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公路橋梁工程地基施工中技術(shù)處理要點(diǎn)分析

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公路橋梁工程地基施工中技術(shù)處理要點(diǎn)分析

【摘要】隨著交通事業(yè)快速發(fā)展需要,大量的公路需要建設(shè),橋渠作為公路的重要工程,是國(guó)家公路建設(shè)的重點(diǎn)施工項(xiàng)目,其橋渠施工的管理更是重中之重。在公路橋梁工程中,地基施工無(wú)疑是最為核心的環(huán)節(jié),本文在對(duì)公路橋梁工程地基施工方式與特性進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)從井式地基設(shè)計(jì)考慮與井式地基施工注意事項(xiàng)兩個(gè)方面著手,分析了井式施工的要點(diǎn),最后進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁工程;地基施工;技術(shù)處理;要點(diǎn);井式施工

一、公路橋梁工程地基施工方式與特性

地基施工方式的研選與結(jié)構(gòu)載重、地形、地質(zhì)、地下水位及周?chē)h(huán)境等各項(xiàng)條件均息息相關(guān),公路橋梁工程常采用的地基施工方式有:(1)直接地基;(2)筏式地基;(3)樁地基(4);井式地基;(5)沉箱地基;(6)壁式地基等六種類(lèi)型。其中,直接地基為淺地基,為符合結(jié)構(gòu)載重所需,必須依據(jù)地層分布,考慮承載力及沉陷量進(jìn)行地基埋置深度以及尺寸設(shè)計(jì),一般而言,其所需深度較淺,但平面所占面積較大,在工程性質(zhì)良好、承載層較淺的地層以及用地取得容易的郊區(qū)較為適用;筏式地基可以同時(shí)提供多根柱(墩)載重的大面積RC地基板,則適用于建筑物等的地基采用;而樁地基為深地基,為一般位于軟弱地層上的工程最常選擇的地基施工方式,而樁長(zhǎng)的研訂通常取決于地層的特性,一般工程均會(huì)將樁底設(shè)計(jì)在較好的承載層深度,以取得較穩(wěn)定的基礎(chǔ),目前而言國(guó)內(nèi)基樁長(zhǎng)度最深約達(dá)120m,而為能鉆掘深層地盤(pán),基樁工程通常需要使用的機(jī)具設(shè)備與施工空間較大,費(fèi)用也較高;沉箱地基,顧名思義是以沉降的方式施作地基結(jié)構(gòu),然而為順利讓地基結(jié)構(gòu)沉入地下,施工中必須要加載或小量超挖,因此地基常有傾斜或偏心等情況,而超挖過(guò)大時(shí)更容易造成工區(qū)附近地層下陷,施工控制精度較差,過(guò)去常用于河川地或高灘地等較無(wú)鄰近構(gòu)造物的區(qū)域,近年來(lái)在城市內(nèi)部施工中也會(huì)有采用壓入式沉箱工法的案例,但該沉箱常作為潛盾(或推進(jìn))工程的工作井使用;井式地基的結(jié)構(gòu)型式類(lèi)似沉箱,較大差異在于施工順序,通常以人工或小型機(jī)械開(kāi)挖的方式鑿井,再于井中施筑地基結(jié)構(gòu),由于開(kāi)挖期間必須保持井壁穩(wěn)定施作壁面保護(hù),例如噴凝土、巖釘、鋼襯板等,避免坍方造成施工危險(xiǎn),一般會(huì)選擇在工程性質(zhì)良好,地下水位較深的地層施筑,因?yàn)橐孕⌒蜋C(jī)具施工,地基平面尺寸較小(一般直徑約5~10m),所以也是施工空間局限的工程所常選擇的地基施工方式。地基施工方式的選擇除了考慮水平側(cè)向力、垂直承載力、側(cè)向位移、沉陷量等,對(duì)于施工性也必須納入考慮。以直接地基及樁地基而言,都必須要施作地基版來(lái)傳遞載重,因此必須視地層情況設(shè)計(jì)臨時(shí)開(kāi)挖擋土支撐來(lái)施作,在用地取得容易地區(qū),可以斜坡明挖方式進(jìn)行,速度快、施工容易,但若開(kāi)挖深度較深或用地有限的情況下就必須先打設(shè)擋土支撐系統(tǒng)再開(kāi)挖,但實(shí)踐中在施工高度受限的環(huán)境(如橋下或電纜線(xiàn)下方施工)或在地形陡峭崎嶇的斜坡面上,要打設(shè)擋土樁或架設(shè)水平支撐都有困難,而在這些困難施工環(huán)境下,井式地基則具有小型施工機(jī)具、施工面積較小及克服堅(jiān)硬地盤(pán)等優(yōu)勢(shì)。

二、井式地基設(shè)計(jì)考慮

井式地基因具有可因地制宜采用小型機(jī)具施工、地基面積小、開(kāi)挖工法可順應(yīng)地形等特點(diǎn),因此在公路橋梁工程中,是使用較廣泛的施工方式。井式地基設(shè)計(jì)除了必須考慮地層、地形坡度以及地下水的影響外,同時(shí)免不了必須依據(jù)上構(gòu)的載重條件分析地基承載力以及沉陷量等,以維持地基的穩(wěn)定性。此外,若于河川地或高灘地選擇采用井式地基,其地基深度也須考慮河川的沖刷深度以決定井式地基深度,避免因掏刷地基外露而影響地基穩(wěn)定;此外,井式地基斷面通??紤]用地范圍及上部結(jié)構(gòu)載重、地層條件等綜合分析,若采用直徑大斷面者(約8~12m以上)通常井式地基結(jié)構(gòu)體會(huì)采中空,中空處會(huì)填砂或填充強(qiáng)度較低的混凝土,而若斷面直徑較小者(約8m以下),則必須要考慮施工空間會(huì)以實(shí)心井式地基結(jié)構(gòu)體進(jìn)行設(shè)計(jì),并增加地基本身斷面強(qiáng)度及重量以抵抗橋墩產(chǎn)生塑性鉸后傳遞下來(lái)的力量,特別是當(dāng)承受彎矩時(shí),仍必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的偏心載重地基最小受壓面積比。在井式地基的公路橋梁工程分析上,必須分別考慮水平及垂直向的支承力及變位量進(jìn)行檢核,以下簡(jiǎn)述之。井式地基在垂直承載力的考慮上,由于井式地基開(kāi)挖時(shí)土體側(cè)向解壓,在開(kāi)挖面?zhèn)缺诔4蛟O(shè)巖釘或錨筋等,造成地基外圍施工擾動(dòng),完成后的周?chē)寥啦o(wú)法完全包覆地基結(jié)構(gòu),恐無(wú)法發(fā)揮側(cè)向摩擦力,故設(shè)計(jì)時(shí)常保守忽略側(cè)向垂直摩擦力的貢獻(xiàn),僅考慮井式地基底部的地盤(pán)反力。而井式地基常使用于坡地環(huán)境,在斜坡上的地基則必須考慮斜坡特性進(jìn)行適當(dāng)折減,折減系數(shù)隨坡度增加而減少。

三、井式地基施工注意事項(xiàng)

本文通過(guò)匯整所執(zhí)行相關(guān)案例的經(jīng)驗(yàn),歸納井式地基常遭遇的問(wèn)題如下:1.開(kāi)挖過(guò)程中大量地下水涌入問(wèn)題,施工階段可用大型深井抽降,將地下水降低或?qū)?,以利混凝土澆注作業(yè)保持較干燥的井壁;2.井式地基混凝土澆注后,混凝土須達(dá)預(yù)定強(qiáng)度方可停止抽水作業(yè),以避免因地下水入滲造成保護(hù)層的混凝土漿流失;3.若采用較小直徑井式地基時(shí),因無(wú)法采用大型開(kāi)挖機(jī)具于井內(nèi)施工,挖掘進(jìn)度較慢;4.軟弱地層及松散土層使用井式地基時(shí),可先地盤(pán)改良,以避免施工中的壁面坍塌、涌水或涌砂現(xiàn)象;5.若開(kāi)挖擋土壁以鋼襯板施工,則鋼襯板與周?chē)貙又g隙如何以砂漿灌滿(mǎn)填實(shí),必須特別注意;6.井式地基的開(kāi)挖出土及運(yùn)送等作業(yè),隨開(kāi)挖深度越增加則越困難,須特別注意施工安全;7.若井式地基設(shè)計(jì)成中空的結(jié)構(gòu)體,則鋼筋組立及模板施作較為繁雜;8.地下水位較高時(shí),井式開(kāi)挖壁面較不易控制,表面較不平順且容易超挖;9.井式地基于地下水位較高的地層中施工時(shí),應(yīng)特別注意降水及導(dǎo)排水問(wèn)題;10.井式地基施工應(yīng)注意挖土、出土作業(yè)安全,以及施工中開(kāi)挖監(jiān)測(cè)壁體情況。井式地基施工不須大型機(jī)具,具有因地制宜的特性,主要施工機(jī)具包括吊車(chē)、挖土機(jī)、鉆機(jī)、卡車(chē)、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、送風(fēng)機(jī)、噴漿機(jī)、電焊機(jī)等,而機(jī)具大小及設(shè)備多寡可視現(xiàn)地可用空間調(diào)整。井式地基在開(kāi)挖之前必須先進(jìn)行放樣及整地,尤其在地形坡度較為陡峭的坡地區(qū)域,考量地基尺寸及施工空間,無(wú)法采用直接地基及樁地基時(shí),井式地基可能為較佳的選擇方案,考慮地形陡峭無(wú)法大規(guī)模整地的緣故,為降低坡地開(kāi)挖范圍,多以竹削工法搭配井式地基井口開(kāi)挖,有關(guān)竹削工法的說(shuō)明,可另行參閱相關(guān)技術(shù)文件,本文不再詳述。完成整地及放樣后,在井口施作高約50cm的RC環(huán)型梁,同時(shí)可作為防落護(hù)欄的地基,也可以防止地表徑流灌入開(kāi)挖范圍內(nèi)。開(kāi)挖時(shí),在深度約8m以?xún)?nèi)可于地表以PC300挖土機(jī)直接開(kāi)挖,開(kāi)挖深度較深時(shí),則必須于井內(nèi)以小型挖土機(jī)開(kāi)挖,將土石倒入吊桶后吊出井外,而每次開(kāi)挖深度以1m為原則,可視地層條件酌予調(diào)整,每次開(kāi)挖后必須立刻進(jìn)行開(kāi)挖壁面保護(hù)(如鋼襯板、掛網(wǎng)噴凝土、巖栓、鋼支保等),開(kāi)挖時(shí)須隨時(shí)注意地下水滲入情況,輕微入滲時(shí)加強(qiáng)開(kāi)挖面保護(hù),避免壁面塌落,入滲較多時(shí)則必須于井外打設(shè)大口徑深井抽水,將地下水降低至開(kāi)挖面下,井內(nèi)積水則設(shè)集水坑抽出井外。開(kāi)挖至預(yù)定深度后,先在底部打設(shè)10cm厚,以便于結(jié)構(gòu)施筑,再根據(jù)設(shè)計(jì)圖說(shuō)明施作底板及地基結(jié)構(gòu),井式地基鋼筋組立作業(yè)可視施工條件,先行于地面完成鋼筋籠綁扎后,使用吊車(chē)吊放至開(kāi)挖完成的井內(nèi),或?qū)⒓庸ね瓿傻匿摻盍系跞刖畠?nèi),鋼筋籠在井內(nèi)綁扎組立。施筑井式地基結(jié)構(gòu)原則上以4m為一升層,逐層向上重復(fù)綁筋、組模、混凝土澆注作業(yè),而由于井式地基深度較深,灌漿時(shí)常因灌漿方式不當(dāng)或速度太快,導(dǎo)致施工質(zhì)量不佳,因此必須注意灌漿時(shí)控制混凝土泵送速度,并控制灌漿管高度須維持在1m內(nèi),同時(shí)利用震動(dòng)機(jī)搗實(shí)混凝土,避免混凝土粒料析離。另外,由于井式地基開(kāi)挖一般深度較深(約>15m),屬于危險(xiǎn)工作場(chǎng)所,針對(duì)施工安全必須謹(jǐn)慎處理,為防止人員、物品自井口墜落,井口周?chē)仨氃O(shè)置護(hù)欄與防護(hù)網(wǎng),井內(nèi)施工必須設(shè)備妥善的通風(fēng)、照明、通訊與進(jìn)出設(shè)備,進(jìn)入井式地基內(nèi)作業(yè)前須先行進(jìn)行井內(nèi)的氧氣濃度與有害氣體濃度偵測(cè),確認(rèn)施工環(huán)境安全。

四、結(jié)語(yǔ)

井式地基為各結(jié)構(gòu)物于丘陵地形或麓山地帶公路橋梁工程常選擇的地基施工方式之一,必須依據(jù)其地層特性、結(jié)構(gòu)需求、經(jīng)濟(jì)性以及施工性等進(jìn)行綜合評(píng)估分析其妥適性。井式地基不適合于軟弱黏土、松散砂土及地下水位高的地層,較適合于適當(dāng)深度內(nèi)(一般約10~25m)存在堅(jiān)硬承載層(如卵礫石層或巖層)的地層條件時(shí)采用之。井式地基因施工可不需大型機(jī)具,因此具備可因地制宜的施工特性,對(duì)于用地不足或地勢(shì)陡峭的情況下,不失為合適的地基施工方式。地下水位分布對(duì)于井式地基施工的成敗相當(dāng)重要,在地下水位較高處的井式地基開(kāi)挖必須式先考慮各種滲水的可能性,并預(yù)先做好降水、導(dǎo)排水或保護(hù)措施,避免開(kāi)挖失敗。井式地基一般深度均較深(>15m),井內(nèi)開(kāi)挖條件不佳,為高風(fēng)險(xiǎn)施工環(huán)境,必須考慮施工安全需求,設(shè)置保護(hù)措施。在陡峭邊坡地形的井式地基可搭配竹削式擋土開(kāi)挖工法,可有效降低開(kāi)挖面積,對(duì)環(huán)境保護(hù)及邊坡擾動(dòng)較小。

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作者:柴佳 單位:中鐵武漢大橋工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司