浅析不同条件下桥梁基础的选择

2015-03-24曹金浒饶雪兰

黑龙江交通科技 2015年9期

关键词：桥址沉井管柱

曹金浒，饶雪兰

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

浅析不同条件下桥梁基础的选择

曹金浒，饶雪兰

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

为了确保桥梁的安全，地基绝对不能有超过规定值的变位；因此为了控制变位，较为方便的方法便是控制地基应力。地基和基础是桥梁的重要组成部分。在桥式方案比选之中，每一桥式都有其所需的地基和基础；而在水深较大、地质情况较为复杂的地方，基础方案的比选则更为重要。

桥梁基础；地基承载力

1 地基承载力的探讨

在任何情况下，基础的破坏及失效都是不允许发生的。相反，盲目保守加大费用也是不能接受的。因此，基础的设计﹙基础类型选择﹚最基本的准则就是科学地最大限度地谋求安全、适用、经济三者矛盾统一。基础设计是一项含有地基岩土变形的结构设计。它与一般结构设计的不同之处表现在地基与基础的共同作用问题上。即基础的应力与变形的大小，不仅随着上部结构所传来的荷载的大小、方向与性质而变，而且还随地基的反力分布、沉降大小、均匀与否而改变。所以，从理论上说，地基和基础应视为一个共同作用的整体，不能分割孤立的进行设计。但工程实践也证明，多数的情况下，把地基与基础分开来计算并不会带来不能接受的误差。因此，现行的设计准则为：若非特殊要求，均可认为，将地基与基础分开来计算是允许的。但对它们之间的互相作用影响关系，则必须予以考虑并加以正确处理。

2 明挖基础

又称为扩大基础或直接基础。明挖基础多以石砌、混凝土或钢筋混凝土建造。其平面形状分为圆形、矩形、圆端形、八角形、T形和U形等等。明挖基础的厚度除了要求保证地基有足够的承载力以外，还要求基础底面低于冲刷线和土壤冻结线，以保证桥梁不受冲刷及冰冻害影响。地质良好的无水地段，可采用除去表土，整平地基的方法，以便于修建基础；有水地段可以根据水的深浅，分别采用土、草袋或者打桩等办法，筑成围堰,然后抽去积水,以便修筑基础。地质不良地段可采用更换填土，或者用物理、化学方法加固地基。明挖基础由于施工简便，传力作用明确并且能直接观察到地基原貌，因此不但用于中、小桥梁，而且正在逐步用于一些大桥，并在施工技术上有了许多发展。

3 桩基础的概述及其适用条件

3.1 预制钢桩的特点

钢桩重量轻、强度大、能经受锤击等重压，但在水中和地基内容易腐蚀。钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩使用较为广，截面形状也有多种，最常用的是空心圆形桩。这种桩直径小的可称为管桩，直径大的可称为管柱。预应力混凝土桩较钢筋混凝土桩强度更高,受锤击不容易开裂,水密封性好，能够防止钢筋生锈，且能够最大程度节约钢材。近几年来，出现了用空心圆形桩建造桥墩。这种桥墩是把部分空心圆形桩埋入地基,部分伸出地面作为墩身，然后在桩柱顶上修筑承台,直接支承桥的上部结构。采用这种桥墩的桥梁不仅外形轻巧美观，且较传统重力式桥墩节约圬工量60%。

3.2 桩基础施工方法的选择

打桩施工方法有很多，常用的有震动法、锤击法和埋入法。我国大多采用震动法，即用震动打桩机进行打桩，同时在空心圆形桩的管壁内外采用射水、吸泥等措施辅助钢桩下沉。埋入法就是先钻孔或挖孔，然后埋桩。就地灌注桩也称为钻孔桩。就地灌注桩的基本施工方法是先钻孔或挖孔,待孔成型以后,下钢筋笼和灌注混凝土。这种方法施工快、造价低、设备较简单。

4 管柱基础的应用

直径较大的空心圆形桩柱称为管柱，用管柱修建的桩基础，称管柱基础。管柱基础适用于深水、无覆盖层、厚覆盖层、岩面起伏等大的桥址条件。管柱能够穿越各种土质覆盖层和溶洞，支承于较密实的土上或岩石面上。一般采用预应力混凝土管柱。

管柱通过覆盖层下沉到基本岩层，然后再在管柱内用大型钻机钻岩达到必要的深度后，放置钢筋骨架，灌注水下混凝土，使管柱在岩壁中锚固。管柱基础能够达到气压沉箱所不能达到的水下施工深度，可避免在水下和高气压条件下作业，有利于工人健康，而且不受洪水季节的影响，可以常年施工。因此管柱基础应用更为广泛。

5 沉井基础

5.1 筑岛沉井

在水深和流速都不大的地方，可以在水中直接用沙土(或者在草袋围堰内)筑岛；若水深较大，则可以用钢板桩修建一个圆形围堰，在围堰中填沙成岛。在沙岛表面制造沉井。

5.2 浮运沉井

在水情稳定的地方，如果水深较大，可以在桥址之外将沉井底节预先做好，再拖运到桥址，加重，使其落到河床底，这就是浮运沉井。为使沉井能浮运，可以有以下三种办法：①在刃脚处加一临时底板，在运到桥址后则拆去该底板；②仅按井壁、隔墙内外表面用薄层板做成一空壳，使其能浮运，拖运到桥址后，向壳内加水，即可下沉；③在各个井孔设置钢气筒，向气筒内注入压缩空气将水驱除，即可增加浮力并浮运到位；随后再让空气排出，即可下沉

6 基础类型选择的原则

6.1 梁类结构桥的基础

当地基的承载力较高或者相当高时，适宜用平底基础。常用的平底基础是浅平基、沉井基础、气压沉箱基础。但当土层较厚、其摩阻力可以利用时，可以用打入桩或钻孔桩基础；当土层较软时，但其下有硬层可以用作为持力层时，适宜于用钻孔桩基础；如果其下的硬层是岩石，则宜于用嵌岩的管柱。对于这些桩类基础，若能用高桩承台以及斜桩，其工程数量将有显著的节省。现今只是打入桩可以打斜桩。

6.2 水下基础类型的选择

一般根据：环境条件；地质条件；结构体系及荷重性质；水文条件；施工条件等诸因素。并经过综合考虑和反复论证以后才能加以确定。因为水下基础类型不仅关系到造价的高低、工期的长短，而且还关系到施工的难易程度甚至成败。