桥梁施工与桩基计算

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YuZhuangjiJisuan桥梁工程施工组织与桩基计算第一篇桥梁工程施工组织第一章桥梁工程施工的一般方法第一节桥梁桩基施工桥梁基础根据地质条件与地理条件的不同，一般采用台式基础与桩式基础，对多跨桥梁及地质条件复杂的桥梁多采用桩式基础。以下着重说明桥梁桩基的施工。根据桩基的施工方法不同，桩基一般分为预制桩、灌注桩和管柱基础三类。预制桩是将各种预先制好的桩以不同的沉桩方式沉入地基内达到所需要的深度；灌注桩是在现场地基中采用钻、挖孔机械或人工成孔，然后浇注钢筋混凝土或混凝土而成的桩；管柱基础是将预制的大直径钢筋混凝土或预应力混凝土或钢管柱用大型的振动桩锤沿导向结构振动下沉到基岩，然后在管内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管桩柱嵌固于岩层。由于灌注桩桩径大，承载力高，用钢筋量小，成本低，并在施工过程中可避免挤土及噪声等对周围环境的影响，在桥梁基础施工中较广泛采用，所以下面主要介绍灌注桩的施工方法。灌注桩根据成孔方式不同分为人工挖孔、机械钻、挖孔等。一、人工挖孔施工对雨水较少且土层与岩层较密实地区的桩基，适宜用人工挖孔灌注桩。挖掘：为防止矿石杂物滚落伤人，在挖孔桩孔中一般设一高出地面300mm的围护。并设通风设备以满足孔内供氧量。挖掘工作可单、双班作业，在粘土层采用锄头或钢铲挖掘，铁绞车提升；当到达岩石层时采用风镐松动或用风钻钻孔再浅眼爆破松动，炮眼深度：硬岩层一般不超过0.4m，软岩层不超过0.8m。并严格控制用药量，装药深度不得超过炮眼深度的三分之一，其引爆采用电雷管。爆除的石渣用铁绞车提出孔外。提升出的土渣、石渣待基桩挖掘将完时一次性用汽车外运至指定的弃土场。若挖掘时出现地下水及时汇报监理工程师。护壁：护壁工作每1米进行一次，以防止坍孔，护壁在松土层可采用240mm红砖砌筑，在岩石层一般采用上150mm至100mm厚的现浇混凝土护壁。在挖掘过程中经常吊线检查桩孔尺寸必须满足设计要求。孔口平面位置与设计桩位偏差不得大于50mm。并经常检查了解地质情况是否与设计相符，若有与设计不符及时汇报监理工程师。终孔检查：挖孔达到设计标高后，即进行孔底处理，使孔底平整、无松渣、无污泥及无沉淀等软层，嵌入岩层深度要求符合设计要求。二、机械钻孔施工机械钻孔一般有旋转式钻机成孔、冲击成孔与冲抓成孔三类。旋转式钻机钻孔施工技术要点：埋设护筒护筒用厚4mm的钢板制作，其内径大于钻头直径200-400mm。护筒的埋设深度不小于1.5〜2.0m，并高出施工地面0.3m，埋设准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。钻机定位钻机中心对准桩中心，钻机定位后，底座必须平整、稳固，确保在钻进中不发生倾斜和偏位。泥浆制备采用自然造浆方式进行护壁。针对不同地层的地质特性，根据以往施工经验配制调整泥浆，并在施工中定期检查浆液的比重、粘度、静切力、酸碱度、胶体率，失水率等指标。泥浆循环使用，废弃泥浆经沉淀处理后外运，以保护环境。钻孔旋转钻孔开始时，稍提钻杆，在护筒内旋转造浆，开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后以低档慢速开始钻进，使护筒脚处有牢固的泥皮护壁，钻至护筒脚下后，按正常速度钻进。如护筒底土质松软发现漏浆时，可提起钻头，向孔内投放粘土，再放下钻头旋转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，待不再漏浆时，继续钻进。钻进过程中，必须保证钻孔垂直。冲击钻孔利用冲击锤的自重与岩石发生冲击使岩石破碎而达到钻孔效果。在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同钻进方法，检查并记录地质情况，如遇地质情况与设计有异，会同设计及监理单位共同研究处理方案。清碴旋转钻孔采用泥浆循环的方式进行清碴，冲击钻孔采用清碴桶提升出碴。第一次清孔清孔的是使孔底沉碴（虚）、泥浆浓度、泥浆中含钻碴量和孔壁垢厚度符合质量要求和设计要求，为在泥浆中灌注混凝土创造良好的条件，当钻孔达到高度深度后即停止钻进，此时提起钻头，边掏碴边补充泥浆，清孔应符合下列规定：孔底以内的泥浆相对密度，含砂率，粘度，灌注砼前孔底沉碴厚度均应符合规范要求。吊放钢筋笼吊放钢筋笼，采用吊车进行。吊放时不得撞孔壁，防止坍孔。钢筋笼长度大于12〜15米时应分段绑扎、吊放、焊接。焊接时，先将下段挂在孔口，再吊上第二段进行搭接焊接，逐段焊接逐段下放。吊入后应校正轴引位置，防止扭转变形。导管安装导管采用250mm钢管，壁厚5mm，每节长3.0~5.0m，配1~2节长1.0~1.5m短管，由管端粗丝扣、法兰螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水。砼浇注架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置砼漏斗。第二次清孔。在第一次清孔达到要求后，由于要安放钢筋笼及导管，全浇注砼的时间间隙较长，孔底又会产生沉碴，所以待安放钢筋笼及导管就绪后，再利用导管进行第二次清孔。清孔的方法是在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉碴。清孔标准是孔深达到设计要求，孔底泥浆密度忍1.15，复测沉碴厚度在范围要求以内，此时清孔才算完成，并要求立即灌注水下砼。灌注水下砼：砼应满足如下要求：砼强度等级符合设计强度等级，粗骨料宜用卵石，最大粒径不大于导管内径的1/6，且不大于40mm，使用碎石时，粒径为5~20mm，砂用级配良好的中砂。砼水灰比在0.6以下，水泥用量不大于400kg/m3，含砂率为40%~50%，坍落度180~200mm，扩散度为34~380mm。砼初凝时间为3~4h。先灌入首批砼，首批砼数量要经过计算，使其有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能把导管下口埋入砼不小于1m深。开导管用砼隔水栓，隔水栓预先用8号铁丝悬吊在砼漏斗下口，当砼装满后，剪断铁丝，砼即下沉全孔底，排开泥浆，埋住导管口。随着浇注连续进行并伴随拔管，拔管时中途停歇时间不得超过15min。在整个浇注过程中，导管在砼埋深以为1.5〜4m宜，即不能小于1m也不能大于6m。专人测量导管埋置深度及管内外砼面的高差，及时填写水下砼浇注记录。利用导管内的砼的超压力使砼面的浇注面逐渐上升，上升速度不低于2m/h，直至高于设计标高1m，在浇注过程中，当导管内砼含有空气时，后续砼宜通过溜槽慢慢地注入漏斗和导管，不得将砼整斗从上面倾入导管内，以免导管内形成高压气，挤出管节间的橡胶垫而使导管漏水；同时，对浇注过程中的一切故障均记录备案。在浇注将近结束时，在孔内注入适量水使孔内泥浆稀释，排出孔外，保证泥浆全部排出。三、钢筋加工钢筋的表面应洁净，使用前要求将表面油渍、漆皮和鳞锈等清除干净。钢筋要求平直，无局部弯折，成盘的钢筋和弯曲的钢筋要求调直。钢筋的切断要求用钢筋切断机，并注意长、短料统筹安排。钢筋的弯曲成型应按有关技术与施工规范进行。当钢筋不够长时需要将钢筋接长，其接长要求采用帮条焊接或搭接焊接及绑扎接头。当采用帮条焊接接头时，其帮条应与主盘同级配，并要求做成双面焊缝，焊缝长度不得小于5d；当采用搭接焊接接头时，可单面或双面焊接，其焊接长度分别为5d与10d。焊接严格按照有关施工技术规范施工。当采用绑扎接头时，钢筋绑扎的搭接长度，不得小于规范要求。钢筋搭接处要求在中心和两端用铁丝扎牢，且同一截面绑扎面积不得超过50%。钢筋先在钢筋加工车间按设计图纸放大样，并考虑焊接变形，安装前对有焊接接头的钢筋要求严格检查焊接质量。第二节桥梁墩台施工一、 承台或系梁的施工在桩基础完成后，应及时施工其桩基承台或系梁，施工要点如下：测量放线：根据导线控制点测设出桩中心后，放出承台四周边桩，外移500mm，用红油漆作出标记，同时测出承台底全桩顶的高差。基坑开挖，对照扩大基础开挖方法。浇注素砼垫层，基坑开挖全比设计标高低100mm，浇注一层100mm厚的C10素砼作底模，混凝土顶面必须平整。深入承台的超浇桩身砼，将变形的钢筋整修复原，。采用人工和电焊两种方法绑扎承台钢筋，特别注意桩身钢筋和承台钢筋的焊接。模板安装：采用组合钢模板，钢管，对拉螺杆，方木作为侧向支撑。浇注砼：浇注砼从一端向另一端分层进行，每层厚30~500mm，振动棒插入下层砼50mm，但不得碰撞钢筋和模板。二、 墩柱施工墩柱模板一般采用整体式钢模，模板采用4mm钢板加工而成，周围焊接角钢，并钻孔以利螺栓联结，中间根据墩柱高度的不同用角钢加强。每节模板由两个半圆组装，施工时根据柱高选择模板在现场拼装，拼装成节后由吊车吊起安装，并通过风缆或钢管支架将其固定。墩柱钢筋在钢筋加工场按设计尺寸加工成型，然后运往现场通过吊车安装并与基础钢筋焊接。砼统一由拌合站拌制，砼运输车或小型翻斗车运输，通过砼输送泵配合吊车注入模内。墩柱的混凝土浇注根据墩柱高度情况可分几段完成，施工时要时常观测检查支架的变化和柱模的位移，严格控制墩顶的偏心，确保施工质量和安全。为了提高砼的和易性，减少用水量，砼在拌合时可按砼配合比的设计要求，掺加一定的高效复合减水剂，使坍落度控制在5〜70mm之间，对未拆模的进行浇水养护，拆模后采用塑喷聚氯乙烯膜养护，并派专人负责此项工作。三、 盖梁施工当桥墩的双柱或三柱完成后，接着进行盖梁的施工。盖梁的支撑采用钢管支架，支架基础应作防沉降处理。盖梁的模板采用组合钢模，两侧面采用对拉螺杆连结固定。盖梁钢筋均在加工场加工后运至现场绑扎。混凝土统一由拌合站拌制，小型翻斗车运输，通过吊车注入模内。预留预埋件应固定牢固、可靠、准确，并在砼灌注过程中，随时观察所设置的预埋螺栓、预留孔，预埋支座是否有位移，若发现移位应及时纠正。砼墩台面层预埋的支座钢板，在灌注时应使板下砼充满密实，而且不得使钢板下沉或上浮，设计许可时可在板上打孔，以排出空气或多余水分。为了确保施工质量，提高砼的和易性，减少用水量，砼在拌合时可掺加一定的复合早强减水剂，使坍落度控制在50mm左右。盖梁浇注采取梯段分层连续浇注的方式，上层与下层前后浇注距离应不小于1.5m，每层浇注厚度控制为300mm，浇注时采用插入式振捣器振捣。只有当盖梁混凝土强度达到设计要求强度时，方可拆除底模，并覆盖草袋，洒水养护7~14日。四、 桥台施工1、扩大基础施工采用人工配合挖掘机开挖，基底岩石部分采用小型爆破方式，多钻孔，少装药，以免扰动基底。基础模板采用组合钢模，钢筋采取现场加工，人工绑扎，砼利用拌合站拌合，翻斗车或砼运输车运输，插入式振动棒分层、分段振捣。施工中注意以下几点：开挖前应对基坑中心线和高程进行复核，无误后方可开挖，基坑开挖后应检查基底是否与设计相符，并报请监理工程师验槽；在基坑开挖时，应对积水及时排出，集水坑设在基础范围以外，以免地基受水浸泡而降低承载力。使用机械开挖时，不得破坏地基土的原有结构，在接近基底标高时，预留出10〜200mm高度在基础施工前人工挖除。水中基坑开挖采用草袋围堰法防护，围堰顶宽 1〜2m，外侧坡度1:0.5〜1:1，内侧不陡于1:0.2〜1:0.5。围堰顶不得低于施工期最高水位500mm，以保证基坑底部不被水淹。基坑开挖应考虑施工季节，水中桥台尽量安排在枯水季节施工。2、 桥台混凝土施工因桥台仓面大、混凝土量大，其混凝土浇筑可采取分层进行，并在仓面上搭设钢管脚手支架上铺竹夹板或木板，作为混凝土运输通道，根据桥台处地理情况亦可采用吊车配合混凝土吊罐入仓方式。3、 桥台浆砌块、片石施工桥台浆砌块、片石砌筑时应符合如下要求或规定：其槽深度和宽度必须符合设计要求，保证桥台基础有足够的埋置深度和截面；台基位置正确，以确保桥台宽度和台体坡度；块、片石必须符合规范要求，片石应选用无裂纹、无夹层且未被煅烧过的厚度不小于200mm的片石，块石要求厚度大致一致，两端齐平，表面需用人工或机械进行加工；严格按规范要求砌筑，砌筑时要防止瞎缝和通缝出现，灰缝应控制在2〜40mm之间，上下层片石应错缝，且不小于80mm，力求灰缝均匀，砂浆饱满；严格控制砂浆的配合比，其强度不得低于设计的要求。在砂浆凝固前应将外露缝勾好，勾缝深度不小于20mm；按设计要求留置泄水孔和沉降缝，泄水孔要通顺，沉降缝要齐整，不得有交错现象；加强对砌体的养护，养护时间根据水泥品种及当时天气情况来定，一般为7~10天。第三节桥面工程施工一、预制空心梁板施工1、空心板预制预制场一般就近设置，根据工程量大小在场内设两台或多台龙门吊，龙门吊采用组合梁及万能杆件拼装而成，宽度根据场地而定。龙门吊主要用于起梁和运输。首先在预制场根据工程的实际情况，在小龙门内制作台座，台座基底应夯实密实，台座采用C20号砼，表面用砂浆抹平，并按设计的要求预留拱度。另外，根据需要制作部分存梁台座。空心板的模板采用钢制定型模板，每节4米，通过对拉螺杆和插销连接固定。钢筋在钢筋加工场制作加工后，在钢筋制作台座上绑扎，焊接成型。然后利用龙门吊运至预制台座上。波纹管在钢筋笼制作时一起安装。并用定位钢筋固定，两端管道接头用塑料布包好绑牢以防漏浆。管道定位误差应符合规定。制作砼所需的材料都应经过检验，符合规定后方可使用。采用全自动拌合楼制作砼，拌合搂上的计量器具，每天开盘前都要进行检定，随时调整。遇有雨天，还要检测砂，石料的含水量，调整砼配合比。砼拌好后，用自制的漏斗装好后，用车运到制梁台座，用龙门吊吊起，按顺序进行灌注。一片梁浇好后，用草袋盖好，并洒水养护。当进入低温天气时，需用篷布覆盖。预应力的张拉及孔道压浆的有关施工方法及技术要求与箱梁相似，详情见“现浇预应力混凝土连续箱梁施工”一节的有关内容。2、空心板的安装空心板的安装拟采用吊车吊装。吊车为两台40吨汽车吊，另配两台平板车运输，利用两台龙门吊移梁装车，吊装顺序根据现场实际情况进行。二、现浇预应力混凝土连续箱梁施工1、 模板的制作拼装外模的制作拼装（以云南曲胜高速公路天生桥立交为例）在模板支架预压完成后即可进行箱梁底模的安装，模板拼装在预压完后可不设预拱度。在模板拼装时首先在钢管支架可调托架上安放［12.6槽钢，然后在槽钢上安放6X80mm的木枋，木枋间距为250mm，在木枋上交错铺设大小为122X2440mm厚度为10mm的抛光竹胶板，竹胶板与竹胶板之间的拼缝采用透明的胶带贴缝。在底模拼装过程中利用水准仪控制好模板横向与纵向高程，底模拼装好后在底模上放出内外侧曲线大样，并将曲线大样每隔1220mm用彩笔描出。根据内外侧曲线大样将外侧模立好，并将箱梁高程每隔5米采用墨线放样全侧模上。芯模的制作拼装芯模采用三面模板拼装，芯底不用模板，利用钢筋托架支承芯侧模。2、 钢筋的制作、安装对预应力混凝土结构，在钢筋安装时同时将波纹管按设计坐标就位，并用定位钢筋将波纹管固定，定位钢筋与箍筋绑扎连接。3、 混凝土浇筑箱梁混凝土水平与垂直运输均采用混凝土输送泵，混凝土搅拌采用两台强制式搅拌机，搅拌机出料用45°溜槽将混凝土滑至混凝土输送泵的受料斗内，然后由混凝土输送泵将混凝土直接输送全箱梁混凝土浇筑仓面。根据C40混凝土的配合比及现场砂石料的含水率重新配制混凝土的施工配合比，混凝土的坍落度按照泵送混凝土要求配制。混凝土用碎石采用合格的人工碎石，用砂采用合格的人工砂。混凝土浇筑拟分两层进行，第一层浇筑 330mm高，第二层将剩余的1070mm（或1270mm）一次浇完。浇筑混凝土时在每跨顶面的1/4与3/4处各预留100X800mm大小的进人孔以便拆模时用，在拆模完成后再将预留孔用同等级的混凝土补上。4、箱梁预应力张拉当混凝土强度达到设计标号的80%（根据设计要求）以后，即可进行预应力钢束的张拉。对两端对称张拉的第二联箱梁的初张拉，在两端同时先对千斤顶主缸充油，使钢铰线略为拉紧，同时调整锚圈及千斤顶位置，使孔道、锚具及千斤顶三者的轴线互相吻合，在张拉时注意使每根钢铰线受力均匀，当钢铰线初应力达到0.1Nk时作伸长量标记，并借以观察有无滑丝情况发生。张拉采用两端同时逐级加压的方法进行张拉，两端千斤顶的升压速度应接近相等。两端张拉应力先张拉至105%Nk，然后回至100%Nk鸣号，并继续供油维持张拉力不变持荷5分钟，同时测量钢束实际伸长量是否与计算值相符。同时进行锚固，锚具外多余的钢铰线用砂轮切割机切除，不允许用电焊焊割。在锚固后24小时内进行压浆，水泥浆的水灰比采用0.4〜0.45,为减少收缩，在水泥浆掺入0.01%水泥用量的铝粉，管道压浆的顺序先下层后上层，压浆时注意防止相邻孔的串浆而阻塞未压浆孔道，压浆后继续进行养生。压浆完毕即可进行封锚作业，封锚的端面要竖直，端面全支承线的距离允许偏差-10mm,不允许增长。第一、三联箱梁为单端张拉，为了便于固定端安装锚具，在混凝土浇筑前预先将钢铰线穿入波纹管并安装好固定端锚具，并在固定端留出槽口，在张拉、灌浆后封锚。其它施工方法同两端张拉方法相同。5、拆模当混凝土强度达到100%时方可拆模，在每一联拆底模时，均考虑双柱的平衡受力，在靠双柱跨的1/4范围内的脚手架管与底模需在双柱两边联施工完成后一起对称拆除。三、现浇预应力混凝土连续箱梁施工要点下面简要说明钢筋砼连续箱梁的技术要求：1、 支架采用满堂支架。首先用推土机将桥跨处推平，并用压路机碾压密实，如基底软弱，可用灰土换填。基底处理后，铺放卧木，作为支架基础，支架采用直径为D48X3.5mm的钢管，间距1~1.2m，同时布斜支撑增强支架的稳定性。支架完成后进行预压，预压重量约为箱梁自重的80%。2、 模板模板组合钢模板。钢管支架安立后，其上放置方木，在方木之上铺设模板，在立上层管架时，应考虑预拱度，拱度可按二次抛物线留置，由于本桥通过计算其预拱度甚小，可忽略不计。底模铺设后，进行中线和边线测量放样。箱内模板采用小型木支架，待底板砼浇注后安立，两侧面模板通过对拉螺杆连接，外侧使用方本支撑。3、 钢筋钢筋在现场加工后，直接在底模上绑扎，预埋件可根据需要焊接在钢筋骨架上。在绑扎钢筋的同时，按设计的要求安装波纹管，安装时采用定位钢筋固定，定位钢筋采用直径为10mm的园钢加工而成，安放间距为0.8~1.0m，与梁部钢筋网焊接在一起。4、 混凝土混凝土集中使用自动计量搅拌机拌制，砼运输车运输，通过输入泵入模，箱梁的浇注顺序：顺桥方向：先跨中后在桥墩处连接；梁部浇注：先底腹板后顶板。混凝土浇注后，应进行洒水养护。若气温较低，应覆盖蓬布，或其它防寒措施。5、 预应力筋张拉混凝土浇注完成并初凝后，应立即开始养生。当混凝土强度达到80%（根据设计要求）时，即可进行预应力钢绞线的下料、穿线和张拉。箱梁钢束的下料长度=钢束设计长度+2X0.85（工作长度）。穿线时采用钢丝牵引。钢绞线张拉顺序严格按照设计的要求进行。张拉时实行张拉吨位和引伸量双控制。为保证张拉力准确，张拉千斤顶在张拉前，张拉次数不超过100次时，必须进行精确标定，每根钢束张拉到设计吨位时，实测钢束引伸量应不小于95%，不大于110%的计算引伸量。张拉程序：0-初拉力一105%NKf100%Nk（持荷5分钟后锚固）。其中Nk为张拉力张拉顺序按设计的要求进行。张拉设备：YCO-400油压千斤顶4台，配ORM-12型锚具使用，YC-300油压千斤顶4台配其它ORM型锚具使用。张拉完毕后停10小时，观察预应力筋和锚具是否稳定，稳定后即可进行孔道压浆。6、 孔道压浆压浆前，应仔细检查、校核各种压浆设备。水泥浆采用425#硅酸盐水泥拌制，水灰比应在0.4〜0.5之间，所用水泥龄期不超过1个月。水泥浆的泌水率不得超过4%，24小时后泌水应全部吸收。另外，水泥浆的稠度应在14〜18S之间。在压浆前，采用无油份的压缩空气清洗管道，接着用含有0.01Kg/L生石灰的清水冲洗管道，并再用压缩空气将管道吹干。管道压浆，采用一次压浆工艺，从管道的一端注入，待管道的一端流出浓浆后，保压0.6〜0.8MPa1〜2分钟方可停止压浆。当气温低于时5。。，不得进行灌浆，当白天气温高于35°C时，压浆应在夜间进行。压浆时应作完整的灌浆记录及制作试件，以备对压浆的质量检查。7、 卸架当混凝土强度达到设计值的100%时，方可卸落支架，拆除时要对称进行，采取先中间后两侧的顺序。8、 施工注意事项；⑴采取有效措施，加强施工质量控制，预防梁体裂纹；⑵注意保护层表面混凝土施工质量；⑶增长水养时间，保证水养效果；⑷张拉时注意断滑丝处理与预防：⑸提高管道质量，每设一个定位网，保证波纹管道顺直；⑹保证锚具质量，除外协厂出具合格证外，应分批抽样检查其外形尺寸和锚圈抗压强度，锚塞硬度用络氏硬度计逐个检查，方准使用；⑺注意操作控制，做到千斤顶，锚圈和预留孔道中线同心；⑻逐盘取样检查钢绞线强度，表面水锈可在张拉前涂柴油擦试除去，以减少滑丝;⑼当一束高强钢丝连续2次出现断滑丝时，应整束更换；⑳终拉完毕已割去超长部分后，发现有滑丝且须处理时，用锤轻击梁体一端锚塞，则整束钢丝会由另端滑出。此时应注意滑出端要作好防护，且不得站人；(11)张拉中千斤顶后亦不能站人，张拉后锚塞不能任意撞击，以防发生事故。四、桥面系施工预制桥面板架设后，即可进行桥面系施工，首先进行铰缝砼的灌注和桥面砼铺装，然后进行防撞护拦施工。防撞护拦采用定型钢制模板，内外模间采用固定夹具，模板必须紧密装配确保护拦外表光洁、线条明快，混凝土施工后立即进行养生。第二章桥梁施工机械设备第二篇桥梁桩基计算第一章竖向荷载下桩的承载力第一节竖向荷载下桩的受力特性桥梁桩基计算首先应了解桩的工作性能，亦即先进行桩的受力特性研究，从桩、土相互作用的观点出发，了解桩、土间的传力途径和单桩竖向承载力的构成过程。一、摩擦桩的受力特性对于竖向荷载下摩擦桩的工作性能问题，已有大量的现场试验。大量试验表明：在竖向荷载下，由于摩擦桩桩身和桩底土的弹性压缩，桩与桩侧土体之间将产生相对位移，从而导致桩侧土体对桩身产生向上的摩阻力。桩顶荷载在沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，因此桩身截面轴向力将随深度逐渐减小，当传至桩底时，桩端轴向力就等于桩顶竖向荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩端支承力反力大小相等，方向相反。可见，桩顶竖向荷载是通过桩侧摩阻力和桩端阻力逐渐传递给土体的，因此，土对桩的支承力应由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成，也就是说，桩的极限荷载应等于桩侧摩阻力极限值与桩端阻力极限值之和。但是尚需注意，桩侧摩阻力和桩端阻力的极限值并不在同一时间发生，它们的发挥程度与桩土间的变形性状有关，且各自达到极限值时所需的位移也不尽相同。众多试验表明，只要桩与土体之间出现微小的相对位移，沿桩身就有荷载传递产生，产生桩侧摩阻力即可充分发挥，达到极限值。然而，桩端阻力的发挥所需的位移值与桩底土层性质极为相关，其达到极限值所需要的位移要比发生桩侧极限摩阻力大得多。因此总是桩侧摩阻力先充分发挥，然后桩端阻力才逐渐发挥，直到达到极限状态。建立在刚塑体模型基础上的经典单桩桩端阻力极限平衡理论计算模式以及计算桩侧阻力的有效应力法均指出：在匀质砂土中桩的端阻力和平均侧摩阻力都将随着桩入土深度呈线性增加。但这个理论关系只有在桩端在某一临界深度以上时才适用。在临界深度以下时，在匀质砂土中桩的端阻力及平均侧摩阻力实际上保持为常量，这是由于土的压缩性、土粒被压碎、土拱作用以及其它因素的影响。桩侧摩阻力的大小及其分布情况决定了桩身截面轴力沿深度的变化，因此桩侧摩阻力的分布规律，对研究和分析桩的工作性状有着十分重要的作用。当桩顶作用的竖向荷载较小时，桩与其侧面土体之间的相对位移较小，此时桩面荷载几乎完全由桩侧摩阻力所承担，桩底土的竖向阻力来不及发挥；随着桩顶荷载的逐渐增加，桩与侧面土体之间的相对位移亦逐渐增大，从而桩侧摩阻力也逐渐增大。当桩侧摩阻力达到一定值后，摩阻力分布图中的最大值逐渐下移，桩端土的竖向阻力逐渐发挥。在工程实践中，桩端阻力应视桩的入土深度(h)与桩径(d)之比值及桩底土的好坏而定。当h/d较大时，桩端阻力发挥得少一些，反之，则发挥得多一些。自然当桩底土较好时，桩端阻力可考虑得大一些，反之当桩底土较坏时则可考虑得小一些。对于支承在硬土层及岩层上的柱桩，其受力特性由于其持力层强度大、变形小，在荷载作用下，桩端沉降量很小，桩侧摩阻力难以发挥，通常可忽略不计，因此，桩顶荷载主要由桩端竖向阻力支承。试验研究表明，在荷载作用下，桩侧土或多或少起到一定的作用，即使是嵌岩桩，当桩的长径比达到一定数值后(约13)，桩侧摩阻力也将起着一定的作用。但为了偏于安全，一般不考虑柱桩桩侧摩阻力的作用。二、桩土体系的荷载传递1、荷载传递机理桩侧摩阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶时，桩身压缩而产生向下位移，与此同时桩侧表面受到土的向上摩阻力。桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传到桩周土层中去，致使桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，其摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力亦随之调动起来，桩端也因出现竖向位移而产生桩端阻力。桩端位移加大了桩土相对位移，从而使桩侧摩阻力进一步发挥出来。当桩侧摩阻力全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。一般靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。根据以上所述，竖向荷载下桩土体系荷载传递的过程可简单描述为：桩身位移S(z)和桩身荷载P(z)随深度递减，桩侧摩阻力T(z)自上而下逐步发挥°S(z)、P(z)、T(z)三者间的关系可通过数学表达式加以描述。取深度z处的微小桩段dz，由力的平衡条件如下图2-1-1所示。图2-1-1 桩土体系的荷载传递 可得:T(z)Udz+P(z)+P(z)=P(z)

1dP(z)Udz任一深度z桩身截面的荷载为:P(z)=P-UjzT(z)dz0 0竖向位移为：1「 ，S(z)=S0-eazP(z)dzp微分段dz的压缩量为：ds(z)=-PP(z)dzEAp故P(z)=-AE冬pdz该式即为进行桩土体系荷载传递分析的基本微分方程。以上式中：A——桩身横截面面积；Ep一桩身弹性模量；U——桩身周长。2、影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素大致分为以下四种(见图2-1-2)：时打入桩接头被拉断或灌注桩断桩；b)桩身混凝土强度不足被压碎；。十作业钻孔桩孔底虚土过厚；(2-1-1)(2-1-2)(2-1-3)d)泥浆护壁作业孔底沉淤过厚。

(2-1-1)(2-1-2)(2-1-3)图2-1-2 异常P—S曲线第二节单桩竖向承载力的计算根据单桩在竖向荷载下的受力特性可知，单桩竖向承载力应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。桩顶沉降分析在第二篇第二章介绍，本节仅根据土对桩的支承能力及桩本身材料强度要求来探讨单桩竖向承载力的确定方法。一、按材料强度确定桩的竖向承载力一般桩的竖向承载力往往由土对桩的支承能力控制，但当桩穿过极软弱层，支承或嵌固于岩层或坚硬的土层上时，单桩竖向承载力往往由桩身材料强度控制。此时，基桩将发生纵向挠曲破坏而丧失稳定性，而且这种破坏往往发生于截面承压强度破坏以前，因此验算时尚需考虑纵向挠曲影响，即截面强度应乘上一个纵向挠曲系数。对于钢筋混凝土桩，当配有普通箍筋时，可按式2-1-4确定基桩的竖向承载力：P=PYb(―RA+—RA) (2-1-4)C g式中：P——计算的竖向承载力；平一一纵向弯曲系数，对低承台桩基可取平=1；高承台桩基可由表1查取；Ra一一混凝土抗压设计强度；A——验算截面处桩的截面面积；Rg一一纵向钢筋抗压设计强度；Ag 纵向钢筋截面面积；Yb——桩的工作条件系数，一般取*=0.95；Yc 混凝土安全系数，一般取yc=1.25；Yg——钢筋安全系数，一般取yg=1.25。当纵向钢筋配筋率大于3%时，桩的截面积应采用桩身截面混凝土面积Ah，即扣除纵向钢筋面积气’故Ah=A-AgO钢筋混凝土桩的纵向挠曲系数中 表1根据桩两端支承条件确定;r—截面的回转半径，r=、E，I为截面的惯性矩，A为截面积；d——桩的直径；b——矩形截面积的短边长。二、按土阻力确定单桩竖向承载力按土层对桩的支承能力确定单桩竖向承载力，即要求单桩在竖向荷载作用下，地基土体的强度和稳定性均能得到保证，变形也应控制在容许的范围内。确定单桩竖向承载力的方法有多种，如静载试验法、动静力触探法、经验公式法、动测试桩法等。下面着重以经验公式计算方法来确定单桩竖向承载力。在《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024—85)中建立了一套计算单桩竖向承载力的经验公式。1、摩擦桩⑴钻(挖)孔灌注桩IpL1u£l气+人mA{tj】+Ky(h-3)}2ii0 0 22式中：[P]——单桩竖向容许承载力(KN)；U——桩的周长(m)，按成孔直径计算，一般按下式取值：旋转钻：按钻头直径增大3〜50mm；冲击钻：按钻头直径增大5〜100mm；

冲抓钻：按钻头直径增大10〜200mm；I.——桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度(m)；Ti——与相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力(KPa)，按表2采用；钻孔桩桩侧土的极限摩阻力T.值 表2土类极限摩阻力T.(KPa)土类极限摩阻力T.(KPa)回填的中密炉渣、粉煤灰40~60硬塑亚粘土、亚砂土35~85流塑粘土、亚粘土、亚砂土20~30粉砂、细砂35~55软塑粘土30〜50中砂40~60硬塑粘土50〜80粗砂、砾砂60~140硬粘土800~120砾石(圆砾、角砾)120~180软塑亚粘土、亚砂土碎石、卵石160~400注： ①漂石、块石(含量占40〜50%)，粒径一般为300〜400mm可按600Kpa采用；砂类土、砾石、碎卵石可根据其密实和填充料选用大值或小值；挖孔桩的极限摩阻力可参照本表采用。A——桩底横截面积(m2)，用设计直径计算，但当采用换浆法施工时，则按成孔直径计算；［。0］——桩端处土的容许承载力(KPa)，可参照表3、表4取用。一般粘性土地基容许承载力［。0］(KPa) 表3\^0 \00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.5'"''*'-^450440430420400380350310270240220——0.6420410400380360340310280250220200180—0.7400370350330310292702402201901701601500.8380330300282602402302101801601501401300.9320282602402202101901801601401301201001.0250230220210190170160150140120110——1.1_—16015014013012011010090———注： e0为土的天然孔隙比，一般粘性土是指第四纪全新世沉积的粘性土、当土中含有粒径大于2mm颗粒重量超过全部重量30%时，［。0］可酌量提

高。砂土地基容许承载力[b0](KPa) 表4土名[a沪项实度湿度密实中密松散砾、砂、粗砂与湿度无关550400200中砂与湿度无关450350150细砂水上350250100水下300200-粉砂水上300200-水下200100-注： 在地下水位以上的地基上湿度为“水上”、地下水位以下的为“水下”。h 桩尖的埋置深度(m)，当h>40m时取40m计算；K2——地面上容许承载力随深度的修正系数，根据桩端处持力层土类选用；Y2——桩底以上土的容重(KN/m3)；入——考虑桩入土长度影响的修正系数，按表5采用；m0——考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数，按表6采用。人值 表5-...人值、桩底土情况■■■■■■■--4~2020~25>25透水性土0.700.70〜0.850.85不透水性土0.650.65〜0.720.72注：h为桩的埋置深度(m),d为设计桩径(m)。清底系数m0值 表6t/d>0.60.6〜0.30.3〜0.1m0见注③0.25〜0.700.70〜1.00注①表中给出值仅供计算用，t/d的限值参照《公路桥涵施工技术规范》；t为桩底沉淀土厚度，d为桩的设计直径；设计时不宜采用，当实际施工发生时，桩底反力按沉淀土[。o]=50Kpa-100KPa。⑵打入桩P]=L(U£alt+aAb)

2 iii R式中：七——第i层土对桩壁的极限摩阻力(KPa)，可按表7采用；ar——桩端处土的极限承载力，可按表8采用；七、a——分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端阻力的影响系数，按表9采用，对于锤击沉桩其值均取为1.0。其它符号同摩擦桩公式。打入桩桩侧的极限摩阻力Tj值 表7土类状态极限摩阻力Ti(KPa)粘性土1.5礼31.01.0>『0.750.75>IL30.50.5>IL30.250.25>Il300>L粉细砂稍松中实密实中砂中实密实粗砂中实密实注：表中IL为土的液性指数；系按76g平衡锥测定的数值。

打入桩桩底处土的极限承载力Or值 表8R土类 状态 桩底极限承载力(KPa)粘性土Il31.01.0>Il30.650.65>Il30.350.35>Il1000160022003000桩底进入持力层的相对1■深度h，/dV1IWh，/d<434粉砂中实250030003500密实500060007000细砂中实300035004000密实550065007500中、粗砂中实350040004500密实600070008000圆砾石中实400045005000密实700080009000注：表中h，为桩底进入持力层的深度，d为桩的直径或边长。系数a广a值 表9系数土类d(m)粘土亚粘土亚砂土砂土d580.60.70.91.10.8<d^2.00.60.70.91.0d>2.00.50.60.60.92、柱桩支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩竖向受压承载力决定于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，可按下式计算：[P]=(C1A+C2Uh)Ra式中：Ra——天然湿度的岩石单轴极限抗压强度 (KPa)，试件直径为70mm~100mm，试件高度与直径相等；h——桩嵌入基岩深度(m)，不包括风化层；U——桩嵌入基岩部分的横截面周长(m)，对于钻孔桩和管柱按设计直径采用；A——桩底横截面面积(m2)，对于钻孔桩和管柱按设计直径采用；C］、C2——根据清孔情况，岩石破碎程度等因素而定的系数，按表10采用。系数C1、C2值 表10条件C1C，良好的0.60.05一般的0.50.04较差的0.40.03注：①当h^0..5m时C1采用表列数值的0.75倍，C2=0；②表列数值用于沉桩或管柱，对于钻孔桩系数C「C2值可降低20%采用。第二章单桩的沉降计算第一节概述超静定结构桥梁或建于软土、湿陷性黄土地基或沉降较大的其它土层上的静定结构桥梁墩台的桩基础除了需满足本身的结构强度、地基的承载能力和稳定性外，还需对桩基沉降量有一定的要求，尤其是大直径钻孔灌注桩，通常土对桩的支承能力较大，桩的设计控制指标往往是桩顶的沉降量。然而如何准确计算桩顶沉降量有待进一步研究。通常，公路桥梁桩基础在下列情况下，应进行单桩的沉降量计算：1、 当相邻桥梁墩台处的地基显著不同或相邻跨径差别悬殊时；2、 跨线桥或跨线渡槽下的净高限制要求较高，需预先考虑沉降量时；3、 当墩台建筑在地质情况复杂、地层不均匀及承载力较差的粘土地基上时;4、 当超静定结构桥梁建于非岩石地基上时。目前墩台基础的沉降仅以恒载为计算依据，对作用时间短暂的活载引起的沉降是否考虑，尚待进一步探讨。通常对于超静定桥梁计算出的沉降量与施工完成时的沉降量之差不得超过下列容许值（以0mm计）：SQ0\，L△sa.0&式中：s——墩台基础的均匀总沉降量（不包括施工中的沉降）；△S——相邻墩台基础均匀总沉降差值（不包括施工中的沉降）；L 相邻墩台间最小跨径长度，以m计，跨径小于25m时仍以25m计算。第二节单桩的沉降计算竖向荷载下单桩的沉降量可由以下三部分组成：⑴桩本身的弹性压缩量；⑵由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端土体压缩所产生的桩端沉降；⑶由于桩端荷载引起桩端土体压缩所产生的桩端沉降。影响单桩沉降量的主要原因有桩的长度、桩与土相对压缩性、土的剖面、荷载水平、荷载持续时间、桩侧桩端各自分担的荷载比以及沿桩身的分布图式等。目前计算单桩沉降的方法主要有下述几种：⑴按半无限弹性体理论计算；⑵荷载传递分析法；据此可求得单桩荷载一沉降关系；⑶剪切变形传递法；⑷分层总和法；⑸有限单元分析法；⑹简化法。下面主要探讨简化法计算单桩沉降量。简化法计算单桩的沉降量在竖向工作荷载作用下，单桩沉降S由桩身压缩变形^。和桩端土的压缩变形^3组成，即：S=AC+AK (2-2-1)1、柱桩对于支承在岩层上或嵌入岩层中的单根柱桩，在桩顶竖向荷载作用下，该桩产生的沉降S主要由桩身材料弹性压缩变形^。和桩底处岩层的压缩变形^K所引起，艮口NlNS=AC+AK=N—EAC0A式中：N——作用于桩顶的竖向压力。桩身自重对△C没有影响，所以不考虑桩身自重；E——桩身材料的受压弹性模量；l——桩的长度；C0——桩底处岩层的竖向抗力地基系数，见表11；A——桩的横截面面积。岩石C0值 表11Rc(KPa)C0(KN/m3)100030000032500015000000注：①R为岩石的单轴向抗压极限强度；c当Rc为中间值时，采用内插法。2、摩擦桩对于支承于非岩层上或支承于较厚的强风化层上的单根摩擦桩，在桩顶竖向荷载作用下，确切地说，单桩的沉降S由桩身材料的弹性压缩变形^。、桩侧摩阻力传至桩底平面使该平面处地基产生的弹性变形^3以及桩底平面下一定深度内地基的压缩变形△h三部分组成，但对于单桩来说，桩底以下受压影响深度不大，其Ah值往往很小，可以略去不计。因此单桩摩擦桩的沉降仍用式(2-2-1)表示。对于打入桩和振动下沉摩擦桩，考虑到成桩过程中桩侧土体的挤密作用，可近似地假定桩侧土体的摩阻力随深度成三角形分布。对于钻、挖孔桩则假定桩侧土摩阻力在整个入土深度内为均匀分布。当桩侧土的摩阻力按三角形分布时，设桩尖平面处的摩阻力为Th，桩身周长为U,桩底承受的荷载与总荷载N之比为a，则：2N(1-a)T户一 hUh作用于地面以下z处桩身截面上的轴向力N为:zz2八、Nz=N-^-N(1-a)因此桩身的弹性压缩变形^。为AC=性+—jhNdz="+M-N

EAEA0zEA式中：l0——桩身位于地面以上的长度；h——桩身位于地面以下的长度；一，， 2a 1&——系数，&=2(1+兰)，当摩阻力均匀分布时，同理可得&=土(1+a)。3 2 2a的确定因摩擦桩主要是桩侧摩阻力承受外力，桩端阻力很小，可不考虑21a的影响，取&=土(打入桩和震动下沉摩擦桩)或&=-(钻、挖孔灌汪摩擦桩)。32计算桩底平面处地基的沉降时，可假定外力借助桩侧土的摩阻力自地面以中角扩散全桩底平面处(中为土的内摩擦角)，但扩散半径不应大于桩中心距的4一半，故有：A0=兀(\+htg?)2或A0=4兀％2中取小值。因此 AK=—^―C0A0式中：C0——桩底平面的地基土竖向地基系数，C0=m0h，比例系数m0由表12查得。非岩石类土的比例系数m和m0值 表12土的分类 m或m0(KN/m4)

当地面处水平位移大于6mm但小于10mm时当地面处水平位移小于及等于6mm时流塑性粘土1,31、淤泥1000~20003000~5000软塑性粘土1>1『30.5、粉砂2000~40005000~10000硬塑性粘土0.5>Il>0、细砂、中砂4000~600010000〜20000坚硬、半坚硬粘性土1『<0、粗砂6000~1000020000〜30000砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石10000〜2000030000〜80000密实粗砂夹卵石、密实漂卵石80000〜120000由上可得，对于打入和震动下沉的摩擦单桩，其沉降为：S=AC+AK=曳+-箜+—^ (2-2-2)EA3EAC0A0对于钻、挖孔灌注桩，其沉降为：S=AC+AK=E+1箜+—^ (2-2-3)EA2EAC0A0第三章单桩的质量检测第一节概述桥梁工程中的桩基础普遍采用灌注桩，其施工技术复杂，工艺流程相互衔接紧密，要求施工队伍管理水平和人员素质较高，且多在水下及地下进行，施工质量影响因素较多，通常容易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等多种形态复杂的质量缺陷，影响桩身的完整性和单桩的承载能力。在桥梁工程桩的施工过程中常见的有如下问题：1、 冲、钻孔灌注桩由于停电或其它原因，混凝土浇灌不连续，导致隔水层凝固形成硬壳，后续混凝土无法灌注，只好上拔导管，使导管内留存混凝土全部流出，形成与泥浆接触的混凝土表面，或在该表面形成断桩。设计桩径过小，导管和钢筋笼占据一定空间，加上孔壁摩阻力作用，阻碍混凝土上升而堵管，形成断桩或钢筋笼上浮。泥浆比重配备不当，易使孔壁坍塌，形成夹泥。正循环清孔时，洗孔时间或孔口泥浆比重控制不当，时间过长易于塌孔;时间过短孔底沉渣太厚，影响桩端承载力的发挥。当混凝土灌注不当，管内形成气团，当压入管外混凝土内时将形成封闭气囊，基桩出现孔洞。当混凝土和易性不好时，易产生离析现象。导管插入混凝土深度不当。埋入过浅，混凝土沿管侧上翻，将沉渣等夹入桩内；埋入过深，管侧混凝土不能上升，混凝土沿孔壁上翻形成夹泥。2、 人工挖孔桩①地下水渗流严重的土层，易使护壁崩塌，土体失稳塌方。土层出现流砂现象或有动水压力时，护壁底部土层会突然失去强度，泥土随水急速涌出，产生井涌，使护壁与土体脱空，或引起孔形不规则。挖孔抽水使地下水位下降，护壁承受负摩阻力使护壁受拉，产生环向裂缝。当护壁所受周围土压力不均匀时，也将产生弯矩和剪力作用，引起垂直裂缝。基桩完成后，护壁为桩身的一部分，护壁裂缝破损或错位将影响桩身质量和侧阻力的发挥。孔深较大时，无导管浇灌混凝土易产生离析现象。浇灌混凝土时，孔底排水不干净，使桩尖混凝土稀释，桩端承载力降低。因此，随着目前灌注桩的大量使用，桩身的质量检测日益显得重要。第二节桩的成孔质量检测桥梁工程中常用的灌注桩施工方式主要有旋转钻孔、冲击成孔、冲抓成孔和人工挖孔等。人工挖孔为干作业施工，成孔后孔壁的形状、孔深、垂直度、孔底沉淀厚度以及钢筋笼的安放位置等均可通过目测或人下到孔内进行检查。成孔质量较易控制。钻孔、冲击成孔或冲抓成孔等灌注桩，通常以泥浆进行护壁，孔壁形状、垂直度和沉淀土厚度等只能通过仪器进行检测。一般湿作业灌注桩成孔质量检查有以下主要内容及其相应的检测方法。1、 桩位偏差检查桩孔中心位置的偏差要求，对于群桩不得大于100mm；单排桩不得大于50mm。一般采用经纬仪或全站仪进行量测。2、 孔径检查成桩的直径不得小于设计桩径，一般可用专用球形孔径仪、伞形孔径仪或声波孔壁测定仪等测定。3、 桩倾斜度检查基桩的垂直度一般要求：对竖直桩其允许偏差不应超过1%，斜桩不应超过设计斜度的土2.5%。一般采用JDL-1型陀螺测斜仪或JJX-3型井斜仪检查，也可采用声波孔壁测定仪测绘出连续的孔壁形状和垂直度。4、 孔底沉