桥梁施工技术探讨

摘 要

随着社会的发展、交通运输需求量的扩大以及桥梁建设技术水平的不断提高，一大批跨江河、海峡的深水大跨桥梁陆续涌现，成为城市中不可或缺的一道风景。而这些大型桥梁的建设，不论是在规模和结构上的扩大与复杂，还是在施工环境中的影响与多变，都对其设计和施工提出了很高的要求，并给工程增加了相当的难度。虽然目前国内外桥梁施工技术已有不少成功的经验，但是尚未形成一个完整的体系，而每一个新的工程总会呈现出一些新的问题和困难，并不能只依靠借鉴以往的工程经验去解决，得具体问题具体分析，不断改进施工技术。桥梁基础根据其埋深分为浅基础(shallowfoundation)和深基础(deep foundation)。将埋置深度较浅(一般在数米以内)，且施工简单的基础称为浅基础；由于浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上，且施工较复杂的基础称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础，在设计和施工中有些问题需要作为深基础来考虑。

关键词：高速公路；公路病害；科学检测；预防性养护

第1页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

ABSTRACT

With China's recent and long-term planning, highway will be rapid development, and then the various diseases is becoming more and more obvious, the driving safety, reduce the maintenance workload increased, change extend traffic interference problems. Visible, highway disease detection technology and maintenance tasks become more and more important.

Based on the project, through the investigation, detection, preventive maintenance comprehensive analysis of subgrade and pavement diseases, examples of scientific inspection and preventive maintenance engineering, put forward the evaluation standard of subgrade and pavement maintenance engineering, proposed the preventive maintenance timing and suitable for domestic expressway preventive maintenance measures. Through the research and discussion for the expressway, scientific testing and maintenance theory, method of establishing add material, for highway construction and management of scientific decision-making provide reference.

Keywords: highway; highway disease; scientific testing; preventive maintenance

第2页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

第1章 绪论

1.1选题的背景和意义

公路桥梁作为区域发展中的基础设施在经济快速发展的今天发挥着越来越重要的作用，在国民经济综合运输体系中的重要性也日益明显。交通流量的日益增大对公路桥梁的运输能力、承载能力、使用年限甚至是环保能力都提出了更高的要求。公路桥梁的基础设计是一项工程的基础，而施工技术的选择则决定了公路桥梁的质量。因此，在公路桥梁的建设过程中要十分注意从规划到设计、施工、运营等各个阶段的问题，充分考虑公路桥梁长远发展的各种问题，力争把公路桥梁设计建设成真正的利民之路。

1.2基础施工的概述

桥梁上部承受的各种荷载，通过桥台或桥墩传至基础，再由基础传至地基。基础是桥梁下部结构的重要组成部分，因此，基础工程在桥梁结构物的设计与施工中，占有极为重要的地位，它对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响。

桥梁基础按施工方法可分为扩大基础、桩及管柱基础、沉井基础、地下连续墙基础和锁口钢管桩基础。

1.2.1扩大基础

扩大基础或称明挖基础属直接基础，是将基础底板设在直接承载地基上，来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。其施工方法通常是采用明挖的方式进行的，施工中坑壁的稳定性是必须特别注意的问题。明挖扩大基础施工的主要内容包括基础的定位放样、基坑开挖、基坑排水、基底处理以及砌筑（浇筑）基础结构物等。

1）基础的定位放样

在基坑开挖前，先进行基础的定位放样工作，以便正确的将设计图上的基础位置准确的设置到桥址上。放样工作系根据桥梁中心线与墩台的纵横轴线，推出基础边线的定位点，再放线画出基 坑的开挖范围。基坑各定位点的

第1页

图1-2-1 基础放样

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

标高及开挖过程中标高检查，一般用水准测量的方法进行。

2）陆地基坑开挖

基坑大小应满足基础施工要求，对有渗水土质的基坑坑底开挖尺寸，需按基坑排水设计（包括排水沟、集水井、排水管网等）和基础模板设计而定，一般基底尺寸应比设计平面尺寸各边增宽0.5-1.0m。基坑可采用垂直开挖、放坡开挖、支撑加固或其他加固的 开挖方法，具体应根据地质条件、基坑深度、施工期限与经验，以及有无地表水或地下水等现场因素来确定。

坑壁不加支撑的基坑对于在干涸无水河滩、河沟中，或有水经改河或筑堤能排除地表水的河沟中；在地下水位低于基底，或渗透量少，不影响坑壁稳定；以及基础埋至不深，施工期较短，挖基坑时不影响临近建筑安全的施工场所，可考虑选用坑壁不加支撑的基坑。

坑壁有支撑的基坑当基坑壁坡不易稳定并有地下水渗入，或放坡开挖场地受到，或基坑较深、放坡开挖工程数量较大，不符技术经济要求时，可视具体情况，采用以下的加固坑壁措施，如挡板支撑、钢木结合支撑、混凝土护壁及锚杆支护等。常用的坑壁支撑形式有：直衬板式坑壁支撑、横衬板式坑壁支撑、框架式支撑、及其他形式的支撑（如锚桩式、锚杆式、锚碇板式、斜撑式等）。

3）水中基础的基坑开挖

桥梁墩台基础大多位于地表水位以下,有时水流还比较大,施工时都希望在无水或静止水条件下进行.桥梁水中基础最常用的施工方法是围堰法.围堰的作用主要是防水和围水,有时还起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用.

围堰必须满足以下的要求:

围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm，最低不应小于50cm，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面20～40cm。围堰的外形应适应水流排泄，大小不应压缩

图1-2-3 基坑开挖 围堰基

流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求，并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不至发生破裂，滑动或倾覆。围堰要求防水严密，应尽量

第2页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

采取措施防止或减少渗漏，以减轻排水工作。对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起的河床的冲刷均应有防护措施。围堰施工一般应安排在枯水期间进行。公路桥梁常用的围堰的类型有：土石围堰，木笼围堰或竹笼围堰，钢板桩围堰，套箱围堰。

4）基坑排水

基坑坑底一般多位于地下水位以下，地下水会经常渗进坑内，因此必须设法把坑内的水排除，以便利施工。要排除坑内渗水，首先要估算涌水量，方能选用相当的排水设备。桥梁基础施工中常用的基坑排水方法有：

集水坑排水法，除严重流沙外，一般情况下均可采用。井点排水法。当土质较差有严重流沙现象，地下水位较高，挖基较深，坑壁不易稳定，用普通排水的方法难以解决时，可用井点排水法。井点排水法因需要设备较多，施工布置复杂，费用较大，应进行技术经济比较后采用。在桥涵基础中多用于城市内挖基。其他排水法。

图1-2-4 井点降水 基坑排水

5）基底检验及处理

基底检验基坑施工是否符合设计要求，在基础浇筑前应按规定进行检验。其目的在于：确定地基的容许承载力的大小、基坑位置与标高是否与设计文件相符，以确保基础的强度和稳定性，不致发生滑移等病害。基底检验的主要内容包括：检查基底平面位置、尺寸大小，基底标高；检查基底土质均匀性，地基稳定性及承载力等；检查基底处理和排水情况；检查施工日志及有关试验资料等等。

基底处理天然地基上的基础是直接靠基底土壤来承担荷载的，故基底土壤状态的好坏，对基础及墩台、上部结构的影响极大，不能仅检查土壤名称与容许承载力大小，还应为土壤更有效的承担荷载创造条件，即要进行基底处理工作。

6）基础圬工浇筑

基础施工分为无水浇筑、排水浇筑和水下浇筑三种情况。

排水施工的要点是：确保在无水状态下砌筑圬工；禁止带水作业及用混凝土将水赶出模板外灌注方法；基础边缘部分应严密隔水；水下部分圬工必须待水泥沙浆或混凝土终凝后才允许浸水。水下浇筑混凝土只有在排水困难时采用。基础圬工的水下灌注分为水下封底和水下直接灌筑基础两种。前者封底后仍要排水再砌筑基础，封底只

第3页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

是起封闭渗水作用的作用，其混凝土只作为地基而不作为基础本身，适用于板桩围堰开挖的基坑。

浇筑基础时，应做好与台身、墩身的接缝联结，一般要求：

混凝土基础与混凝土墩台身的接缝，周边应预埋直径不小于16mm的钢筋或其他铁件，埋入与露出的长度不应小于钢筋直径的 20倍。混凝土或浆砌片石墩台身的接缝，应预埋片石作 ，片石厚度不应小于15cm，片石的强度要求不低于基础或墩台身混凝土或砌体的强度。

图1-2-6 混凝土墩柱现场浇筑

7）地基加固

我国地域辽阔，自然地理环境不同，土质强度、压缩性和透水性等性质有很大的差别。其中，有不少是软弱土或不良土， 诸如淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土以及土洞、溶洞等。当桥涵位置处于这类土层上时，除可采用桩基、沉井等深基础外，也可视具体情况采用相应的地基加固措施，以提高其承载能力，然后在其上修筑扩大基础，以求获得缩短工期、节省投资的效果。对于一般软弱地基土层加固处理方法可归纳为四种类型：换填土法：将基础下软弱土层全部或部分挖除，换填力学物理性质较好的土；挤密土法：用重锤夯实或砂桩、石灰桩、砂井、塑料排水板等方法，使软弱土层挤压密实或排水固结；胶结土法：用化学浆液灌入或粉体喷射搅拌等方法，使土壤颗粒胶结硬化，改善土的性质；土工聚合物法：用土工膜、土工织物、土工格栅与土工合成物等加筋土体，以土体的侧向变形，增加土的周压力，有效提高地基承载力。

桩及管柱基础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、工期及对附近建筑物产生的影响等来选择桩基的施工方法。

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

第4页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

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：

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；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；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，然后进行张拉混凝土应由桩顶向桩尖方向连续灌注，不得中断桩的钢筋骨架（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。

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。

第5页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

第2章 粉砂层地质条件下桥梁基础施工技术

2.1 工程概况

东洋江桥位于萧甬铁路复线余姚车站东端Ⅱ雕区，既有桥右侧，与既有桥台间距：萧山台为14 8m，甬(宁波)台为12．0 m。此桥为1～32 m下承式栓焊钢板梁桥，中心里程K99+788．7，两桥台基咄均为钻孔灌注桩，承台为C20钢筋砼，承台尺寸为7．9 m(长)×7．85 m(宽)×2 m(高)。桥位处河床以下为饱和中密粉砂层，厚8．4～10．6 m(粉砂层标高为一2．2～一12．8 m)，承台底设计标高为一4．0 m，粉砂层以下为流塑状淤泥质阽土夹薄层粘砂土。本桥位于河网化地区，水流较缓，最大水深约4 m，江中水位变化较大，此江为余主要水上运输通道。既有桥两台后路基填料均为渗水土，距萧山台后9 m处余姚站内有一手动道岔，台后路基稍有变化即将影响此道岔的使用。桥台基坑开挖设计上采用草袋装土围堰、对既有台后路基打入钢轨桩进行防护。

2.2施工程序

由于两桥台基坑均位于东洋江中，钻孔桩位于江水中，因此需先施工草袋围堰、填筑钻孔桩作业台，再施工钻孔灌注桩，然后在钻孔桩作业平台上制作钢筋砼沉井，进行沉井下沉，沉井封底，凿除桩头，安装模板灌注承台钢筋砼等作业。

其施工流程为：施工草袋围堰一填筑钻孔桩平台一施工钻孔灌注桩一制作钢筋砼沉井一沉牛下沉一沉井封底一凿除桩头一安装模板灌注承台钢筋砼。

2.2.1草袋围堰施工

由于江中水较深，且河床淤积层较厚，因此围堰施工前先打入木桩用于定位和固定围堰，然后人工码砌草袋装土围堰，为保证围堰稳定和不漏水，围堰内外两侧均放坡码砌草袋，围堰中间填粘土夹层。围堰码砌从上游开始，于江岸边合拢，围堰顶面高出施工水位至少0．5 m。

围堰施工的一般规定:

1.围堰高度应高出施工期间可能出现的最高水位（包括浪高）0.5～0. 7m。 2.围堰外形一般有圆形、圆端形（上、下游为半圆形，中间为矩形）：矩形、带三角的矩形等。围堰外形直接影响堰体的受力情况，必须考虑堰体结构的承载力和稳定

第6页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

性。围堰外形还应考虑水域的水深，以及因围堰施工造成河流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷，对航道、导流的影响。

3.堰内平面尺寸应满足基础施工的需要。 4.围堰要求防水严密，减少渗漏。

5.堰体外坡面有受冲刷危险时，应在外坡面设置防冲刷设施。

2.2.2围堰施工安全技术保证措施

1、排水后，如发生渗漏，及时加设支撑，增强围堰的整体刚度，同时在渗缝外侧撒大量的木屑或谷糠，由水夹带自行堵塞。

2、围堰前联系气象、水文单位选择正常流速，无雨的白天进行，并向有关航运部门办好封锁航道的手续，并在上下游配置巡逻船只进行防护。 3、围堰时设置安全船并配救生衣，救生圈、救生绳等安全设备。 4、当六级以上大风时停止工作。

5、施工使用的各种船只，按航政部门规定设置航行标志，并配有救生消防及靠绑等设备。

6、所用船只均配置夜间照明设备。

7、当遇有雾天或暴雨使视线不清时，施工处均配备能产生强光、强声设备信号。 2.2.3桩基施工

在围堰内填筑土、小石块或土石混合料，顶面与围堰顶齐平，作为钻孔桩基的施工平台。在平台上测设出钻孔桩位，埋设钢护筒，安装钻机进行钻孔作业，成孔并经检查合格后，下钢筋笼到设计位置后将其固定，以保证钢筋笼不下掉、灌注砼提导管时不浮笼。然后再安放经试拼、试压合格的导管，灌注钻孔桩水下钢筋砼。

2.2.4施工依据及施工工艺：

①根据设计图纸及规范要求，严格把关，按设计规范规定施工，工程平面布局及定位必须按规划图纸严格执行。测量、定位、桩尖埋设必须正确无误。

图2-3 桩基 施工

第7页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

②工程桩施工前，必须先在地质钻探孔附近打试成桩，确定好桩架配重、压桩力、桩身强度，做好水泥级配、强度，钢材焊接试验、力学等。打试成桩时，质监、设计、建设单位应派员参加。以便确定该工程施工技术依据，控制标准。并作为试成桩记录，待各单位负责人员签证认可后施工。 ③打桩顺序见打桩施工顺序图。

④每台班应做砼试件壹组。并进行妥善保护。

⑤施工工艺：桩尖肩顶缠草绳→移架，使模管对准桩尖后进行双方校正→沉管（静压）→振打→静抬（或依据标高）→灌砼→投放钢筋笼→二次灌砼→激振拔管→停拔激振→如此循环主桩管自然离地→检查桩顶标高、质量→继续下道工序。

⑥施工钻孔时一定要达到设计深度，且施工前应做好取土，做好水泥、土配合比试件，达到设计要求方可施工。 ⑦严格把好水泥掺置配合比。

⑧钻孔搅拌必须达到二次以上，钻孔同时喷浆。达到设计要求停止喷浆。（回开后进行第二次钻孔、喷浆）。 ⑨严格掌握钻孔时间。

2.2.5沉井制作

桥台桩基砼灌注完成后，就可开始制作沉井，根据承台位置和尺寸在平台上测设沉井平面位置，本桥两台沉井采用钢筋砼结构，内径为8．25 m×8．3m(沉井净空较承台尺寸每侧大20 cm)，壁厚0．35m，高2．5 m，沉井壁底部设置钢刃角。制作时先安装沉井壁内侧模板，然后绑扎钢筋，再安装外侧模板，将模板加固后，灌注沉井钢筋砼。

2.2.6沉井下沉

抽水下沉沉井沉井砼经养护达到设计强度的80％ 时，开始开挖沉井内土体，此时江中水位标高为1．5 m左右，边开挖边抽水下沉沉井，但当围堰内水位降低了1．8m时，既有线台后路基下开始往外涌水，并有砂土流出，为防止涌水流砂引起既有线台后路基下沉，危及行车安全，决定立即停止抽水。抽水工作一停止，围堰内水位迅速上升。出现这种情况后，我们进行了认真的研究、分析：

图2-6 沉井下沉 施工

第8页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

一致认为由于既有线台后路基填料为渗水材料、河床粉砂层厚，透水性强，抽水时围堰内水位下降，内、外水位差产生较大水压力，围堰外的水在水压力作用下从围堰底粉砂层中流入围堰内，在水流的作用下，台后路基中的泥砂土随水流一起流走，可引起台后路基下沉。同时抽水一停止，围堰外的水会从河床底粉砂层中流回围堰内，导致围堰内水位迅速回升。因此不能采用排水下沉沉井的施工方法，决定采用不排水下沉法。

不排水下沉沉井不排水下沉法的原理就是维持沉井内水位在可使沉井底土体保持稳定的高度，利用高压水射出的高压水流分层冲刷沉井壁下粉砂层土体，使其形成一定稠度的泥砂浆液，然后使用吸泥机(水力或空气吸泥机)将泥浆吸出，利用排泥管将泥砂浆液排出沉井外，使沉井在自重作用下下沉至设计标高。

沉井接高由于在制作沉井时考虑采用排干沉井内水，挖除沉井内土体使沉井下沉的施工方法，沉井高度只有2．5 m，现改为不排水吸泥下沉法，沉井高度就满足不了承台基坑开挖要求，因为设计承台底标高为一4．0 m，较平台顶面低约6 m，再考虑沉井内封底砼厚度，沉井底应沉至一5．1 m左右，即沉井底较平台顶低约7．1 m，较水面低约6．5 m，考虑到围堰内水位降低1．5～1．7 m时，不会影响既有路基稳定。从开挖承台基坑的要求来看，原沉井高度2．5 m显然不够，需将沉井接高至5．0 m，才能基本满足开挖承台基坑的要求，同时增加沉井自重，有利于沉井下沉。

沉井内冲泥、吸泥将吸泥器放入沉井内粉砂层上，连接好冲刷管、供水管、排泥管，用吊机配合吊住排泥管管架，3～4人配合稳定、移动吸泥器。冲泥时先开通高压水，使高压水冲入沉井壁下进行冲刷，将泥砂冲散成泥砂浆液，然后利用水力吸泥机将泥浆吸出，从排泥管中排出。冲刷顺序为先沉井后四周，并沿刃脚留出土台，最后对称分层冲刷，尽量保持沉井受力均匀，不得冲空刃脚踏面下的土层。吸泥时，先从开始，及时移动吸泥器，将已冲散的泥浆排完，随着沉井内及沉井壁下的泥砂层被冲散、冲空、吸走排出井外，沉井也随之下沉。每冲空、吸走一层泥砂，沉井随之下沉一层，直至沉井下到所要求的位置。

沉井下沉过程中的观测和控制沉井在不排水吸泥下沉中，由于冲泥、吸泥均在水下进行，施工时水下冲泥吸泥的情况不明确，易使沉井受力不均，产生不均匀下沉，从而造成偏移，因此在下沉中要经常进行观测，发现偏移及时纠正保证沉井位置正确沉井标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横向十字中心控制线、并在附近稳固位置设置水准控制基点，经常用仪器观测以控制位置和标高。沉井垂直度的控制：在井壁上按4或8等分标出垂直轴线，定时用经纬仪检查轴线，发现偏移达5 cm，或四面标高不一致时及时纠偏，以保证沉井位置正确。

第9页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

2.2.7承台施工

沉井内封底砼达到设计强度后，用抽水机抽干沉井内积水，凿除封底砼浮渣及高出承台底部分的砼，凿除钻孔桩桩头砼，安装加固模板，绑扎钢筋，灌注承台砼。

在施工中，针对此桥所处的粉砂地层这一特殊地质情况，及时采用了不排水吸泥下沉沉井、水下砼封底等正确的施工方法，有效地保证了既有线路基稳定，保证了行车安全，也保证了工程施工质量和施工进度。取得了较好的社会效益和经济效益。此桥基础的施工方法在类似地质条件下值得借鉴和选用。

第10页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

第3章 高原冻土区桥梁基础施工技术

高寒冻土区桥梁施工的特殊性在于桥梁基础是埋设在或设置在多年冻土层内，冻土作为工程介质，和桥梁建筑中导热性高于地基土的基础和墩台进行综合热作用，改变了原有的地基冻土天然上限，形成新的地基温度场和新的综合热平衡体系，地基冻土的力学性质随着地基温度场的变化而变化。设计和施工的关键是设置于冻土中的各类基础，其次是低温环境下结构的选择和施工。应在深入了解冻土的地温、含冰量及岩性的基础上，充分领会设计意图和设计原则，在施工组织和设计中保持与设计原则的一致性，根据施工技术细则要求进行各个工序的的施工。

3.1设计原则和施工技术原则

桥梁工程的地基在使用期间处于冻结或融化状态是多年冻土区桥涵设计首先要确定的原则。根据地基冻土特征年平均地温、冻土含冰量及地基土的岩性，同时考虑建筑物稳定性的要求，桥梁地基可采用下列设计原则。

保护多年冻土的设计原则(保持冻结原则)：即保持桥梁建筑物的地基土在规定的使用期间内始终保持冻结状态。这一原则适用于多年冻土低温基本稳定区和低温稳定区。地基土除含土冰层外，各类冻土都可以按“冻结状态”原则设计，采用的基础结构和相应的施工方法、施工季节应尽可能遵循这一原则，减少对地基冻土的热侵入。

延缓多年冻土融化速度和破坏多年冻土的设计原则(“允许融化原则”)：允许桥梁地基在施工和试用期间融化、按融化状态的力学性质计算地基的强度和稳定。此原则适用于不稳定的多年冻土地区，地基土融沉性小，如少冰冻土、多冰冻土，含泥量小于10％～15％的粗颗粒土。

3.2 高原冻土区桥梁和涵洞主要基础类型的施工技术

明挖基础施工应采用爆破快速开挖，严禁拉槽式开挖。基坑开挖采用“基坑爆破一次成型，机械化快速开挖”工艺；按保护冻土原则设计的明挖基础应在寒季施工，暖季施工应注意热融防护和地表水、雨水防护。施工程序中遵循的总原则是尽量减少多余热量进入多年冻土从而影响其热稳定。基础基底应铺设保温层，防止浇筑混凝土引起基底热融。桩基工程施工改变了地基的热平衡条件、施工活动产生的各种热量一钻孔的摩擦热、回填料的热量、灌注桩混凝土的水化热等，使桩基地温场急剧变化，

第11页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

引起桩周地基土一定范围的升温及融化。经过一个阶段的热交换过程，地基土恢复冻结状态，回填料冻结，形成新的热平衡状态，称为回冻完成。回冻时间的长短对桩的设计与施工具有重要意义，它是确定桩基类型、桩的布置、施工方法和季节的重要依据。回冻过程影响因素有地基土的热物理特性、桩的类型及大小，钻孔方法及施工季节等。在相同的地基条件下，钻孔打人桩、钻孔插入桩、钻孔灌注桩施工中对地基输入热量依次增大，热作用的范围及地基土增温值依次增大，插入桩最大范围为55 an，而灌注桩为80 an，回冻时间依次加长，当桩在多年冻土中的年平均地温为一0．5℃ ～一1．0℃时，插入打人桩一般需要5 d～15 d完成回冻，而灌注桩则需要30 d～ 50 d。在暖季施工，回冻一般从桩尖开始逐步向上冻结，桩尖一般1 d-3 d出现负温，置桩后3 d～6 d热交换强烈，以后则渐趋缓和。根据地温观测结果判定地基回冻程度，决定承台和桥墩台开工时间，在相同的沉桩方式条件下地基冻土初温高回冻时间较长。对钻孔灌注桩回冻过程的研究不仅是确定桩形成承载力的重要依据，而且混凝土温度与地基土温度的变化规律是选择混凝土防冻措施和混凝土拌合料温度的依据。回冻时间既要使桩及时形成承载力，又要使混凝土水化过程所要求的正温时间足够。各种桩地基恢复冻结后由于基础和墩台的导热性高于地基土，桥梁建筑的综合热作用形成新的地基热场和冻土上限。桥梁地基的温度一般高于天然地温，上限加深。在确定地基平面布置和桩距时桩的热影响范围是重要的因素之一。钻孔灌注桩中心距不能小于4倍桩径。钻孔插入桩、打人桩的中心距不小于3倍桩径。施工方法和一般地区的钻孔灌注桩基本相同。在我国多年冻土地区公路铁路桥梁工程中已经采用。灌注混凝土在冻土中负温养生，严重降低混凝土的强度，已经研究成功的“负温混凝土”和“低温早强耐久混凝土”已被广泛使用。由于现浇混凝土水化热的影响使桩孔周围冻土升温或融化，致使回冻时间过长，地基年平均地温高于一1．0℃时需要采用人工冷却法缩短回冻时间。

3.3 施工组织原则

按桥梁地基设计原则要求组织施工，按地基土“保持冻结”原则设计时，尽量减少施工热扰动。基础施工前埋设地温观测设备，监测回冻过程，安排下一工序。根据地基的设计原则合理安排各种结构的工期。制定低温早强的配合比、外加剂及施工方法，拌合站的布置除考虑砂石料及工程用水外，还要保证搅拌合理的运送距离。钻孔、打桩等机具开工前先作工艺试验，掌握其在高原冻土中的性能。在了解桩基础所在多年冻土地温特征、含冰量特征的基础上，对设计意图和设计思想进行消化吸收，尤其对桩基础设计参数、承载力计算方法区别对待，以便根据桩基实验研究的初步结果确定不同冻土地温分区内的不同桩基回冻标准和回冻时间，有机地安排施工工序，合理

第12页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

地进行机械调配。

第13页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

第4章 双壁钢围堰基础施工技术

桥梁深水基础的修建，关键是如何克服深水的影响。因为深水环境不仅对它产生许多直接影响，还对其设计理论和施工技术都会提出一些特殊问题。从近代的沉井、沉箱技术措施，到现代的桩基础、管柱基础、钢板桩围堰技术的应用，再到当代的双承台钢管桩基础，甚至设置基础等，核心问题都是如何去克服因深水而带来的一系列问题。然而随着科学技术的发展，解决深水施工的技术措施亦得到迅速地提高和发展。

桥梁基础双壁钢围堰施工技术就是深水施工中的一种新技术。双壁钢围堰是一个带有单斜面刃脚的圆形双壁全焊水密钢结构圆筒，有自浮力，有强度更高的双壁钢壳，圆筒的内、外壁形成的空间称之钢壳。内、外壁由钢板围焊而成，圆筒上、下均不设底板或盖板，钢壳下口以环形单斜面刃脚封闭，钢壳上口敞开，以方便施工时往钢壳内灌注混凝土或注水。

图4 水中墩双壁钢围堰基础施工

4.1 双壁钢围堰施工技术有着明显的优势

有强度更高的双壁钢壳，可受更大的围堰内外水位差；施工时，在围堰混凝土封底以前的工序简单；抽水藏渡洪均唪受施工水位，任何季节都能施工；双壁钢围堰施工基本上不受墩位处水深的，若配合使用空气幕下沉工艺，还可将围堰下沉到更深的覆盖层内。即双壁钢围堰能在深水、厚覆盖层的条件下采用；双壁钢圈堰完全下沉就位后，不仅可作为钻孔桩基础的施工辅助设施，也可作为大面积承载的直接基础；在同一座桥上，在不同地质条件情况下，也可以用相同的施工方法修建深水基础。这不仅有利干设备的利用，还能重复使用双壁钢围堰的上部，可充分发挥材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。这也是为什么双壁钢匿堰技术这些年来运用越来越多的主要原因。

4.2闺内应用状况

双壁钢围堰的施工方法，仍以浮运施工和缆索吊机吊运施工最为常见，尤其是浮

第14页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

运法施工。双壁钢围堰的截面形式已不仅仅局限于圆形，像武汉军山长江大桥已使用异型双壁钢围堰和矩形双壁钢围堰。湖北省军山长江公路大桥主桥为48 m +204 m+460 m+204+48 m的五跨连续双塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥。由于桥面很宽，对于索塔基础的设计方案，若按常规设计，钢围堰的直径将达到44 m。为了减小钢围堰的规模，方便施工，节省造价，同时又能保证索塔造型的美观，设计首次创造性地提出了异形钢围堰结构。即在圆形钢围堰上焊接两个簸箕形构造，如图l所示。该结构在承台施工高水位差(围堰内外设计水位差为22 m)的情况下为圆形结构受力，这样就充分发挥了圆形钢围堰结构受力条件好的特点。同时，双壁钢围堰的使用方法有了新的变化，已不局限于先将双壁钢围堰下沉就位 封底混凝土，接着施工钻孔桩，最后再抽水施工桩基承台这一传统施工工艺了。现在有些做法已改成先施l工钻孔桩，用钻孔桩的钢护筒，作为双壁钢围堰定位下l祝白{l导向、支撑装置， 厨再做混凝土封底、抽水施工桩摹承台。杭州下沙大桥即是如此。该桥的钢围堰平面尺寸为25．82 taxi3．6 m，壁厚(钢壳厚)1．5 m。双壁钢围堰外型尺寸双壁钢围堰同其它基础施工方法和工艺相结合，优势互补，也是桥梁基础施工的一个重大突破。

4.3双壁钢围堰施工的优势

是深水、岩石河床，并且河床覆盖层薄，这样。围堰易趋于稳定，辅助措施少、费用低。高压旋喷桩结合钢围堰施工承台的优点，一是施工简便，止水效果好、加固地基稳定，一次成形，未出现涌砂、穿底、漏水等意外问题，避免了为解决围堰下沉困难而采取的其它措施。并且桩体、围堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底。排水后干处挖土，工效高、 速度快，井壁不用支撑。同时。施工对环境不产生污染、无噪音。二是进度快，多工序平行作业。有效缩短施工工期。该桥原方案钢围堰需下沉人土6 m，围堰下沉占用工期时间90 d，再水中混凝土封底、钻孔桩施工，接着干法施工承台。而旋喷桩方案围堰仅下沉人土1．5 m，旋喷桩施工同主墩桩基施工同步，缩短工期60 d。三是成本低，效益明显。旋喷桩方案减少一节4．4 m高钢围堰下沉(人土)及水下混凝土封底的费用，可节约成本7O万元，高压旋喷成本3O万元，两项相抵，还节省4O万元。此外，还可节约了原钢围堰下沉过程中处理涌砂、漏水等问题产生的费用。因此，只要我们因地制宜，广开思路，双壁钢围堰再结合其它的地基基础处理方法会有新的收获。

4.4 国外应用状况

在国外，越来越多的施工业者采用双壁钢围堰来建设深水桥梁基础、长度较短的

第15页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

码头和其他水中结构物的施工。现在的双壁钢围堰的高度累计可达25 m，宽度可达30 m，甚至更多。使用的类型有两种，一是我们国内普遍采用的即上述介绍的用钢板围焊的双壁钢围堰， 只是使用比较少而已；另一种是钢板桩双壁钢围堰，即将打入水中平行的两列钢板桩进行横向以及纵向连接和锁定，并在两层之间的间隙填人砂石或其他合适的材料就成了双壁钢围堰。钢板桩双壁钢围堰作为双壁钢围堰的一种类型在欧洲和美洲，以及亚洲的日本和中国的地区应用最为广泛。如位于美国加利福尼亚州的海峡大桥(Carquinez StraitBridge)采用了在陆地上预先制作双壁钢围堰，然后采用驳船浮运就位来施工桥墩基础。该双壁钢围堰就是上述的第一种类型。

第16页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

第5章 结论与展望

5.1结论

桥梁的地基与基础的设计和施工质量对整个桥梁结构的质量和正常使用起着巨大的影响。基础工程是隐蔽工程，如由缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个桥梁结构的使用甚至安全。基础工程的施工进度，常常控制着整个桥梁工程的施工进度。下部工程的造价，通常在整个桥梁造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条什下或深水条件下修建桥梁基础更是如此。阅此，对桥梁基础工程必须做到精心设计、精心施工。 5.2展望

随着社会的进步和发展，桥梁基础施工技术水平不断提高，不论是在规模和结构上的扩大与复杂，还是在施工环境中的影响与多变，都对其设计和施工提出了很高的要求，并给工程增加了相当的难度。在这个压力下，桥梁基础施工技术能较快适应国际竞争新环境，就会进步的更快更好。

第17页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

参考文献

[1] 刘自明．桥粱深水基础[M]．北京：人民交通出版社，2003． [2] 饯冬生．科学地对待桥渡和桥粱[M]．北京：中国铁道出版社。2003．

[3] 王传鹏．高压旋喷桩配合双壁钢围堰施工深水承台的实践[J]华东公路，2002，13 [4] 张世奎．涌潮区深水大桥主墩钢围堰的施工工艺[J]．桥梁建设，2003，153 (6)． [5] 杨文渊,徐D. 桥梁施工工程师手册[ M ].北京:人民交通出版社, 1997.

[6] 江正荣. 建筑施工工程师手册(第2 版)[ M ].北京:中国建筑工业出版社,2002. [7] 交通部第一公路工程总公司. 公路施工手册(桥涵) [M].北京:人民交通出版

社,1999.

第18页

河北交通职业技术学院毕业设计（论文）

致谢

本论文是在导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢老师的指导，宿舍姐妹们的帮助以及实习单位各位领导和同事的关心、支持和帮助。

第19页