桥梁施工- 课件 2-基础工程构造与施工

2023/12/12第1章

基础工程构造与施工2023/12/12一、桥梁基础类型二、天然地基浅平基施工三、桩基础施工技术四、沉井基础施工基础工程构造与施工12023/12/1232023/12/1241、桥梁基础类型桥梁基础是桥梁结构直接与地基直接接触的最下部分，是桥梁下部结构的重要组成部分。地基与基础受到各种荷载后，其本身将产生附加的应力和变形。为保证桥梁的正常使用和安全，地基和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、上部结构要求和荷载特点，桥梁基础可采用不同方案。在方案选择上力争做到使用上安全可靠，施工技术上简便可行，经济上合理。同时，桥梁基础均在地面或水面以下，其施工条件和受力状况都和上部结构不同。且完工后属隐蔽工程，检查和修补都很困难。所以，在设计和施工中对它进行深入的研究是很有必要的。2023/12/1251、桥梁基础类型桥梁基础根据埋置深度的不同可分为浅置基础和深置基础两类。它们的设计计算原理不同，施工方法也不同。浅置基础是在墩台处直接修建的埋深较浅的基础（一般小于5m），浅置基础最为简单，也最常用。由于浅层土质不良，有时需把基础埋置于较深的良好地层上，这样的基础称为深基础（一般埋深大于5m）。常用的深基础有：桩基础、挖井或沉井基础，特殊桥位也可能采用其它大型基础或组合基础形式。有水时，称为水中基础。由于现代桥梁跨度大，结构荷载大，浅基础较少采用。1、桥梁基础类型62023/12/1271、桥梁基础类型浅置基础-扩大基础

四川大渡河泸定铁链吊桥。桥长100米，宽2.8米，至今仍在使用。明挖扩大基础是直接墩台下开挖基坑修建而成的实体基础，适合于在岸上或水流冲刷影响不大的浅水处，且浅层地基承载力合适的地层。它构造简单，施工方便，最为常见。欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥，建于1741年，跨径20米，宽0.63米。1、桥梁基础类型8深置基础-桩及管柱基础欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥，建于1741年，跨径20米，宽0.63米。

四川大渡河泸定铁链吊桥。桥长100米，宽2.8米，至今仍在使用。2023/12/1291、桥梁基础类型深置基础-沉井基础2023/12/12101、桥梁基础类型深置基础-沉井基础1、桥梁发展历史11深置基础-复合基础天然地基浅置基础施工22023/12/12122023/12/12132、天然地基浅置基础施工明挖扩大基础是浅置基础，亦为刚性基础，其构造如图2-2所示。明挖扩大基础是直接墩台下开挖基坑修建而成的实体基础，适合于在岸上或水流冲刷影响不大的浅水处，且浅层地基承载力合适的地层。它构造简单，施工方便，最为常见。明挖扩大基础的平面形状常为矩形，也有其它形式（视墩台身底面的形状而定）；立面形状可为单层或多层台阶扩大形式，其与地基承载力及上部荷载大小有关。明挖扩大基础的常用材料有混凝土、片石混凝土、浆砌片石等。混凝土强度等级一般不宜小于C25，浆砌片石一般用M20以上水泥砂浆，MU50以上石料。2023/12/12142、天然地基浅置基础施工明挖扩大基础的特点是稳定性好，施工简便，取材容易，能承受较大荷载，所以只要地基承载力能满足要求，它是桥梁的首选基础形式。但其缺点是自重大，在持力层为软弱土时，由于基础面积不能无限扩大，需要对地基进行处理或加固后才能采用。所以对于荷载较大、上部结构对沉降变形较为敏感、持力层土质较差且较厚的情况，不宜采用明挖扩大基础。刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖，开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。基坑挖至基底设计高程应立即对基底土质及坑底进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。基坑可以人工或机械开挖，接近基底设计高程应留30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5～1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。2023/12/12152、天然地基浅置基础施工浅平基施工程序与主要工作内容2023/12/12162、天然地基浅置基础施工陆地基坑的开挖和支护陆地基坑开挖的过程中，根据土质条件和水位情况对基坑壁可采取不围护或围护的开挖方法，常用的方式有以下几种。1.坑壁无支撑的基坑当基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，坑壁可不加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。2.坑壁有支承的基坑当基坑较深、开挖土方工程数量较大、土质条件较差、地下水影响较大或放坡开挖受场地条件限制时，可对基坑坑壁进行支护。2023/12/12172、天然地基浅置基础施工陆地基坑的开挖和支护无支护基坑2023/12/12182、天然地基浅置基础施工陆地基坑的开挖和支护有支撑基坑2023/12/12192、天然地基浅置基础施工基坑排水基坑如在地下水位以下，则在基坑开挖过程中，地下水会不断地渗人基坑。因此在施工过程中，必须不断地排水，以保持基坑干燥，便于基坑开挖和基础的砌筑和养护。目前常用的基坑排水方法有表面排水法、井点降水法和止水帷幕法三类。1.表面排水法表面排水法是在基坑整个开挖过程及基础砌筑和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及基底的渗水，并引向一个或数个比集水沟挖得更深一些的集水坑，集水沟和集水坑应设在基础范围以外，在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防土石堵塞龙头。这种排水方法设备简单、费用低，一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等黏聚力较小的细颗粒土层时，由于抽水会引起流沙现象，造成基坑的破坏和坍塌，因此当基坑为这类土时，应避免采用表面排水法。2023/12/12202、天然地基浅置基础施工基坑排水2.井点降水法井点法排水是沿基坑周围设置若干井管，从连接井管的集水管中抽水，使地下水位降低到基底以下，如图2-15所示。井点法排水可使基坑无水，将坑壁边坡放陡。在有支护的基坑中，支护结构可按较小的土压力设计。而且，由于地下水位降低，原状土失去浮力，自重加大，可对基底土进行预压，从而增加基底承载力，减少基础沉降量。但所使用的设备较多，施工较复杂，成本亦较高。3.止水帷幕法帷幕法是在基坑边线外设置一隔水幕，用以加长地下水渗流路线，以阻止或限制地下水渗流到基抗中去，防止流沙、突涌、管涌、潜蚀等地下水的作用。采用止水锥幕法施工时应进行具体设计并符合有关规定，止水幕的厚度应满足基坑防渗要求，渗透系数宜小于1.0×10-6mm/s。当地下含水层渗透性较强、厚度较大时，可采用止水帷幕与坑内井点降水相结合或采用竖向止水帷幕与水平止水帷幕相结合的方案。其施工方法、工艺和机具的选择应根据场地工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。2023/12/12212、天然地基浅置基础施工基坑排水2023/12/12222、天然地基浅置基础施工基坑围堰在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，把围堰内的水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较困难，也可在围堰内进行水下挖土，挖至预定高程后先浇筑封底混凝土，然后再抽干水继续砌筑基础。在围堰内不但可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。围堰的作用主要是防水挡土，使基础能在无水或静水环境中进行。围堰的结构形式和材料要根据水深、流速、地质情况以及通航要求等条件确定。常用的围堰类型有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰及地下续墙围堰等。2023/12/12232、天然地基浅置基础施工基坑围堰1.土石围堰和草袋围堰土围堰用在水深2m以内、流速0.5m/s以下、河床土层不透水或渗水较小的情况。土堰宜用黏性土填筑，缺少黏土时也可用砂土。土堰的断面一般为梯形。土围边坡坡度与土质的种类、水流速度、河床土层的透水性等有关。用黏性土修筑的土围堰，顶宽度b不应小于1.5m，临水面的坡度可用1:2；内坡可用1:1。如用砂土作围堰土料时，堰顶宽度不小于2m，外坡可用1:3至1:5，内坡用1:3。2023/12/12242、天然地基浅置基础施工基坑围堰2.钢板桩堰钢板桩本身强度大，防水性能好，打人时穿透能力强。因此，钢板柱围的适用范围相当广。从我国桥梁基础施工的实践来看，10~20m的围堰，用钢板桩是适当的。在特殊情况下，30m深的围堰也使用过钢板桩。钢板桩不但能穿过砾、卵石层，也能切入软岩层内。2023/12/12252、天然地基浅置基础施工基坑围堰3.钢吊箱围堰为实现深水高桩承台桩基础承台的无水施工，钢吊箱围堰被越来越多地采用。其工作原理是在深水桩基础的基桩施工完成后，用起吊设备将内装有扁担梁，且已拼装成整体的钢吊箱围堰悬挂在定位桩桩顶，然后灌注水下混凝土封底，封底混凝土达到强度后抽水浇筑承台混凝土。吊箱的底板是封底混凝土的控制面和底模，侧板为封底混凝土和承台混凝土的侧模；同时，吊箱围堰的顶面也作为浇筑混凝土施工的工作面。2023/12/12262、天然地基浅置基础施工基坑围堰4.双壁钢围堰钢围堰既是围水挡土的临时构造物，同时其顶部又是水中施工的平台。它具有良好的刚度和水密性能，因此在深水施工中得到了应用。通常钢围堰有单壁和双壁两种，与单壁钢围堰相比，双壁钢围堰具有更大的刚度和更大的作业空间，所以它更方便施工并能适应更大的水深。双壁钢围堰常为圆形，也有为适应基础形状而作成异形的，其堰壁钢壳由有加劲肋的内外壁板和多层水平桁架所组成。堰壁底端设刃脚，以利切土下沉。在堰壁内腔，用隔舱板将其对称地分为若干个密封的隔舱，以便利用不平衡的灌水来控制其在下沉时的倾斜。2023/12/12272、天然地基浅置基础施工基坑围堰5.锁口钢管桩围堰锁口钢管桩围堰是以带锁口的钢管桩代替钢板桩，通过导向框打入下沉到位。结构上可视作是将双壁钢围堰化整为零，由各根管桩来穿过地下障碍物。所以，这种由钢管桩相互间通过锁口相连构成的基础施工防水围堰的特点是：钢管桩截面模数大，具有很好的抗弯能力，可大大简化围堰的内支撑体系，方便施工；同时，钢管桩的刚度和稳定性好，可采用强制下沉方式，因此它更适合在有地下障碍物的地方使用。也就是说，锁口钢管桩围堰综合了钢板桩围堰和双壁钢围堰的结构特点。2023/12/12282、天然地基浅置基础施工基底检验与处理1.基底检验基坑开挖至设计标高后，应对基底进行检验，以确定是否达到设计要求，通常检验的主要项目为：（1）基底土质是否符合设计，能否满足墩台承载力要求。（2）基底各部位土质是否相同，如有不同，能否导致墩台不均匀沉降。（3）基底承重面与墩台压力线是否垂直，能否导致发生墩台滑动。（4）基底平面尺寸能否保证基础圬工按设计尺寸顺利施工。（5）基坑防水措施是否恰当，能否保证基础圬工施工质量。（6）基底高程是否符合设计要求。非岩石基底约每10m2测量一点，全基坑不少于8点，其平均误差应在±50mm之内；岩石基底则应清理至岩面。2023/12/12292、天然地基浅置基础施工基底检验与处理2.基底处理（1）微风化的岩石基底。全部开挖到新鲜岩面。岩面倾斜时，应予凿平或凿成台阶，使承重面与墩台压力线垂直。岩面上的淤泥、苔藓及松碎石块应清除干净。岩面如有部分溶沟、溶洞或破碎带等难以清理到新鲜岩面的情况时，应会同设计人员研究处理。位于基底中部的狭窄溶沟，可在基底标高以下设置混凝土拱将力传递到两侧岩石上；小面积溶洞可用混凝土或浆砌片石回填。（2）风化岩基底。岩石的风化程度对其承载力影响很大，应会同设计、地质人员分析判断能否满足设计承载力的要求，并注意基底各部位的风化程度是否相同。如基底承载力不够，可适当降低基底高程，如风化层不厚，宜清理到新鲜岩面。（3）碎石土或砂土基底。将基底修理平整并夯实，砌筑基础圬工时，先铺一层2cm厚水泥砂浆。2023/12/12302、天然地基浅置基础施工基底检验与处理（4）黏土基底。基底分两阶段开挖，先挖到距设计标高20~30cm处，大致整平，做好排水和砌筑圬工的准备工作后，再开挖到基底并铲平。铲平时要注意不得扰动基底原状土，超挖处不得用土回填。基底铲平后应在最短时间内砌筑基础圬工，以免原状土暴露过久浸水变质。如基底原状土含水量较大或在施工中被浸水泡软，可向基底夯入10cm以上厚度的碎石，但碎石顶面应不高于基底设计高程。基底土质应符合设计要求，如有不符或有怀疑时，应请设计人员研究处理。如基底土质不匀，部分软土层厚度不大时，可挖除后分层夯填砂土或碎石。（5）泉眼。泉眼应用堵塞或导流的方法处理。可先用水玻璃和水泥以1:1比例调匀捻团后，堵塞泉眼。如经多次堵塞无效，应改用导流方法处理。可将钢管插入泉眼，封闭钢管四周，使水沿钢管上升；或在泉眼处设置小井，将水引出基础圬工之外抽排，然后再用水下混凝土填井，如泉眼位置不明确，可在基底以下设置暗沟或盲沟，将水引至基础圬工以外的汇水井中抽排。基坑有渗漏水时，基坑抽水应待基础圬工终凝后才能停止，以免圬工早期浸水，影响质量。2023/12/12312、天然地基浅置基础施工基底检验与处理（6）基底大面积透水。地下水位较高的砂土或碎石土基底会大面积透水，大量抽水会将土中细小颗粒随水抽走，从而又加大渗水量，形成恶性循环。一般按水中施工设计，在基底以下设置水下混凝土封底予以封闭。明挖基础遇到基底大面积渗水时，如渗水量不太大，可沿基础周边打木板桩，靠加大渗流长度来减小渗流量；也有在基础范围外打一圈黏土桩的成功经验。黏土桩间隔1m，以φ60cm钢管打入地面作为护筒，向护筒内填干黏土，用300kg以上穿心锤将土夯入地层，边打边填黏土，直到打不下去时为止。如渗水量较大，则须在基底以下设置水下混凝土封底，由于封底混凝土增加了基底荷载，应通过检算确定。。32023/12/1232桩基础施工技术3、桩基础施工技术33当墩台所处位置的覆盖层很厚，适于承载的地基很深，或同时水深也较大时，往往需要采用深基础，桩基础就是一种常用的深基础。柱基础由若干根桩和承台两部分组成，桩在平面排列上可为一排或几排，桩的顶部由承承台联成一个整体，再在承台上修筑桥墩或桥台及上部结构。我国桥梁桩基础大多采用钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩和钢桩。钢筋混凝土桩截面形式有圆形、环形、方形、六角形等，钢桩的截面形式有圆形、H形等，在桩轴方向，也分竖直桩和斜桩（通常用于拱桥墩台基础）。3、桩基础施工技术34按承台位置的不同，桩基础可分为高桩承台桩基础和低桩承台桩基础，高桩承台的承台底面位于地面或冲刷线以上，低桩承台的承台底面则位于地面或冲刷线以下。高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。3、桩基础施工技术35按施工方法的不同，桩基础可分为钻挖孔就地灌注桩和沉入桩。灌注桩是采用就地成孔的方法来完成的一种深基础。灌注桩的特点是施工设备简单，操作方便，适用于各种砂性土、黏性土，也适用于碎卵石类土层和岩层。3、桩基础施工技术36沉入桩是通过汽锤、柴油锤或振动锤等打桩机械将各种预制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）沉入或打入地基中所需深度。这种施工方法适用于桩径较小（一般直径在0.6~1.5m），地基土质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。3、桩基础施工技术37按单桩竖向承载方式，柱基础可分为柱桩和摩擦桩。柱桩是将桩尖通过软弱的覆盖层以后再嵌入坚硬的岩面，荷载由桩尖直接传到基若中，桩像柱子一样受力。摩擦桩是当基岩埋藏很深，桩尖不可能达到时，荷载通过位于覆盖层中桩的侧壁与土壤间的摩擦力和桩端部的支承力共同承受的桩基础。3、桩基础施工技术38沉入桩是靠桩锤的冲击能量将桩打入土中，因此桩径不能太大，一般土质中桩径不大于60cm，桩的入土深度也不能太深，一般土质20~30m，否则对打桩设备要求较高，且打桩效率低。现在主要使用的桩为钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩和少量钢柱。沉入桩施工3、桩基础施工技术39打桩设备主要是桩锤、桩架、起重机具和动力设备等。沉入桩施工-打桩设备3、桩基础施工技术40沉入桩施工-打桩施工3、桩基础施工技术41在正式打桩前，在设计桩位或附近地质相同地点，先打试桩。施工阶段的试桩，主要是确定施工工艺、选定施工机具设备及检验桩的承载力等。其内容包括工艺试验、冲击试验及静压、静拔和静推试验。对冲击试验的桩数，一般不得少于基桩总数的2%。每一基坑内的基桩或每一种类及大小尺寸的基柱，至少应有2根试桩。沉入桩施工-沉桩工艺与冲击试验3、桩基础施工技术42主要有以下几种沉桩方法：（1）射水沉桩。（2）振动沉桩。（3）静力压桩。沉入桩施工-沉桩方法3、桩基础施工技术43打桩施工的质量控制主要有三方面。1）在打桩过程中，桩不被打坏。2）打到设计标高的基桩，在承台板底面位置的偏差不超过容许值。3）打到设计标高的基桩的承载力必须满足设计要求。沉入桩施工-质量控制与事故处理3、桩基础施工技术44打桩施工常见事故与处理办法。1）桩打不下去，根据具体情况选择换位重打或改用重锤或配合射水沉桩。2）偏桩及歪桩，可用拉或顶的方法矫正。3）裂桩，对于木桩，劈裂不大时，可用铁丝或铁箍加固，严重劈裂者，则须锯掉或拔出换桩重打；对钢筋混凝土管桩，如破裂不严重，可用铁箍加固，继续打到设计深度后在桩内安放钢筋笼，灌注混凝土加固。4）断桩，根据情况进行补桩。沉入桩施工-质量控制与事故处理3、桩基础施工技术45钻（挖）孔灌注桩是指采用不同的钻（挖）孔方法，在地层中按要求形成一定形状（断面）的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌注混凝土（有地下水时灌注水下混凝土），形成桩基础的一种施工工艺。钻（挖）孔灌注桩施工42023/12/1246沉井基础施工47按下沉方式，沉井基础可分为就地建造下沉的沉井和浮运就位下沉的沉井。按建筑材料，沉井基础可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井等。沉井按平面形状可分为圆形、矩形及圆端形沉井等。沉井竖直剖面外形主要有竖直式、倾斜式及阶梯式等。4、沉井基础施工沉井分类48沉井通常由刃脚、井壁、隔墙、井孔、封底混凝土、顶盖等部分组成。4、沉井基础施工沉井的构造49沉井基础的施工方法与地质和水文情况紧密相关。在水中修筑沉井时，应对河流汛期、通航、河床冲刷等进行调查研究，然后制定施工计划，并尽量在枯水季节进行施工。如施工须经过汛期时，应采用相应的措施。沉井基础可概括为旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井三种方式，前两种方式在无水或浅水处采用就地制造和下沉，是常见的沉井施工方法；后一种是在深水中才能采用的岸边制造、浮运就位下沉的施工方法。4、沉井基础施工沉井基础的施工50桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。在这种情况下，一般较容易施工。施工工序：（1）清整场地。（2）制造第一节沉井。（3）拆模及抽垫。（4）挖土下沉。（5）接高沉井。（6）设置井顶围堰。（7）基底检验和处理。（8）沉井封底。（9）井孔填充和顶板浇筑。4、沉井基础施工沉井基础的施工-旱地沉井施工51一般在浅水中或地面可能被水淹没的早地上，需筑岛制作沉井。4、沉井基础施工沉井基础的施工-水中沉井施工-筑岛法52在筑岛困难的条件下修筑沉井基础，可使用浮式沉井，即先将底节沉井浮运就位，再就地接高下沉。4、沉井基础施工沉井基础的施工-水中沉井施工-浮运沉井531.下沉困难时的辅助措施沉井下沉发生困难，主要是由于沉井自身重量克服不了井壁摩阻力，或刀脚下遇到大的障碍所致。解决前者的方法是从増加沉井重量和减小井壁摩阻力两个方面着手。4、沉井基础施工沉井基础施工注意事项54增加沉井自重。具体方法有：1）提前接筑上一节沉井，以增加沉井自重。2）在井顶上压重物（钢轨、铁块或片石等），但由于沉井自重很大，能够増加的压重有限，除为了纠正沉井偏斜而采取偏心压重外，很少使用。3）在不排水下沉的井内抽水减小沉井浮力，促使沉井下沉。但在砂土等容易翻砂涌水的地层中使用时，井内水头降低容易引起翻砂，而且会导致沉井突然大量下沉而倾斜。因此，沉井入土不深，稳定性较差时，不宜使用；一般抽水不宜过大，以防井孔内突然大量涌水危及安全。4、沉井基础施工沉井基础施工注意事项55减小沉井外壁摩阻力。1）井外射水。在井壁上留有射水嘴的管组（施工中须防止泥沙堵死），利用高压水流冲松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而润滑井壁，使沉井摩阻力减小。2）井外挖土。沉井周围挖除部分覆盖土，可减少摩阻力。3）炮振下沉。当刃脚下土已挖空，采取其它措施仍不能克服外壁摩阻力时，可考虑采用炮振下沉。使用时必须严格控制用药量及操作方法（可只在沉井中央泥面放置炸药，且每次只起爆一处），炸药量一次不宜超过100g。应当指出，爆压通过水介质的传播，将形成很大的内外压力，极易引起沉井开裂，因而在水中炮震时，应严格控制每次用药量，以策安全。。4、沉井基础施工沉井基础施工注意事项562.沉井下沉中的防偏与纠偏要求沉井下沉的全过程，就是防偏与纠偏的过程。有偏移，就有偏心距和附加应力，对地基承载不利。若偏移过大，墩台身还可能偏位悬空，致使沉井报废。因此，施工的过程中应均匀除土，防止沉井偏斜，并及时调整沉井的倾斜和位移，这在下沉初期尤为重要。4、沉井基础施工沉井基础施工注意事项573.沉井位置偏差的原因和防止措施（1）沉井位于滑坡体上，沉井下沉时土体下滑。