竖直钢筋直径不小于22，亦不大于35间距采用15 30 cm; 水平钢筋直径不小于19，亦不大于35，间距采用1530 cm。墙体在

11、竖直方向由多片钢筋笼( 1015 m 左右) 连接而成，故要保证主筋的搭接长度。水平方向墙体连接，作为桥梁基础时，应用接合钢板加强。如有顶板时，墙体的竖直钢筋应伸入顶板内足够的长度。 计算模式对桥梁矩形框格式地下连续墙基础的计算，最初采用的是刚体模式，把它按沉井基础计算，即把基础当做刚体，基础周围地基用8种弹簧模拟( 见图2) ，通过力的平衡来解算。由于地下连续墙桥梁基础具有很大的抗弯刚度，后来日本采用弹性地基梁计算模式。在该国现行地下连续墙标准中，把基础当做地基上的有限长梁处理。地基的水平抗力考虑侧面地基水平推力、地基水平方向剪切抗力、基底地基抗力以及地基剪切抗力时，以4 个地基抗力系数作简

12、化处理，见图3。图2.刚体计算模式图3. 现行计算模式4.2 地下连续墙的施工4.2.1 一般程序地下连续墙基础施工与地下连续墙一样，根据划好的墙段，按计划顺序逐段进行。每一墙段施工程序基本相似，即：先用成槽机械在泥浆护壁的条件下开挖成槽，然后下钢筋骨架，接着灌注水下混凝土。如是逐个墙段进行下去，最后形成了平面成一定图形的连续墙体，再加上顶板，就构成了整个基础。常用的简单成槽机械，有抓斗、钻( 冲) 机，亦有针对工程具体情况专门制造的成槽机。施工工艺流程如下：筑导墙挖槽清槽( 包括对前一墙段结合的清理) 下钢筋骨架( 包括与前一墙段预留骨架的连结处理) 灌水下混凝土转入下一墙段施工。4.2.2

13、 技术关键1) 选好合理的导墙形式与埋深。导墙在施工中起着挖槽定位、高程检测、槽口加固、抬高泥浆液面、防止上口坍塌等重要作用，其设计和施工不可忽视。2) 泥浆配制。泥浆在挖槽过程中对稳定槽壁至关重要，因为深槽挖掘比钻孔桩成孔的坍塌危险更大。必须选优质粘土配制，必要时应掺入膨润土或化学剂，以改善泥浆性能。在施工全过程中，要严格保持要求的泥浆液位和泥浆比重。3) 水下混凝土施工。必须严格遵循水下混凝土施工规范和灌注桩施工规范的要求，并根据槽段宽度合理布置导管数量和间距。4) 保持垂直度。由于槽很深, 对垂直度必须经常检测，予以严格控制。5) 接缝施工。两墙段之间的接头部位，特别框格的“+ ”字型及

14、“T ”型部位, 是整个施工的关键部位，无论是钢筋骨架的连结和混凝土的结合，都要慎重对待，要有保证质量的特殊措施。5 软土地区桥梁基础工程软土一般指在静水或缓流水环境中以细颗粒为主的近代粘性沉积土，是一种呈软塑到流塑状态的饱和粘性土，常含有机质，天然孔隙比通常大于1，当e 大于1.5 时称为淤泥，小于1.5 大于1.0 时称为淤泥质土。习惯上也把工程性质接近淤泥土的粘性土统称为软土。软土具有抗剪强度低、透水性低、高压缩性、对结构破坏敏感、流变性等特点。在软土地区修筑桥梁及道路人工构造物必须首先进行较详细的工程地质、水文地质勘测工作，查明该处软土的地质及工程特性，掌握全面的、翔实的资料，这是正确

15、布置构造物，选择适当结构类型的首要条件，也是保证设计和施工能紧密结合实际情况，采取有针对性措施的必要条件。软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面、充分注意的问题，是造成桥梁、道路人工构造物、基础过大沉降、不均匀沉降、位移、倾斜、开裂、失稳或严重损坏等事故的主要原因。国内外从实践中对软土地基上基础工程设计技术、施工方法、地基加固等方面已积累了不少成功经验和科研成果，只要使用得当是能保证软土地基上结构物的安全的。我国在软土地区的桥梁基础，常用的是刚性扩大基础（天然地基或人工地基）和桩基础，也有用沉井基础的，现结合软土地基的特点，介绍设计时应注意的几个问题。1、刚性扩大浅基础在较稳定、均匀、有一

16、定强度的软土上修筑对沉降要求不严格的矮、小桥梁，常争取采用天然地基（或配合砂砾垫层）上的刚性扩大浅基础。如软土表层有较厚的“硬壳”也应考虑利用。刚性扩大基础常因软土的局部塑性变形而使墩、台发生不均匀沉降，由于后台填土的影响使桥台前后端沉降不均而发生后仰也是常见工程事故，有时还同时使桥台向前滑移。因此在设计时应注意基础受力不同的边缘（如桥台基础的前趾、后蹱）沉降的验算及其抗滑动、倾覆的验算。防治措施：可采用人工地基如有针对性的布设砂砾垫层，对地基进行加载预压以减少地基的沉降和调整沉降差，或采用深层搅拌法，以水泥土搅拌或粉体喷射搅拌桩加固软土地基，按复合地基理论验算地基各控制点的承载力和沉降（加固

17、范围应包括桥头路堤地基的一部分）；采取结构措施如改用轻型桥台，埋置式桥台，必要时改用桩基础等；也有建议对小桥（如单孔跨径不超过8m，孔数不多于3 孔）可将相墩台刚性扩大基础扩展联合成整体，形成联合基础板，在满足地基承载力和沉降同时，可以解决桥台前倾后仰和滑移问题。但此时为避免基础板过厚，常需配置受力钢筋改为柔性基础，应先进行技术、经济方案比较，全面分析选用（设计方法可参考第二章柔性基础简化的倒梁法及钢筋混凝土结构设计有关规定。）为了防止小桥基础向桥孔滑移，也可仅在基础间设置钢筋混凝土（或混凝土）支撑梁。软土地基上相邻墩、台间距小于5m 时，公桥基规要求考虑临近墩、台对软土地基所引起的附加竖向压

18、应力。2、桩基础和沉井基础在较深厚的软土地基，大中型桥梁常采用桩基础，它能获得较好的技术效果，如经济上合理，应是首选的方案。施工方法可以是打入（压入）桩、钻孔灌注桩等。要求基桩穿过软土深入硬土（基岩）层以保证足够的承载力和较小的沉降。软土很厚采用长的摩擦桩时，应注意桩底软土强度和沉降的验算，必要时可对桩周软土进行压浆处理或做成扩底桩。打入桩的桩距应较一般土质的适当加大，并注意安排好桩的施打顺序，避免已打入的邻桩被挤移或上抬，影响质量。钻孔灌注桩一般应先试桩取得施工经验，避免成孔时发生缩孔、坍孔。软土地基桩基础设计中，应充分注意由于软土侧向移动而使基桩挠曲和受到的附加水平压力；由于软土下沉而对基

19、桩发生的负摩阻力，现分述如下：（1）地基软土侧向移动对基桩的影响。在软土上桩基础的桥台、挡墙等，由于台后填土重力的挤压，地基软土侧向移动，桩土间产生附加水平压力，引起桩身挠曲，使桥台后仰和向河槽倾移，甚至基桩折损等事故。在深厚软土上修桥，特别是较高填土的桥台日益增多，这类事故时有发生，已引起国内外基础工程界广泛重视。（2）地基软土下沉对基桩的影响。软土下沉使基桩承受到负摩阻力，将产生较大的沉降或使桩身向压屈破坏，必须予以重视，分析并计算基桩上负摩阻力。在较厚较软土上下沉沉井，往往因下沉速度快而发生沉井倾斜、位移等，应事先注意采取防备措施如选用轻型沉井、平面形状采用圆形或长宽比较小的矩形、立面形

20、状采用竖立式等，施工时尽量对称挖土控制均匀下沉并及时纠偏。6 结论桥梁基础是桥梁下部结构的重要组成部分，其承担着桥墩、桥跨结构（桥身）的全部重量以及桥上的可变荷载，桥梁上部承受的各种荷载，通过桥台或桥墩传至基础，再由基础传至地基。基础属于隐蔽工程，若出现质量问题不易发现和进行修补处理，而基础工程的施工质量又决定着桥梁的强度、刚度、稳定性、耐久性和安全度，对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响。可见，基础工程在桥梁结构物的设计和施工中占有极其重要的作用，必须高度重视桥梁基础工程的施工，严格按规范办事，确保工程质量。桥梁基础施工方案主要取决于地形条件、地基土层的工程性质与水文地质条件、荷载特性、结构物的结构形式及使用要求，以及材料的供应和施工技术等因素，因此，在基础工程施工中，要从各方面、各因素、各环节严把质量关。参考文献：1 钢板桩围堰在桥梁基础工程中的应用韩才高周向东仇兆虎江苏