当地基浅层土质较差,持力土层埋藏较深,需要采用深基础才能满足结构物对地基强度、变形和稳定性要求时,可采用桩基础。基桩按材料分类有木桩、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩与钢桩。桥梁基础中用的较多的是中间两种。按制作方法分为预制桩和钻(挖)孔灌注桩;按施工方法分为锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩、就地灌注桩与钻孔埋置桩等,前四种又统称沉入桩。应根据地质条件、设计荷载、施工设备、工期限制及对附近建筑物产生的影响等来选择桩基的施工方法。
(一)沉入桩基础
沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土和预应力混凝土桩。截面形式常用的有实心方桩和空心管桩两种。管桩一般由工厂以离心成型法制成。目前成品规格:管桩外径40cm、55cm两种,分为上、中、下三节,管壁厚度为8-10cm.近年来发展的phc高强预应力混凝土离心管桩已在工程上广泛应用。
制作钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩所用技术应按《公路桥涵施工技术规范》办理。此外,还应注意以下事项:1、钢筋混凝土桩内的纵向主钢筋如需接头时,应采用对焊接头2、螺旋筋或箍筋必须箍紧主筋,与主筋交接处应用点焊焊接或用铁丝扎接牢固3、预应力混凝土的纵向主筋采用冷拉钢筋且需焊接时,应在冷拉前采用闪光接触对焊焊接4、桩长用法兰盘连接时,法兰盘应对准位置焊接在钢筋或预应力筋上;对先张法预应力混凝土桩,法兰盘应先焊接在力筋上,然后进行张拉5、混凝土应由桩顶向桩尖方向连续灌注,不得中断6、桩的钢筋骨架(包括预应力钢筋骨架)的允许偏差应在规定的范围以内。
钢筋混凝土桩的预制要点是:制桩场地的平整与夯实;制模与立模;钢筋骨架的制作与吊放;混凝土浇筑与养护。
当预制桩的长度不足时,需要接桩。常用的接桩方法有:法兰盘连接、钢板连接及硫磺胶泥(沙浆)连接等等。
沉桩顺序应根据现场地形条件、土质情况、桩距大小、斜桩方向、桩架移动的方便等来决定。同时应考虑使桩入土深度相差相差不多,土壤均匀挤密。
沉入桩的施工方法主要有:锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩及静力压桩等。
(一)锤击沉桩一般适用于中密砂类土、粘性土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打入土中,因此一般桩径不能太大(不大于0.6m),入土深度在40m 左右。
锤击沉桩的主要设备有桩锤、桩架及动力装置三部分。冲击锥的选择,原则上是重锤低击。桩架在沉桩施工中,承担吊锤、吊桩、插桩、吊插射水管及桩在下沉过程中的导向作用等。其他设备中主要有桩帽与送桩。桩帽主要是承受冲击,保护桩顶,在沉桩时能保证锤击力作用于桩轴线而不偏心。送桩主要用于当桩顶被锤击低于龙门挺而仍需继续沉入时,即需把桩顶送到地面下必要深度处用。
施工要点:沉桩前,应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检查;开锤前应再次检查桩锤、桩帽或送桩与桩中轴线是否一致;锤击沉桩开始时,应严格控制各种桩锤的动能。如桩尖已沉入到设计标高,但沉入度仍达不到要求时,应继续下沉至达到要求的沉入度为止。沉桩时,如遇到:沉入度突然发生急剧变化;桩身突然发生倾斜、移位;桩不下沉,桩锤有严重回弹现象;桩顶破碎或桩身开裂、变形,桩侧地面有严重隆起现象等等,应立即提高停止锤击,查明原因,采取措施后方可继续施工。
锤击沉桩的停锤控制标准。
1、设计桩尖标高处为硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,根据灌入度变化并对照地质资料,确认桩尖已沉入该土层,贯入度达到控制贯入度。
2、当贯入度已达到控制贯入度,而桩尖标高未达到设计标高时,应继续锤入0.10m左右(或锤入30-50次),如无异常变化即可停锤;若桩尖标高比设计标高高的多时,应报有关部门研究确定。
3、设计桩尖标高处为一般粘性土或其他松软土层时,应以标高控制,贯入度作为校核。
4、在同一桩基中,各桩的最终贯入度应大致接近,而沉入深度不宜相差过大,避免基础产生不均匀沉降。
(二)射水沉桩射水施工方法的选择应视土质情况而异,在砂夹卵石层或坚硬土层中,一般以射水为主,锤击或振动为辅;在亚粘土或粘土中,为避免降低承载力,一般以锤击或振动为主,以射水为辅,并应适当控制射水时间和水量;下沉空心桩,一般用单管内射水。
射水沉桩的设备包括:水泵、水源、输水管路(应减小弯曲,力求顺直)和射水管等。
射水沉桩的施工要点是:吊插桩基时要注意及时引送输水胶管,防止拉断与脱落;基桩插正立稳后,压上桩帽桩锤,并开始用较小水压,使桩靠自重下沉。初期应控制桩身不使下沉过快,以免阻塞射水管嘴,并注意随时控制和校正桩的方向;下沉渐趋缓慢时,可开锤轻击,沉至一定深度(8-10m)已能保持桩身稳定后,可逐步加大水压和锤的冲击动能;沉桩至距设计标高一定距离(2.0m以上)停止射水,拔出射水管,进行锤击或振动使桩下沉至设计要求标高。
(三)振动沉桩振动沉桩适用于砂质土、硬塑及软塑的粘性土和中密及较松散的碎、卵石类土。
振动沉桩停振控制标准,应以通过试桩验证的桩尖标高控制为主,以最终贯入度(mm/min)或可靠的振动承载力公式计算的承载力作为校核。
(四)静力压桩静力压桩采用静压力将桩压入土中,即以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力,适用于高压缩性粘土或砂性较轻的亚粘土层。
(五)水中沉桩在河流较浅时,一般可以搭设施工便桥、便道、土岛和各种类型的脚手架组成的工作平台,其上安置桩架并进行水中沉桩作业。在较宽阔的河中,可将桩安设在组合的浮体上或固定平台,亦可适用专门打桩船。此外还可采用:
1、先筑围堰后沉桩基法:一般在水不深,桩基临近河岸时采用;
2、先沉桩基后筑围堰法:一般适用于较深的水中桩基。
3、用吊箱围堰修筑水中桩基法:一般适用于修筑深水中的高桩承台;
(1)管桩基础
由钢筋混凝土、预应力混凝土或钢制成的单根或多根管柱上连钢筋混凝土承台、支撑并传递桥梁上部结构和墩台全部荷载于地基的结构物。柱底一般落在坚实土层或嵌入岩层中。适用于深水、岩面不平整、覆盖土层厚薄不限的大型桥梁基础。按荷载传递形式可分为端承式和摩擦式两种,在结构形式上与桩基相似,但多为垂直状。
(2)沉井基础
又称开口沉箱基础,由开口的井筒构成的地下承重结构物。一般为深基础,适用于持力层较深或河床冲刷严重等水文地质条件,具有很高的承载力和抗震性能。这种基础系由井筒、封底混凝土和预盖等组成,其平面形状可以是圆形、矩形或圆端形,立面多为垂直边,井孔为单孔或多孔,井壁为钢筋、木筋或竹筋混凝土,甚至由刚壳中填充混凝土等建成。
若为陆地基础,它在地表建造,由取土井排土以减少刃脚土的阻力,一般借自重下沉;若为水中基础,可用筑岛法,或浮运法建造。在下沉过程中,如侧摩阻力过大,可采用高压射水法、泥浆套法或井壁后压气法等加速下沉。
(3)地下连续墙基础
用槽壁法施工筑成的地下连续墙体作为土中支撑单元的桥梁基础。它的形式大致可分为两种:一种是采用分散的板墙,平面上根据墩台外形和荷载状态将它们排列成适当形式,墙顶接筑钢筋混凝土承台;另一种是用板墙围成闭合结构,其平面呈四边形或多边形,墙顶接筑钢筋混凝土盖板。后者在大型桥基中使用较多,与其他形式的深基相比,它的用材省,施工速度快,而且具有较大的刚度,目前是发展较快的一种新型基础。连续墙的建造是通过专门的挖掘机泥浆护壁法挖成长条形深槽,再下钢筋笼和灌注水下混凝土,形成单元墙段,它们相互连接而成连续墙,其厚度一般为0.3- 2.0m,随深度而异,最大深度已达100m.
(4)锁口钢管桩基础由锁口相连的管柱围成的闭合式管柱基础。锁口缝隙灌以水泥沙浆,使管柱围墙形成整体,管内充混凝土,围墙内可填以沙石、混凝土或部分填充混凝土,必要时顶部可连接钢筋混凝土承台。
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