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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【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，地基施工無疑是最為核心的環(huán)節(jié)，本文在對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)、地下水位及周圍環(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，而樁長的研訂通常取決于地層的特性，一般工程均會將樁底設(shè)計(jì)在較好的承載層深度，以取得較穩(wěn)定的基礎(chǔ)，目前而言國內(nèi)基樁長度最深約達(dá)120m，而為能鉆掘深層地盤，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，過去常用于河川地或高灘地等較無鄰近構(gòu)造物的區(qū)域，近年來在城市內(nèi)部施工中也會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)械開挖的方式鑿井，再于井中施筑地基結(jié)構(gòu)，由于開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傳遞載重，因此必須視地層情況設(shè)計(jì)臨時(shí)開挖擋土支撐來施作，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)再開挖，但實(shí)踐中在施工高度受限的環(huán)境(如橋下或電纜線下方施工)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)硬地盤等優(yōu)勢。

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，井式地基斷面通常考慮用地范圍及上部結(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)體會采中空，中空處會填砂或填充強(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，以下簡述之。井式地基在垂直承載力的考慮上，由于井式地基開挖時(shí)土體側(cè)向解壓，在開挖面?zhèn)缺诔４蛟O(shè)巖釘或錨筋等，造成地基外圍施工擾動，完成后的周圍土壤并無法完全包覆地基結(jié)構(gòu)，恐無法發(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題如下：1.開挖過程中大量地下水涌入問題，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)，因無法采用大型開挖機(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)，可先地盤改良，以避免施工中的壁面坍塌、涌水或涌砂現(xiàn)象；5.若開挖擋土壁以鋼襯板施工，則鋼襯板與周圍地層之間隙如何以砂漿灌滿填實(shí)，必須特別注意；6.井式地基的開挖出土及運(yùn)送等作業(yè)，隨開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，以及施工中開挖監(jiān)測壁體情況。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、挖土機(jī)、鉆機(jī)、卡車、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，考慮地形陡峭無法大規(guī)模整地的緣故，為降低坡地開挖范圍，多以竹削工法搭配井式地基井口開挖，有關(guān)竹削工法的說明，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挖范圍內(nèi)。開挖時(shí)，在深度約8m以內(nèi)可于地表以PC300挖土機(jī)直接開挖，開挖深度較深時(shí)，則必須于井內(nèi)以小型挖土機(jī)開挖，將土石倒入吊桶后吊出井外，而每次開挖深度以1m為原則，可視地層條件酌予調(diào)整，每次開挖后必須立刻進(jìn)行開挖壁面保護(hù)(如鋼襯板、掛網(wǎng)噴凝土、巖栓、鋼支保等)，開挖時(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，將地下水降低至開挖面下，井內(nèi)積水則設(shè)集水坑抽出井外。開挖至預(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，使用吊車吊放至開挖完成的井內(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，由于井式地基開挖一般深度較深(約>15m)，屬于危險(xiǎn)工作場所，針對施工安全必須謹(jǐn)慎處理，為防止人員、物品自井口墜落，井口周圍必須設(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，確認(rèn)施工環(huán)境安全。

四、結(jié)語

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，對于用地不足或地勢陡峭的情況下，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，避免開挖失敗。井式地基一般深度均較深(>15m)，井內(nèi)開挖條件不佳，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挖工法，可有效降低開挖面積，對環(huán)境保護(hù)及邊坡擾動較小。

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作者：柴佳 單位：中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司