A. 橋梁基礎施工方法匯總
本文重點包括:橋梁基礎按施工方法,橋梁基礎按施工方法可分為擴大基礎、樁基礎、管柱、沉井、地下連續牆等,下面分別介紹各類基礎的分類及受力特點。
一、擴大基礎
所謂擴大基礎,是將墩(台)及上部結構傳來的荷載由其直接傳遞至較淺的支承地基的一種基礎形式,一般採用明挖基坑的方法進行施工,故又稱為明挖擴大基礎或淺基礎。
擴大基礎按其施工方法分為:機械開挖基坑澆築法、人工開挖基坑澆築法、土石圍堰開挖基坑澆築法、板樁圍堰開挖基坑澆築法。
擴大基礎按其材料性能特點可分為配筋與不配筋的條形基礎和單獨基礎。無筋擴大基礎常用的有混凝土基礎、片石混凝土基礎等,不配筋基礎的材料都具有較好的抗壓性,但抗拉、抗剪強度不高,設計時必須保證發生在基礎內的拉應力和剪應力不超過相應的材料強度設計值。鋼筋混凝土擴大基礎的抗彎和抗剪性能良好,可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載下使用。
擴大基礎是由地基反力承擔全部上部荷載,將上部荷載通過基礎分散至基礎底面,使之滿足地基承載力和變形的要求。擴大基礎主要承受壓應力,一般用抗壓性能好,抗彎拉、抗剪性能較差的材料(如混凝土、毛石、三合土等)建造,適用於地基承載力較好的各類土層,根據土質情況分別採用鐵鎬、十字鎬、挖掘機、爆破等設備與方法開挖。
擴大基礎在埋置深度和構造尺寸確定以後,應先根據最不利而且有可能情況下的荷載組合,計算出基底的應力,然後進行基礎的合力偏心距、穩定性以及地基的強度(包括持力層、弱下卧層的強度)的驗算,需要時還應進行地基變形的驗算。
二、樁基礎
樁基礎是深入土層的柱形結構,其作用是將作用於樁頂以上的結構物傳來的荷載傳到較深的地基持力層中去。當荷載較大或樁數量較多時需在樁頂設承台將所有基樁聯接成一個整體共同承擔上部結構的荷載。
樁是垂直或微斜埋置於土中的受力桿仵,它的橫截面尺寸比長度小得多,其所承受的荷載由樁側土的摩阻力及樁端地層的反力共同承擔。
1、樁的分類
(1)按樁的使用功能分類
豎向抗壓樁:主要承受豎向下壓荷載(簡稱豎向荷載)的樁,應進行豎向承載力計算,必要時還需計算樁基沉降,驗算軟弱下卧層的承載力以及負摩阻力產生的下拉荷載。
豎向抗拔樁;主要承受豎向上拔荷載的樁,應進行樁身強度和抗裂計算以及抗拔承載力驗算。
水平受荷汪孫樁:主要承受水平荷載的樁,應進行樁身強度和抗裂驗算以及水平承載力和位移驗算。
復合受荷樁:承受豎向、水平荷載均較大的樁,應按豎向抗壓(或抗拔)樁及水平受荷樁的要求進行驗算。
(2)按樁承載性能分類
摩擦樁:當軟土層很厚,樁端達不到堅硬土層或岩層上時,則樁頂的極限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承,樁尖處土層反力很小,可忽略不計。
端承樁:樁穿過軟弱土層,樁端支承在堅硬土層或岩層上時,則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅硬岩土層提供的反力來支承,樁側摩擦力很小,可以忽略不計。
摩擦端承樁:樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承擔,但主要由樁端阻力承受。
端承摩擦樁:樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承擔,但主要由樁側阻力承受。
(3)按樁身材料分類
可分為木樁,混凝土樁,鋼樁,組合樁等。
(4)按樁徑大小分類
←小—250←中→800—大→
小樁;樁徑d≤250mm。
中等直徑樁:250mm<d<800mm。
大直徑柱:樁徑d≥800mm。因為樁徑大且樁端還可以擴大,因此,單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外,多數為鑽、沖、挖孔灌注樁,近年來的發展較快,應用范圍逐漸增大,並可實現柱下單樁的結構型式。
(5)按施工方法分類
可分為沉樁、鑽孔灌注樁、挖孔樁。
沉樁:分為錘擊沉樁法、振動沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法。
錘擊沉樁法一般適用於鬆散、中密砂土、黏性土,樁錘有墜錘、單動汽錘、雙動汽錘、柴油機錘、液壓錘等,可根據土質情況選用適用的樁錘悶盯;
振動沉樁法一般適用於砂土,硬塑及軟塑的黏性土和中密及較松的碎石土;
射水沉困罩鏈樁法適用在密實砂土,碎石土的土層中,用錘擊法或振動法沉樁有困難時,可用射水法配合進行;
靜力壓樁法在標准貫入度n<20的軟黏土中,可用特製的液壓機或機力千斤頂或卷揚機等設備沉入各種類型的樁;
挖孔灌注樁適用於無地下水或少量地下水,且較密實的土層或風化岩層,如空氣污染物超標,必須採取通風措施。
2、樁基礎的受力計算
基樁的計算,可按下列規定進行:
承台底面以上的豎直荷載假定全部由基樁承受;
橋台土壓力可按填土前的原地面起算.當基樁上部位於內摩擦角小於20°的軟土中時,應驗算樁因該層土施加於基樁的水平力所產生的撓曲;
在一般情況下,樁基不需進行抗傾覆和抗滑動的驗算;但在特殊情況下,應驗算樁基向前移動或被剪斷的可能性.
在軟土層較厚,持力層較好的地基中,樁基計算應考慮路基填土荷載或地下水位下降所引起的負摩阻力的影響.
鑽(挖)孔灌注摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[p]可按下列方法計算,
支承在基岩上或嵌入基岩內的鑽(挖)孔樁、沉樁和管柱的單樁軸向受壓容許承載力[p],可按下式計算;
[p]=(c1a+c2uh)ra
式中[p]-單樁軸向受壓容許承截力(kn);
ra-天然濕度的岩石單軸極限抗壓強度(kpa),試件直徑為7~l0cm,試件高度與試件直徑相等;
h-樁嵌入基岩深度(m),不包括風化層;
u-樁嵌入基岩部分的橫截面周長(m),對於鑽孔樁和管柱按設計直徑採用;
a-樁底橫截面面積(it12),對於鑽孔樁和管柱接設計直徑採用;
c1、c2-根據清孔情況、岩石破碎程度等因素而定的系數,按表1b413012-4採用.
三、管柱(薄皮大徑)
管柱基礎是由管柱群和鋼筋混凝土承台組成的基礎結構,也有由單根大型管柱構成基礎的。它是一種深基礎,埋入土層一定深度,柱底盡可能落在堅實土層或錨固於岩層中,作用在承台的全部荷載,通過管柱傳遞到深層的密實土或岩層上。
管柱基礎因其施工方法和工藝較為復雜,所需機械設備較多,所以較少採用。但當橋址處的地質水文條件十分復雜,如大型的深水或海中基礎,特別是深水岩面不平、流速大或有潮汐影響等自然條件下,不宜修建其他類型基礎時,可採用管柱基礎。管柱基礎主要適用於岩層、緊密黏土等各類緊密土質的基底,並能穿過溶洞、孤石支承在緊密的土層或新鮮岩層上,不適用於有嚴重地質缺陷的地區,如斷層擠壓破碎帶或嚴重的鬆散區域。
管柱按材料分類有由○1鋼筋混凝土管柱、○2預應力混凝土管柱及○3鋼管柱三種。
管柱基礎按地基土的支承情況可分為以下兩種:
(1)如管柱穿過土層落於基岩上或嵌於基岩中,則柱的支承力主要來自柱端岩層的阻力,稱為支承式管柱基礎;
(2)如管柱下端未達基岩,則柱的支承力將同時來自柱側土的摩擦力和柱端土的阻力,稱為摩擦式或支承及摩擦式管柱基礎。
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B. 橋梁的基礎如何選擇
主要是根據地質情況和上部結構對變形與沉降的控制以及施工的難以操作程度而定。
當地基的承載力較高或者相當高時,適宜用平底基礎。常用的平底基礎是淺平基、沉井基礎、氣壓沉箱基礎。但當土層較厚、其摩阻力可以利用時,可以用打入樁或鑽孔樁基礎;當土層較軟時,但其下有硬層可以用作為持力層時,適宜於用鑽孔樁基礎;如果其下的硬層是岩石,則宜於用嵌岩的管柱。對於這些樁類基礎,若能用高樁承台以及斜樁,其工程數量將有顯著的節省。現今只是打入樁可以打斜樁。
1.明挖基礎
又稱為擴大基礎或直接基礎。明挖基礎多以石砌、混凝土或鋼筋混凝土建造。明挖基礎的厚度除了要求保證地基有足夠的承載力以外,還要求基礎底面低於沖刷線和土壤凍結線,以保證橋梁不受沖刷及冰凍害影響。地質良好的無水地段,可採用除去表土,整平地基的方法,以便於修建基礎;有水地段可以根據水的深淺,分別採用土、草袋或者打樁等辦法,築成圍堰,然後抽去積水,以便修築基礎。地質不良地段可採用更換填土,或者用物理、化學方法加固地基。明挖基礎由於施工簡便,傳力作用明確並且能直接觀察到地基原貌,因此不但用於中、小橋梁,而且正在逐步用於一些大橋,並在施工技術上有了許多發展。
2.樁基礎的概述及其適用條件
樁基礎是指樁體外壁與其周圍土壤的摩擦力或樁尖的承載力來傳遞力的基礎。這種基礎主要由承台和樁群組成。
3.管柱基礎的應用
直徑較大的空心圓形樁柱稱為管柱,用管柱修建的樁基礎,稱管柱基礎。管柱基礎適用於深水、無覆蓋層、厚覆蓋層、岩面起伏等大的橋址條件。管柱能夠穿越各種土質覆蓋層和溶洞,支承於較密實的土上或岩石面上。一般採用預應力混凝土管柱。
管柱通過覆蓋層下沉到基本岩層,然後再在管柱內用大型鑽機鑽岩達到必要的深度後,放置鋼筋骨架,灌注水下混凝土,使管柱在岩壁中錨固。管柱基礎能夠達到氣壓沉箱所不能達到的水下施工深度,可避免在水下和高氣壓條件下作業,有利於工人健康,而且不受洪水季節的影響,可以常年施工。因此管柱基礎應用更為廣泛。
4.沉井基礎
又稱開口沉箱基礎,由開口的井筒構成的地下承重結構物。多為深基礎,適合用於持力層較深或河床沖刷較嚴重等水文地質條件,具有很高的承載能力和抗震性能。這種基礎系由井筒、封底混凝土和預蓋等組成,其平面形狀可以是圓形、矩形或圓端形等等,立面一般為垂直邊,井孔可分為單孔或者多孔,井壁為鋼筋、木筋或竹筋混凝土,甚至由剛殼中填充混凝土等築成。