2B313012掌握桥梁基础施工技术
一、桥梁基础分类
桥梁基础分为：刚性基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙等，其中桩基础又包括沉入桩、灌注桩。
二、适用条件
1．刚性基础：适用于各类土层，根据土质情况分别采用铁镐、十字镐、爆破等设备和方法开挖。
2．桩基础：按施工方法可分为沉桩、钻孔桩、挖孔桩。其中沉桩又分为锤击沉桩法、振动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法。
(1)沉桩：锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、黏性土。桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油机锤、液压锤等。可根据土质情况选用适用的桩锤；振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的黏性土和中密及较松的碎石土；射水沉桩法适用在密实砂土，碎石上的土层中。用锤击法或振动法沉桩有困难时，可用射水法配合进行；静力压桩法在标准贯入度N<20的软黏土中，可用特制的液压机或机力千斤顶或卷扬机等设备沉入各种类型的桩；钻孔埋置桩为钻孔后．将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋人，并在桩周压注水泥砂浆固结而成，适用于在黏性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。
(2)钻孔灌注桩适用于黏性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层；挖孔灌注桩适用于上地下水或少量地下水。且较密实的土层或风化岩层，如空气污染物超标，必须采取通风措施。
(3)管柱、沉井适用于各种土质的基底，尤其在深水、岩面不平、无覆盖层或覆盖层很厚的自然条件下，不宜修建其他类型基础时，均可采用。
(4)地下连续墙适用于作地下挡土墙、挡水围堰、承受竖向和侧向荷载的桥梁基础、平面尺寸大或形状复杂的地下构造物基础，可用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类上层中施工。
三、明挖扩大基础施工
明挖扩大基础施寸：的内容包括：基础的定位放样、墓坑开挖、基坑排水、基底处理以及砌筑(浇筑)基础结构物等。
(一)准备工作
在开挖基坑前，应做好复核基坑中心线、方向和高程，并应按地质水文资料，结合现场情况，决定开挖坡度、支护方案以及地面的防水、排水措施。
放样工作足根据桥梁中心线与墩台的纵横轴线，推算出基础边线的定位点，再放线画出基坑的开挖范围。基坑底部的尺寸较设计平面尺寸每边各增加0．5～1．0m，以便于支撑、排水与立模板(坑壁垂直的无水基坑坑底，可不必加宽，直接利用坑壁作基础模板亦可)。
(二)基坑开挖
1．坑壁不加支撑的基坑
对于在干涸河滩、河沟中，或经改河或筑堤能排除地表水的河沟中，在地下水位低于基底，或渗透量少，不影响坑壁稳定，以及基础埋置不深，施工期较短，挖基坑时，不影响邻近建筑物安全的场所，可选用坑壁不加支撑的基坑。
黏性土在半干硬或硬塑状态，基坑顶无活荷载，稍松土质，基坑深度不超过0．5m，中等密实(锹挖)土质基坑深度不超过1．25m，密实(镐挖)土质基坑深度不超过2．0m时，均可采用垂直坑壁基坑。基坑深度在5m以内，土的湿度正常时，采用斜坡坑壁开挖或按坡度比值挖成阶梯形坑壁，每梯高度为0．5～1.0m为宜，可作为人工运土出坑的台阶。基坑深度大于5m时，坑壁坡度适当放缓，或加做平台。土的湿度影响坑壁的稳定性时，心采用该湿度下土的天然坡度或采取加固坑壁的措施。当基坑的上层土质适合敞口斜坡坑壁条件，下层土质为密实黏性土或岩石，可用垂直坑壁开挖，在坑壁坡度变换处，应保留有至少0．5m的平台。
2．坑壁有支撑的基坑
当基坑壁坡不易稳定并有地下水，或放坡开挖场地受到限制，或基坑较深工程数量较大，不符合技术经济要求时，可根据具体情况，采取加固坑壁措施撑、钢木结合支撑、混凝土护壁及锚杆支护等。
混凝土护壁一般采用喷射混凝土。根据经验，一般喷护厚度为5～8cm，一次喷护约需1～2h。一次喷护如达不到设计厚度。应等第一次喷层终凝后再补喷，直至达到要求厚度为止。喷护的基坑深度应按地质条件决定，一般不宜超过l0m。
(三)基坑排水
桥梁基础施了中常用的基坑排水方法有：
1．集水坑排水法。除严重流沙外，一般情况下均可适用。
2．井点排水法。当土质较差有严重流沙现象，地下水位较高，挖基较深，坑壁不易稳定，用普通排水方法难以解决时，可采用井点排水法。
3．其他排水法。对于土质渗透性较大、挖掘较深的基坑，可采用板桩法或沉井法，此外，视上程特点、工期及现场条件等，还可采用帐幕法，即将基坑周围土层用硅化法、水泥灌浆法及冻结法等处理成封闭的不透水的帐幕。
(四)基坑施工过程中注意要点
1．在基坑顶缘四周适当距离处设置截水沟．并防止水沟渗水，以避免地表水冲刷坑壁，影响坑壁稳定性；
2，坑壁边缘应留有护道，静荷载距坑边缘不小于0．5m，动荷载距坑边缘不小于1.0m，垂直坑壁边缘的护道还应适当增宽，水文地质条件欠佳时应有加固措施；
3．应经常注意观察坑边缘顶面土有无裂缝，坑壁有无松散塌落现象发生；
4．基坑施工不可延续时间过长，自开挖至基础完成，应抓紧时间连续施工；
5．如用机械开挖基坑。挖至坑底时，应保留不小于30cm厚度的底层，在基础浇筑圬工前用人工挖至基底标高；
6．基坑应尽量在少雨季节施工；
7．基坑肩：用原土及时回填，对桥台及有河床铺砌的桥墩基坑，应分层夯实。
四、桩基础施工
(一)沉入桩施工
沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。断面形式常用的有实心方桩和空心管桩两种。管桩(包括普通的和预应力的)一般由工厂以离心成型法制成。沉人桩的施工方法主要有：锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩以及静力压桩等。这里介绍锤击沉桩的施工方法。
1．概述
锤击沉桩一般适用于中密砂类土、黏性土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打入士中，因此一般桩径不能太大(不大于0．6m)，入土深度在40m左右，否则对沉桩设备要求较高。沉桩设备是桩基施寸：质量与成败的关键，应根据土质、工程量、桩的种类、规格、尺寸、施工期限、现场水电供应等条件选择
2．施工要点
(1)沉桩前应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检查；开锤前应再次检查桩锤、桩帽以及送桩与桩的中轴线是否一致；锤击沉桩开始时，应严格控制各种桩锤的动能：用坠锤和单动气锤时，提锤高度不宜超过0．50m；用双动气锤时，可少开气阀降低气压和进气量，以减少每分钟的锤击数；用柴油机锤时，可控制供油量以减少锤击能量；当桩尖已沉入到设计标高，但沉入度仍达不到要求时，应继续下沉至达到要求的沉入度为止。沉桩时，如遇到：沉入度突然发生急剧变化；桩身突然发生倾斜、移位；桩不下沉，桩锤有严重的回弹现象；桩顶破碎或桩身开裂、变形，桩侧地面有严重隆起等现象时，应立即停止锤击，查明原因，采取措施后方可继续施工。
(2)沉桩过程中应注意：桩帽与桩周围应有5~l0mm间隙，以便锤击时桩在桩帽内可作微小的自由转动，避免桩身产生超过许可的扭转应力；打桩机的导向杆应予固定，以便施打时稳定桩身；导向杆设置应保证桩锤上下活动自由；顶制桩顶面应附有适合桩帽大小的桩垫，其厚度视桩垫材料、桩长及桩尖所受抗力大小决定；桩边破碎后应及时更换；选用的桩帽，应将锤的冲击力均匀分布于桩顶面。
3．锤击沉桩的停锤控制标准
(1)当设计桩尖标高处为硬塑黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，根据贯人度变化并对照地质资料，确认桩尖已沉人该土层，贯入度已达到控制贯人度。
(2)当贯人度已达到控制贯人度，而桩尖标高未到达设计标高时，应继续锤入0．10rn左右(或锤击30~50次)，如无异常变化即可停锤；若桩尖标高比设计标高高得多时，应报有关部门研究确定。
(3)当设计桩尖标高处为一般黏性土或其他松软土层时，应以标高控制，贯入度作为校核。当桩尖已达设计标高，而贯入度仍较大时，应继续锤击，使其接近控制贯人度。
(4)在同一桩基中，各桩的最终贯入度应大致接近．而沉入深度不宜相差过大，避免基础产生不均匀沉降。如因土质变化太大，致使各桩贯人度或沉桩深度相差过大时，应报有关部门研究，另行制定停锤标准。对于特殊设计的桩．桩尖设计标高有高低时(如拱桥的桥台桩等)，应按设计要求处理。
从沉桩开始时起，应严格控制桩位及竖桩的竖直度或斜桩的倾斜度。在沉桩过程中，不得采用顶、拉桩头或桩身办法来纠偏，以防桩身开裂并增加桩身附加弯矩。
(二)钻孔灌注桩施]：
1．钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩桩长可以根据持力土层的起伏面变化，并按使用期间可能出现的最不利内力组合配置钢筋，钢筋用量较少，便于施工，故应用较为普遍。
2．钻孔灌注桩施工的主要工序
钻孔灌注桩施工的主要工序有：埋没护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装以及灌注水下混凝土等。
(1)埋设护筒：护筒能稳定孔壁、防止坍孔，还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。
护简要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm)，每节长度约2～3m。一般常用钢护筒，在陆上与深水中均能使用，钻孔完成，可取出重复使用。在深水中埋设护筒时，先打入导向架，再用锤击或振动加压沉入护筒。护筒人土深度视土质与流速而定。护筒平面位置的偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1％。
(2)泥浆制备：钻孔泥浆由水、黏土(膨润土)和添加剂组成，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。
通常采用塑性指数大于25，粒径小于0．005mm的黏土颗粒含量大于50％的黏土过泥浆搅拌机或人工调和，贮存在泥浆池内，再用泥浆泵输入钻孔内。
(3)钻孔：一般采用螺旋钻头或冲击锥等成孔，或用旋转机具辅以高压水冲成孔用的方法是：止循环回转法，反循环回转法，潜水电钻法，冲抓锥法，冲击锥法。
1)正循环回转法：系利用钻具旋转切削土体钻进，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷人钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆流人泥浆池循环使用。其特点是钻进与排渣同时连续进行，在适用的土层中钻进速度较快，但需设置泥浆槽、沉淀池等。施工占地较多，且机具设备较复杂。
2)反循环回转法：与正循环法不同的是泥浆输入钻孔内，然后从钻头的钻杆下口吸进，通过钻杆中心排出至沉淀池内。其钻进与排渣效率较高，但接长钻杆时装卸麻烦，钻渣容易堵塞管路。另外，囚泥浆是从上向下流动，孔壁坍塌的可能性较正循环法的大，为此需用较高质量的泥浆。
(4)孔径检查与清孔：钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量，是钻孔桩成败的关键。为此，除了钻孔过程中严谨操作、密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应采用适当器具对孔深、孔径、孔形等认真检查，符合设计要求后，填写“终孔检查证”。
1)清孔的方法有抽浆法、换浆法、掏渣法、喷射清孔法以及用砂浆置换钻渣清孔法等，应根据设计要求、钻孔方法、机具设备和土质条件决定。其中抽浆法清孔较为彻底，适用于各种钻孔方法的灌注桩。对孔壁易坍塌的钻孔，清孔时操作要细心，防止坍孔。
2)清孔的质量要求：对摩擦桩：孔底沉淀土的厚度，中、小桥不得大于(0．4～0．6)d(d为桩的直径)，大桥按设计文件规定。清孔后的泥浆性能指标：含砂率为4％～8％，相对密度为1．10一1．25，黏度为18~20s。对支承桩(柱桩、嵌岩桩)，宜用抽浆法清孔，并宜清理至吸泥管出清水为止。灌注混凝土前，孔底沉淀土厚度不得大于50mm。若孔壁易坍塌，必须在泥浆中灌注混凝土时，建议采用砂浆置换钻渣清孔法，清孔后的泥浆含砂率不大于4％。其他泥浆性能指标同摩擦桩要求。对于沉淀土厚度的测量，用冲击、冲抓锤时，沉淀土厚度从锥头或抓锥底部所到达的孔底平面算起。沉淀土厚度测量方法可在清孔后用取样盒(开口铁盒)吊到孔底，待到灌注混凝土前取出，直接测量沉淀在盒内的沉渣厚度。
(5)灌注混凝土：在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架(笼)吊入井孔中，灌注混凝土。
