谈桥改路基之桩基托梁式挡土墙施工

吕世明 曹亮宏 范开敏

1 工程概况

广梧18标负责施工的新塘高架桥原设计为上部构造8×20 m预应力混凝土简支小箱梁,中心桩号为K129+998,起止桩号为K129+918～K130+078。下部构造:桥墩为双柱墩,桥台为双柱台,桩基为钻孔灌注桩基础。在准备施工过程中出现了以下问题:1)受房屋拆迁影响,该桥比原计划滞后7个月才具备开工条件,按合理的施工进度计算无法在合同工期内完成该桥施工;2)该桥位于路线两端受高挖方山体影响,且当时又因高液限土改良方案的影响,无法形成挖方路基,导致该桥小箱梁没有足够的场地进行预制。又因该桥三面临山,一面为大地村民房,若在外面预制小箱梁就没有运梁通道,不具备架梁条件;3)该桥左侧为大地村民房,民房为砖木结构及土坯房两种结构形式的危房。距离民房桩基的最短距离为3.5 m,桩基施工过程中将对民房产生较大破坏性影响,存在安全隐患。

2 桥改路基工程措施

经过广东省勘查设计院和多次专家会决定,将新塘高架桥改路基方案定为:结合实际地形,路线左侧的填土较高,而且左侧有大量的民房,放坡受到限制,因此在路线左侧设置路基挡土墙,右侧放坡,边坡采用拱形骨架进行防护,在改路范围内设置一个通道涵和一个圆管涵,以满足行人和排水的要求。其中,左侧挡土墙局部段落横坡较陡、基础承载力较差、适宜的持力层埋深较厚,难以采用一般的挡土墙结构形式,经多方案比较,设计中K129+937～K130+057段挡土墙采用了桩基托梁式挡土墙。1)挡土墙采用衡重式,墙高9.08 m～11.65 m,采用C15片石混凝土。2)托梁采用C25混凝土,为连续梁形式。3)桩基采用大直径人工挖孔灌注桩(2.0 m×3.8 m),桩长13.5 m～25.0 m不等,主要为端承桩和摩擦桩,全线共24根桩。4)锁口、护壁采用C20混凝土。

3 桩基托梁挡土墙

1)桩基托梁挡土墙是目前交通工程建设中广泛应用的支挡结构,主要包括桩基、托梁和挡土墙三个部分。桩基托梁挡土墙为整体受力结构,均采用常规的结构力学将其分解为若干个单体构件进行计算,是挡土墙与桩的组合形式,由托梁或承台相连接,桩基托梁主要用于解决地基承载力较低的问题,可应用于填方区较厚、覆盖土层稳定性较差、基岩埋藏又较深的情况。

2)挖孔桩基托梁挡土墙结构如图1所示,托梁作为挡土墙的基础并将所承受的来自挡土墙的外力传递给其下的桩基,桩基承受托梁传递的外力及岩土侧压力并传递至地基深部。挖孔桩基托梁挡土墙适用于基础容许力较低或持力层埋藏较深而不宜采用明挖基础的地区。

4 施工工艺

桩基定位→锁口护壁浇筑→搭设提升平台→人工挖孔→孔内渣土吊运→护壁立模混凝土浇筑→护壁整修→安装钢筋笼→浇筑桩身混凝土→桩基检测→开挖托梁土石方→凿除锁口护壁→立托梁模板→托梁钢筋绑扎→托梁混凝土浇筑→衡重式路肩挡土墙C15片石混凝土浇筑→立帽石模板→浇筑帽石混凝土。其中主要施工工艺要点如下。

4.1 锁口护壁浇筑

开挖前先作好地面排水,孔口部分根据桩身孔口段地质情况将孔口开挖至1 m～2 m时,即可立模灌注20 cm厚的第一节钢筋混凝土护壁,此节护壁在孔口0.5 m～0.8 m高度范围内加厚至60 cm,此部分称之为锁口,用来防止下节护壁开挖时孔口下陷。锁口顶面要平整,并高出地面20 cm～30 cm,防止孔口杂物及山坡石滚落孔内。

4.2 人工挖孔

掘进采用人工分段开挖,每段开挖深度1.0 m左右。挖掘松散碎石层及土层时,采用风镐等工具掘进;钻凿岩层时,采用浅炮眼松动爆破,以确保孔壁不受损。

4.3 护壁浇筑

每掘进一段约1.0 m,立即进行混凝土护壁浇筑,护壁厚20 cm。护壁浇筑时,采用小型振动棒插捣密实,并与孔壁结合紧密。若进入较完整基岩后,为加快施工进度,可不护壁。

4.4 桩身混凝土浇筑

混凝土采用强制式自动计量搅拌机拌和,自卸汽车运至现场桩位处。混凝土采用溜槽和串筒下料,接至距孔底1.0 m处。灌注桩身混凝土必须连续进行,每一捣固层厚以不超过30 cm为宜,以保证桩身混凝土质量。

4.5 开挖托梁土石方及凿除锁口护壁混凝土

桩基检测合格后,放出托梁的开挖轮廓线,采用风镐或浅眼松动爆破,人工开挖土石方;锁口护壁混凝土凿除采用风镐,严禁放炮,以确保桩身混凝土不受破坏。弃渣土石等采用卷扬机提升至自卸汽车上,运至指定的弃渣位置。

4.6 托梁施工

托梁基坑开挖至设计标高后,托梁底部铺一层5 cm厚的碎石,并用砂浆找平,以方便立模和绑扎钢筋。托梁模板采用组合钢模板,拼接严密,支撑牢固。钢筋加工好后,运至现场。在提升平台上用卷扬机提升徐徐放入模板内。校正钢筋笼骨架位置并加固牢固,防止灌注混凝土时产生移位变形。混凝土采用强制式自动计量搅拌机拌和,自卸汽车运至现场托梁处。混凝土采用溜槽和串筒下料,连续进行,确保托梁质量。在浇筑托梁最顶上一层混凝土时,要预埋接槎片石或连接钢筋。

5 施工关键点

5.1 施工前的准备

左侧桩基托梁施工前,应先施工右侧路堑边坡防护。另外桩井施工前,必须做好井口的防排水措施。

5.2 桩井施工

桩井施工应隔桩开挖并及时设置锁口护壁。其下每1 m下一节护壁,桩井开挖2 m后立即施工锁口,每开挖1 m应及时施工护壁防护,以确保施工安全。上下节护壁的错台宽度为5 cm,施工期间可根据施工需要调整,一般为5 cm～7 cm。桩井开挖时,应注意井内二氧化碳的浓度,保证通风顺畅。桩身混凝土必须连续灌注,不得形成水平施工缝,待混凝土达到设计强度后,再进行托梁施工。

5.3 托梁施工

开挖托梁时,确保边坡稳定,同时注意保护基坑左侧襟边土体,严禁将襟边土体挖掉。托梁混凝土浇筑完毕后,在托梁终凝前,向其顶面抛置有棱角的块石,使块石嵌固在托梁混凝土中,形成粗糙面,以增大托梁与挡土墙底面之间的摩擦力。

6 结语

桩基托梁挡土墙具有结构合理、施工方便等明显优点,在施工场狭窄地段使用更具有优势,是一种值得推广的支挡结构。其很好的解决了新塘高架桥改路基的难点问题,取得了良好的经济效益,比原设计降低了成本187万元,又保证了路基的安全可靠,为广梧18标全线顺利拉通打下了基础,同时也为类似工程积累了宝贵的设计和施工经验。

[1] 李春辉.混凝土挡土墙施工技术总结[J].山西建筑,2007,33(7):138-139.

[2] 赖紫辉.桩基托梁挡土墙托梁受力分析[J].路基工程,2008(6):25-26.

[3] 魏永幸.挖孔桩基托梁挡土墙及其设计中应注意的几个问题[A].中国交通土建工程学术论文集[C].2006.