行業(yè)資訊
對橋梁墩臺樁基礎設計施工的幾點建議
多數(shù)橋梁墩(臺)基礎采用樁基礎,針對基礎的設計方法和施工要求,結合近年來在實踐中的一些經(jīng)驗,對橋梁墩臺樁基礎提出幾點建議。
1、盡量壓縮樁基數(shù)目
盡量壓縮樁基數(shù)目,減小承臺,直到樁基與墩柱直接連通,一柱通天,取消承臺。目前國內灌注樁基的設計和施工技術都大大地發(fā)展了,直徑3.5m以上的實心或空心樁,長100m以上的深樁,都屬常見,那種細而短的群樁基礎應當逐步被淘汰。
灌注樁有許多優(yōu)點,而其一個主要的缺點就是施工過程出現(xiàn)塌孔、斷樁等事故的幾率大,處理困難,樁數(shù)越多,事故出現(xiàn)的可能性越多。一般中等跨徑的橋梁,更無必要采用很多樁組成的群樁基礎。原來是3排樁的有條件時應改為2排, 2排的應改為單排,寧可加大樁徑和樁長,也要減少樁數(shù),最后作到一個墩柱一根樁,取消承臺,不但經(jīng)濟,而且施工快速、事故率大大降低。
當做成一樁一柱式無承臺的橋墩之后,就形成了一種輕型而又新穎的排架樁式墩,可以利用柔性墩臺橋梁的理論來設計,以取得更大的技術經(jīng)濟效益。
2、樁柱結合時利用樁頂護筒擴大樁徑的優(yōu)點
灌注樁施工時為了防止地表土坍塌,都必須安設護筒,其直徑一般須大出樁徑(15--20)cm錯誤!未找到引用源。2,以免施工過程受到鉆頭傷害,長度視土質,一般4--8m,甚至更長。因此,形成的樁身,當設計直徑為100cm時,頂段4--8m為130--140cm,設計直徑為150cm時,頂段直徑達180--190cm,形成一個相當寬闊的圓形平臺,對上接圓形、矩形或其他形狀的墩柱都十分有利,墩柱的寬度甚至可大于下面的設計樁徑。例如,當樁徑100cm,護筒直徑130cm時,上面可接矩形薄壁50錯誤!未找到引用源。120cm;而樁徑150cm,護筒直徑180cm時,上面可接矩形薄壁70錯誤!未找到引用源。165.8cm,這對選擇和布置墩柱的型式皆十分有利,對橋臺的輕型化也十分有利。
3、擴大基礎加固法
指擴大橋梁基礎底面積的方法。適用于基礎承載力不足、或埋置太淺,而墩臺又是圬工或混凝土剛性實體式基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定。當?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時,采用擴大基礎底面積的加固,主要由地基變形計算來加以選定。在剛性實體式基礎周圍加石砌圬工或混凝土,以擴大基礎的承載面積。順序如下:(1)常在必須加寬的范圍內先打板樁圍堰,如墩臺基底地基土不好時,應作必要的加固;(2)挖去堰內土體,只挖至必要的深度;(3)在堰內把水抽干后,鋪砌石塊(漿砌),或作混凝土基礎;(4)新舊基礎要注意牢固結合,施工時,可加設連系鋼筋或插以鋼銷,以使加固擴大基礎和舊基礎牢固地結合成一整體。
4、增補樁基加固法
在樁式基礎的周圍補加鉆孔樁或打人鋼筋混凝土預制樁并擴大原承臺,以此提高基礎承載力、增加基礎穩(wěn)定性。這種加固法稱為增補樁基加固法。新加鉆孔樁真增補樁基加固墩付基礎增補打人樁;增加鉆孔灌注樁增補樁基法加固墩臺基礎的優(yōu)點是不需要抽水筑壩等水下施工作業(yè),且加固效果顯著。加固原有蓋梁時,可在蓋梁頂部增設鋼筋。當橋臺垂直承載力不足時,一般可在臺前增加一排樁并澆筑蓋梁,以分擔上部結構傳來的壓力。打樁時可利用原有橋面作腳手架,在橋臺上開洞插樁。增澆的蓋梁可單獨受力,也可聯(lián)結在一起,使舊蓋梁、舊樁及新樁一起受力。
5、條件允許時盡量推廣挖孔樁
我國自上世紀六十年代鉆孔灌注樁創(chuàng)始以來,技術不斷改進,樁的規(guī)模也越來越大,使用范圍也越來越廣,到現(xiàn)在幾乎達到無橋不用灌注樁的程度。由于灌注樁須使用鉆孔機械和泥漿等設備和物資,鉆孔和灌注過程極易發(fā)生事故,因此國內一些工地在地質條件甚好的橋位又開發(fā)了挖孔樁的工藝,用人工在井內挖孔,挖出土方盛入吊桶內用簡易吊裝設備如卷揚機或拉鏈葫蘆吊出。由于樁身體積十分有限,一根直徑1m、深20m的樁,土方體積不過15.7m3,即使一個工人在井下挖土,兩天就可挖完,因而施工十分簡易快速,而且不須鉆孔機械等特殊設備,造價更較低廉。挖孔樁還有如下優(yōu)點:
?。?)井壁和井底情況清楚可見,有利于驗證原設計條件和地質情況;
?。?)和鉆孔樁相比,無泥漿護壁,基底亦無泥漿沉積,更利于保證樁身支承力;
?。?)不存在斷樁、塌孔以及掉鉆頭諸問題;
(4)基底可適當向外擴大,以提高樁基支承力。
6、多孔長橋避免柱多如林之弊
建國初期,我國開始修建大量公路橋梁,那時首要的考慮因素是造價經(jīng)濟和施工快速,美觀尚不能提到議事日程上,但已經(jīng)有不少專家提出了必需注意防止“長橋短孔、墩密如篦”問題。直到上世紀八十年代,樁柱式墩流行起來之后,還出現(xiàn)了不但“長橋短孔、墩密如篦”,還由于一個橋墩變?yōu)閹赘?,同時出現(xiàn)了“柱密如林”的橋梁設計,不能不說是十分遺憾的事。實例之一是遼寧省原沈大高速公路莫立交橋。該橋為跨越鐵路計劃中的編組站跨線橋,要求軌頂以上凈高8.4m,致使立交設計線距地面高達14m左右。跨線工程總長1372.37m,其中兩端路堤長838.88m,橋頭路堤高達9.5m。其余為橋,長533. 49m,共分為35孔,平均每孔只有15.2m。其中,跨鐵路3孔跨徑23.4m+33m+23.4m,跨地方道路2孔23.4 m,為預應力簡支梁,其余30孔均采用空心板梁,最大跨徑13.5m,最小跨徑只有
8.32m。全橋寬26m,分為東西兩半幅。橋墩除兩座跨線孔由于斜交且位于1000m半徑彎道上,采用單柱墩外,其余皆采用三柱式,一排6根樁。這種“長橋短孔”已經(jīng)形成“墩密如篦”了,再加寬橋、高墩、多柱,更加形成了墩柱密如森林之弊,建成之后,過往見者無不提意見,群眾形容為“燈光都透不過去”,這是一個十分值得記取的教訓。改進的方法是不難的,墩高9.5--14m,每半幅采用一個Y形墩,即可將原來180根墩柱減到60根,減去2/3。如再將跨徑增大到常見的20m左右, 20孔即可,墩柱只需40根,為原來地2/9,即大可改觀了,今后各地修建長大橋梁,需要注意這個全橋布局的景觀問題。
7、橋梁墩臺基礎施工中的注意事項
7.1控制溫度
?。?)采用改善骨料級配,用于硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。
?。?)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝士表面發(fā)生急劇的溫度。施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節(jié)采取保溫措施。改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養(yǎng)護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主,其他裂縫為輔。
7.2施工工藝的改善
?。?)墩臺身混凝土與基礎同期澆注情況下,基礎彈性模量與墩臺身彈性模量相同。即采用相同強度等級的混凝土時比較相似,其收縮接近同步,無論環(huán)境溫度等如何變化,墩臺身均不出現(xiàn)拉應力。所以,在施工步驟上應予重視,盡可能減少基礎與墩臺施工的時間間隔。
?。?)加強橋梁墩臺身的基礎以上一定范圍內的箍筋布置,減小箍筋在沿墩臺身高度方向的間距,盡量采用環(huán)形閉口箍筋并與墩臺身主筋焊接成網(wǎng),防止混凝土開裂,減小裂縫寬度。降低材料的入模溫度,控制墩臺身混凝土的澆注和凝結溫度,加強脫模前的養(yǎng)護??刂苹炷僚浔戎械乃嘤昧?,如果水灰比較大,養(yǎng)護的濕度不足,混凝土的收縮就大。
1、盡量壓縮樁基數(shù)目
盡量壓縮樁基數(shù)目,減小承臺,直到樁基與墩柱直接連通,一柱通天,取消承臺。目前國內灌注樁基的設計和施工技術都大大地發(fā)展了,直徑3.5m以上的實心或空心樁,長100m以上的深樁,都屬常見,那種細而短的群樁基礎應當逐步被淘汰。
灌注樁有許多優(yōu)點,而其一個主要的缺點就是施工過程出現(xiàn)塌孔、斷樁等事故的幾率大,處理困難,樁數(shù)越多,事故出現(xiàn)的可能性越多。一般中等跨徑的橋梁,更無必要采用很多樁組成的群樁基礎。原來是3排樁的有條件時應改為2排, 2排的應改為單排,寧可加大樁徑和樁長,也要減少樁數(shù),最后作到一個墩柱一根樁,取消承臺,不但經(jīng)濟,而且施工快速、事故率大大降低。
當做成一樁一柱式無承臺的橋墩之后,就形成了一種輕型而又新穎的排架樁式墩,可以利用柔性墩臺橋梁的理論來設計,以取得更大的技術經(jīng)濟效益。
2、樁柱結合時利用樁頂護筒擴大樁徑的優(yōu)點
灌注樁施工時為了防止地表土坍塌,都必須安設護筒,其直徑一般須大出樁徑(15--20)cm錯誤!未找到引用源。2,以免施工過程受到鉆頭傷害,長度視土質,一般4--8m,甚至更長。因此,形成的樁身,當設計直徑為100cm時,頂段4--8m為130--140cm,設計直徑為150cm時,頂段直徑達180--190cm,形成一個相當寬闊的圓形平臺,對上接圓形、矩形或其他形狀的墩柱都十分有利,墩柱的寬度甚至可大于下面的設計樁徑。例如,當樁徑100cm,護筒直徑130cm時,上面可接矩形薄壁50錯誤!未找到引用源。120cm;而樁徑150cm,護筒直徑180cm時,上面可接矩形薄壁70錯誤!未找到引用源。165.8cm,這對選擇和布置墩柱的型式皆十分有利,對橋臺的輕型化也十分有利。
3、擴大基礎加固法
指擴大橋梁基礎底面積的方法。適用于基礎承載力不足、或埋置太淺,而墩臺又是圬工或混凝土剛性實體式基礎時的情況。擴大基礎底面積應由地基強度驗算確定。當?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時,采用擴大基礎底面積的加固,主要由地基變形計算來加以選定。在剛性實體式基礎周圍加石砌圬工或混凝土,以擴大基礎的承載面積。順序如下:(1)常在必須加寬的范圍內先打板樁圍堰,如墩臺基底地基土不好時,應作必要的加固;(2)挖去堰內土體,只挖至必要的深度;(3)在堰內把水抽干后,鋪砌石塊(漿砌),或作混凝土基礎;(4)新舊基礎要注意牢固結合,施工時,可加設連系鋼筋或插以鋼銷,以使加固擴大基礎和舊基礎牢固地結合成一整體。
4、增補樁基加固法
在樁式基礎的周圍補加鉆孔樁或打人鋼筋混凝土預制樁并擴大原承臺,以此提高基礎承載力、增加基礎穩(wěn)定性。這種加固法稱為增補樁基加固法。新加鉆孔樁真增補樁基加固墩付基礎增補打人樁;增加鉆孔灌注樁增補樁基法加固墩臺基礎的優(yōu)點是不需要抽水筑壩等水下施工作業(yè),且加固效果顯著。加固原有蓋梁時,可在蓋梁頂部增設鋼筋。當橋臺垂直承載力不足時,一般可在臺前增加一排樁并澆筑蓋梁,以分擔上部結構傳來的壓力。打樁時可利用原有橋面作腳手架,在橋臺上開洞插樁。增澆的蓋梁可單獨受力,也可聯(lián)結在一起,使舊蓋梁、舊樁及新樁一起受力。
5、條件允許時盡量推廣挖孔樁
我國自上世紀六十年代鉆孔灌注樁創(chuàng)始以來,技術不斷改進,樁的規(guī)模也越來越大,使用范圍也越來越廣,到現(xiàn)在幾乎達到無橋不用灌注樁的程度。由于灌注樁須使用鉆孔機械和泥漿等設備和物資,鉆孔和灌注過程極易發(fā)生事故,因此國內一些工地在地質條件甚好的橋位又開發(fā)了挖孔樁的工藝,用人工在井內挖孔,挖出土方盛入吊桶內用簡易吊裝設備如卷揚機或拉鏈葫蘆吊出。由于樁身體積十分有限,一根直徑1m、深20m的樁,土方體積不過15.7m3,即使一個工人在井下挖土,兩天就可挖完,因而施工十分簡易快速,而且不須鉆孔機械等特殊設備,造價更較低廉。挖孔樁還有如下優(yōu)點:
?。?)井壁和井底情況清楚可見,有利于驗證原設計條件和地質情況;
?。?)和鉆孔樁相比,無泥漿護壁,基底亦無泥漿沉積,更利于保證樁身支承力;
?。?)不存在斷樁、塌孔以及掉鉆頭諸問題;
(4)基底可適當向外擴大,以提高樁基支承力。
6、多孔長橋避免柱多如林之弊
建國初期,我國開始修建大量公路橋梁,那時首要的考慮因素是造價經(jīng)濟和施工快速,美觀尚不能提到議事日程上,但已經(jīng)有不少專家提出了必需注意防止“長橋短孔、墩密如篦”問題。直到上世紀八十年代,樁柱式墩流行起來之后,還出現(xiàn)了不但“長橋短孔、墩密如篦”,還由于一個橋墩變?yōu)閹赘?,同時出現(xiàn)了“柱密如林”的橋梁設計,不能不說是十分遺憾的事。實例之一是遼寧省原沈大高速公路莫立交橋。該橋為跨越鐵路計劃中的編組站跨線橋,要求軌頂以上凈高8.4m,致使立交設計線距地面高達14m左右。跨線工程總長1372.37m,其中兩端路堤長838.88m,橋頭路堤高達9.5m。其余為橋,長533. 49m,共分為35孔,平均每孔只有15.2m。其中,跨鐵路3孔跨徑23.4m+33m+23.4m,跨地方道路2孔23.4 m,為預應力簡支梁,其余30孔均采用空心板梁,最大跨徑13.5m,最小跨徑只有
8.32m。全橋寬26m,分為東西兩半幅。橋墩除兩座跨線孔由于斜交且位于1000m半徑彎道上,采用單柱墩外,其余皆采用三柱式,一排6根樁。這種“長橋短孔”已經(jīng)形成“墩密如篦”了,再加寬橋、高墩、多柱,更加形成了墩柱密如森林之弊,建成之后,過往見者無不提意見,群眾形容為“燈光都透不過去”,這是一個十分值得記取的教訓。改進的方法是不難的,墩高9.5--14m,每半幅采用一個Y形墩,即可將原來180根墩柱減到60根,減去2/3。如再將跨徑增大到常見的20m左右, 20孔即可,墩柱只需40根,為原來地2/9,即大可改觀了,今后各地修建長大橋梁,需要注意這個全橋布局的景觀問題。
7、橋梁墩臺基礎施工中的注意事項
7.1控制溫度
?。?)采用改善骨料級配,用于硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。
?。?)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝士表面發(fā)生急劇的溫度。施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節(jié)采取保溫措施。改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養(yǎng)護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主,其他裂縫為輔。
7.2施工工藝的改善
?。?)墩臺身混凝土與基礎同期澆注情況下,基礎彈性模量與墩臺身彈性模量相同。即采用相同強度等級的混凝土時比較相似,其收縮接近同步,無論環(huán)境溫度等如何變化,墩臺身均不出現(xiàn)拉應力。所以,在施工步驟上應予重視,盡可能減少基礎與墩臺施工的時間間隔。
?。?)加強橋梁墩臺身的基礎以上一定范圍內的箍筋布置,減小箍筋在沿墩臺身高度方向的間距,盡量采用環(huán)形閉口箍筋并與墩臺身主筋焊接成網(wǎng),防止混凝土開裂,減小裂縫寬度。降低材料的入模溫度,控制墩臺身混凝土的澆注和凝結溫度,加強脫模前的養(yǎng)護??刂苹炷僚浔戎械乃嘤昧?,如果水灰比較大,養(yǎng)護的濕度不足,混凝土的收縮就大。
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