公路桥梁基础设计与施工技术分析

李燕华、范见荣

（1.抚州赣东公路设计院有限公司，江西 抚州344000；2.江西轶通建设工程有限公司，江西 抚州344000）

0 引言

在公路桥梁项目中，桥梁基础设计方案与施工技术管理对于工程项目施工有着重要影响。根据现有工程项目的经验可以发现，桥梁基础设计方案应考虑地区的实际情况，在严格遵守工程项目设计规范的基础上，进一步完善设计流程，这样才能最大限度上消除质量缺陷，为提升公路桥梁性能奠定基础。

1 公路桥梁基础设计方案分析

1.1 工程概况

某公路桥梁的总长度约为250m，桥梁宽度35m，根据桥梁早期的地质勘探结果显示当地的地质结构复杂，地球物理勘探发现断裂带等问题。根据相关资料，查阅可知当地地震烈度为Ⅵ度，但是项目所在地的地下水源丰富，尤其是潜水较多，对公路桥梁设计的影响较为明显。同时，现场勘查发现河床上层土壤中包含大量的卵砾石以及砂粉等，下层则存在大量的泥质粉砂岩材质。在工程项目施工中为满足技术规范要求，公路桥梁的结构更加复杂，对施工方案设计与施工技术质量管理的要求较高。

案例桥梁项目的基坑位于河道与周边地区，基坑两侧的高差较大，根据现场情况将基坑划分为Ⅰ～Ⅵ几种类型，其详细数据如表1所示。

表1 基坑区划分方案

1.2 墩柱设计

在案例项目墩柱设计过程中，结合实际工况以及地震作用的影响，设计墩柱尺寸为1.5m×3.0m，采用双层配筋的方法，设置纵筋配筋率2.8%；设计中钢筋直径达到了32mm。该项目中钢筋规格型号为HRB335。在设计方案中，钻孔灌注桩抗弯主要受桩顶部截面顺桥向内力控制，最终验算结果显示，墩柱与桩抗弯的相关数据如表2所示。

表2 墩柱与桩抗弯能力验算结果

根据表2的相关数据中可以发现，在案例桥梁的墩柱截面在不同方向上的弯矩明显小于初始屈服弯矩，确保墩柱在弹性工作范围内，即使地震发生也能维持整个结构的稳定性，具有可行性。

1.3 桩设计

从设计的角度来看，应根据桩基极限承载力、竖向承载力、抗震及桩身结构等数据判断单桩荷载等相关数据，根据该结果可以计算桩径、桩长等资料，在保证桥梁主体结构安全平稳的基础上，计算出最终的桩基长度与直径。同时，在设计方案中还需要考虑到桩基设计中可能出现的问题，如黏土、软土等可能因为雨水膨胀等现象影响施工参数。在摩擦桩设计中，设计人员也要主动避免扩径等质量问题发生。所以在桩基础设计中，根据相关规范，摩擦单桩轴向受压容许承载力P可以按照公式（1）的相关方法进行验算。

式（1）中：U为桩的截面周长，单位为“m”；A为桩截面的面积，单位为“m”；l为桩在局部冲刷线以下的有效长度，其单位为“m”；τ为桩壁土的极限摩阻力，单位为“kPa”；σ为桩间土的极限承载力水平，其单位为“kPa”。

结合工程案例实际情况，该项目中使用“16+25+40+25”m的预应力混凝土连续箱模式，在箱梁桥梁设计中使用单箱双室的直腹式结构，其中顶板宽度达到了12.4m，底板的宽度为8.0m，翼缘悬臂长度为2.2m；结构中跨中两箱顶板厚度为25cm，腹板的厚度为35cm，底板的厚度为22cm；为满足建筑物抗剪设计的性能要求，该结构设计中将底板厚度增加10cm，顶板厚度则提升至45cm，腹板厚度提升至50cm。

1.4 伸缩缝的选型

根据相关规定，在公路桥梁设计中应确保相邻上部结构之间有充足的间隙，因此在案例工程项目中可依照减隔震支座变形监测结果展开伸缩缝选型设计，最终计算结果显示，案例桥梁项目中采用12cm型号的伸缩缝结构。

1.5 减隔震装置设计方案

为进一步增强公路桥梁的抗震性能，在案例桥梁项目设计中将优选减隔震装置作为设计的重点内容。现阶段公路桥梁项目中的减隔震装置主要包括分层橡胶支座、互动摩擦式支座、铅芯橡胶支座、钢阻尼器、摩擦摆减隔震支座、双曲面球型减隔震支座等几种类型。

根据实际情况，设计人员在该项目设计中最终选择摩擦摆减隔震支座装置，该装置通过钟摆原理，经滑动界面之间的相互摩擦来消耗地震所产生的能量，最终降低地震力对桥梁结构的稳定性的影响。铅芯橡胶支座也是实现减隔震的主要手段，该构件主要包括滑动块、滑动曲面、抗滑螺栓、限滑块、上座板与下座板等几个构件，在结构物重力与外力作用下会促使构件阻尼塑性变形，在变形发生后会吸收大量能量，最终维持结构的稳定性；同时受橡胶结构的影响，该构件可以为装置恢复作用力提供支持。

1.6 混凝土设计方案

混凝土设计方法的可行性关乎公路桥梁结构性能，在设计方案中桩身混凝土设计强度选择C30等，并掺加缓凝高效减水剂等材料。所以案例项目中混凝土适配初凝时间大于等于30min，终凝时间小于10h；设计坍落度18～20cm，混凝土的和易性良好，其砂率最高为50%。

2 关键施工工艺分析

在桥梁基础施工过程中，应根据工程地质实际情况选择施工方案，根据地质剖面图选择合理的施工工艺。案例工程项目在桥梁工程施工中选择了钻孔灌注桩的施工工艺方案。

2.1 搭设施工平台

为满足施工要求内容，在承台安装回旋钻机，选择槽钢搭设施工平台，将材料焊接后将其制作成箱梁，并在上方铺设一层15×15的施工平台。

2.2 埋设护筒

案例项目中埋设护筒直径比桩径大30mm左右，在将端部位置打入土层中后，检查有无漏水情况，该项目中护筒的埋设深度控制在3～4m。在埋设护筒之后，在外侧回填黏土并做分层夯实；护筒的高度应高出地面0.3～0.5m。

2.3 反循环施工的工艺流程

在反循环施工模式下，设备的主体可在旋转盘离开30m的位置进行操作；在操作过程中钻挖的钻头不需要每次上下排弃钻渣，只需要在钻头上方连接长钻杆后做深层次开挖。

在规划现场时需要优先考虑到排水、清渣以及冲洗液循环等方面的要求，确保在反循环施工中冲洗液的循环效果良好，并且污水彻底排放。在清水钻进时应注意清除钻渣；泥浆钻进期间可采用旋流除砂器或者多级振动筛等装置强化清渣效果。钻头的吸水断面应保证规整、敞开，确保能够有效控制流阻，避免发生砾石等物品堆积。

严格控制钻头体吸口端与底层之间的距离，根据设计要求，案例项目中将两者之间的距离控制在250mm以内。钻挖过程中卵石、填石的尺寸应小于等于钻杆内径的4/5，避免因为该数据超标而影响正常的施工过程。

施工开始之后，砂石泵启动，在确认反循环正常后启动钻机，将钻头缓慢下放至底部。钻进期间保持先轻压慢转，在确定钻进正常后再逐渐提升钻进速度的施工方法，满足正常施工要求。钻进施工中需要施工人员认真检查砂石泵排水出渣问题，若工况检查发现排量减少或者水中的钻渣数量明显增加，为保证施工质量则需要严格控制钻进速度，避免因为循环液比重偏高而导致反循环施工过程中断。同时，在钻进期间应结合地层、桩径等数据选择正确的施工工艺，根据施工要求，案例项目严格按照表3的相关数据控制钻进的相关数据。

根据表3的相关数据，在严格控制钻头钻进的相关数据之后，根据工况采用了间断钻进的施工方法，尤其是在加接钻杆时可暂停钻进过程，将钻具提升100mm后，维持冲洗液循环2min，确保可以第一时间将孔底的钻渣清理干净，保证钻进施工顺利进行。

表3 钻进施工中的参数资料表

当钻进达到设计深度后停止钻孔，其中依然要关注冲洗液是否正常循环，直至冲洗液返出的钻渣含量小于等于4.0%为止。

2.4 桩基础施工中的常见技术问题与应对措施

案例项目在施工中采用了钻孔灌注桩的施工工艺，根据该项目的施工经验，在施工过程中可能遇到以下技术问题，不容忽视。

2.4.1 漏浆问题

在采用钻孔灌注桩施工中，在打到基岩时经常会出现以下漏浆现象：

第一，孔内泥浆流失速度偏快，尤其是地面孔口位置出现了坍塌，最终形成漏斗，若在这种工况下施工不仅无法保证施工质量，严重情况下会造成施工安全事件。

第二，案例地区的地表水丰富，在施工中可能出现裂隙水流入孔中的现象，最终改变孔中泥浆的配合比，并加重孔底沉渣问题，无法有效返浆，最终影响施工质量。

针对工程项目施工中存在的问题，技术人员采取了以下应对措施，如快速向孔内补充泥浆液，回填块石、黏土，或者在孔内采用反复冲击的方法提升护壁强度等，这种方法在处理漏浆问题时发挥着重要作用。

2.4.2 坍塌问题

当发生严重的漏浆现象后，若孔壁无泥浆护壁或者效果不理想会造成坍塌问题，孔壁坍塌对施工质量的影响不容忽视，所以该项目中针对可能出现的孔壁坍塌问题做好应对，如预备好钢护筒或者通过双套护筒的方法进行施工。例如在桥梁施工中使用双套护筒施工方法，其中第一套护筒外径与桩径相比大3级，将其下放至黏土层中，护筒底部经水泥砂浆做固结止水处理；第二套护筒比桩径大1级，将其下放至基岩上避免坍塌。若已经发生坍塌问题则需要及时拔除护筒并移动钻机，向空中抛入一定量的泥包混合料等材料。同时，技术人员在现场加工一个直径大于桩径2级的钢筋笼，将钢筋笼下放至孔洞中，用袋装黏土堆砌。

2.4.3 卡钻问题

造成卡钻现象的主要原因是溶洞分布不明确，导致钻孔施工期间钻到离溶洞顶板较近时采用高落程冲击施工的方法，最终使钻头可以冲破顶层岩石并卡在不同部位。在发生卡钻等现象时严禁强行提拉，一般可根据实际情况做针对性处理，例如当钻头卡在顶板岩石中间时可缓慢上下活动钻头，若发现钻头松动后可缓慢提出；或者选择自制正绳器拉正钻头再缓慢提起。若钻头卡在顶板岩石的下方位置，则可通过大钻头破坏岩石后再提出；或者通过钢丝绳将小钻头下吊至预定位置之后破碎岩层，最终将岩层下方的钻头提出。

2.4.4 孤石现象

根据案例项目的实际情况，发现孤石也是施工中不容忽视的问题，针对孤石可选择抛填硬度相似的卵石或者片石，再将钻机移向孤石的一侧做高冲程冲击；而针对孤石硬度较高的情况做孔内爆破施工，通过定向聚能爆破等方法，根据孤石硬度、大小等选择用药量，直至有效解决孤石问题。

3 结语

公路桥梁的结构设计与施工管理有助于全面提升桥梁性能，以上介绍的案例工程项目所采取的设计与施工方案在技术上具有可行性，能够在最大限度上提升桥梁结构性能，在进行桥梁设计后可以显著增强桥梁的抗震性能，桥梁施工过程中的技术风险问题也得到了有效解决，对于类似公路桥梁设计与施工指导有一定的指导作用，应该得到相关人员的重视。