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把公路桥梁自重以及作用于公路桥梁上的各种荷载传至地基的建筑物。
桥梁基础有多种分类方法。例如,按埋置深度可分为深基础和浅基础;按所在位置可分为旱地基础和水中基础;按施工方法可分为明挖基础、桩基础、沉井基础、管柱基础、气压沉箱基础等。
明挖基础在基坑中用石料或混凝土直接在天然地基上或人工地基上砌筑成的基础,又称直接基础。这种基础的埋置深度至少应低于天然地面或河床底面1米,在有洪水冲刷处或在冻胀土中应埋置在洪水冲刷线和冻结线以下的规定深度。明挖基础的施工方法简单,一般是先开挖基坑,而后砌筑基础。较深的基坑应分层挖成阶梯形。有地面水时则采用围堰或采取改河等办法施工。基坑内的水一般用水泵排出,特殊情况可用井点法降低水位,或用冻结法阻止水渗入基坑。在地基坚实处,在整平地基后即可进行基础砌筑;在地基软弱处,可用砂垫层、砂桩、纤维排水带等方法加固地基;在岩石地基处,应清除风化岩石;在基岩裸露受到冲刷处,可将基础嵌入基岩中或采用锚固措施稳定基础。较厚的基础应分层砌筑,每层缩进的距离应满足基础对刚性角的规定要求。
桩基础由设在地基中的长柱形杆件(桩)组成的基础。桩基础可在土质差、洪水冲刷严重、持力层较深的地基上修筑。这种基础修筑工程开挖土方少,施工进度快,用料省,成为常用的一种深基础类型。
桩基础由桩和承台组成。单排的桩在桩顶用盖梁联结的称为单排桩基础。在多根桩的顶部用刚性承台板联结的称为群桩基础或多排桩基础。大直径桩也可单根作成基础,称为墩式基础。承台高出地面时称为高承台桩基础,低于地面的则称为低承台桩基础。
桩基础主要应用钢筋混凝土桩、钢桩(管形、 H形等)和木桩。钢筋混凝土桩按施工方法的不同,可有打入桩与钻孔灌注桩两种。此外,在打入的钢管桩中灌注混凝土,并加夯实的弗兰基桩应用也较广泛。近年来,日本还用由锁口相联接的钢管作成单墙式或双墙式钢管桩基础。不用钢管,用泥浆护壁钻孔,成孔后插入钢筋笼,灌注水下混凝土,也可筑成钢筋混凝土桩。这种钻孔灌注桩施工法在中国应用很普遍。
沉井基础运用挖除无底的箱形结构物(沉井)内部土、石的方法,使沉井逐渐沉达持力层而建成的桥梁基础。沉井基础可在各类土质的地基上修筑。但如地基中含有较多漂石或有老桥基础等障碍物时,沉井下沉较难。遇有倾斜岩面时,要整平沉井基底也是十分困难的。沉井到达一定标高后,从其底面向下钻孔设钻孔灌注桩所建的基础称为混合式沉井。
沉井由井壁、刃脚、隔墙、封底、填心和顶盖等组成。此外,为了射水下沉,有的沉井在井壁中预设射水管道和射水嘴。当沉井顶面沉至水面以下时,在沉井顶部还需设置临时防水墙,以便进行墩台的砌筑工作。井壁是沉井的本体,它有一定的厚度和重量,以便沉井在重力作用下下沉。刃脚是井壁的底部,一般比井壁稍薄,常用角钢镶面加强,以利沉井切入土、石中。在中国,曾用四周刃脚高程不同的沉井,以适应倾斜的基岩表面。隔墙设在沉井内部,以加强沉井的刚度,并可将沉井划分为若干个取土井孔。通过在不同的井孔中挖土可调节沉井在不同方向的下沉,从而避免发生沉井的倾斜。在沉井到达设计标高后,对沉井底部灌注水下混凝土进行封底,然后将水抽干并浇注贫混凝土填心,再在沉井上部安置顶盖。
沉井的平面形状有矩形、圆形和圆端形等几种;内部有单孔、单排孔和多排孔之分。竖直剖面一般为竖直柱形,有的为阶梯形。沉井一般用钢筋混凝土制作,也可用混凝土或浆砌块石制作。近十余年来,用水泥钢丝网制作的沉井发展起来,其井壁较薄,便于制造浮运。此外,用钢木制作的沉井,在特殊情况下也可使用。
沉井的施工有筑岛法和浮运法两种。筑岛法是在基础的设计位置用围堰方法筑成岛,在岛上预制沉井的底节,然后就地下沉,并逐节砌筑接高,最后拆除土岛。这个方法适用于水深小于 5米而且流速不大的地方。浮运法是在岸上制成带有浮运底板的沉井,由滑道溜放下水后,用拖船浮运就位下沉,并逐节接高。这种方法适用于流速不大而水深超过 5~10米或潮水涨落大的地方。用浮运法施工的沉井也可制成双层的中空井壁,以获得必要的浮力,下沉时可在中空井壁内注水。还可在沉井内设置钢质气筒,利用打入气筒内的压缩空气提供浮力。设底板的沉井在沉达河底时须拆除底板。
管柱基础用大直径的钢筋混凝土管桩(管柱)修建的基础。管柱最下一节带有坚强的管靴,可以切入基岩,用机具凿岩成孔后插入钢筋骨架和灌注混凝土,能使管柱同基岩联在一起。
中国常用的管柱直径有 1.55、3.0、3.6和5.8米等四种,每节长度视运输机具、起吊能力和结构上的要求确定。各节管柱之间用法兰盘连接。预制方法有立式和卧式两种,也可制成预应力的。
管柱采用振动方法下沉,也可用振动-吸泥、振动-射水等方法。管柱下沉时应有导向围囹,以保证下沉位置和方向的正确。钢质围囹在岸边拼装后浮运到墩位处下沉。管柱施工完成后,应在围囹外面插打钢板桩作成围堰,然后吸除围堰内的土,并浇灌混凝土封底。在抽干围堰内的水后建筑承台座板将多根管柱在顶部联成一体,就形成管柱基础。大直径管柱可直接承托桥墩,不用承台座板和围堰。
振动下沉管柱所需的振动力和管柱直径、沉入深度、施工方法和地质条件等有关。一般要求振动力大于被振沉系统(振动机、管柱、管柱帽)重量1.3~1.5倍。
气压沉箱基础有密闭顶盖的沉井称为沉箱。应用沉箱,并借助高压空气将箱内(沉箱工作室)的水排出箱外,以便工人进入工作室内挖土,使沉箱逐渐下沉到设计标高,用这种方法修建的基础称为沉箱基础。这种方法最早应用于1851年,它的应用促进了当时深水桥墩的建设。
沉箱内的气压应保持在进入箱内挖土的工人所能耐受的水平上。然而,沉箱内的气压是需要随着沉箱下沉深度的增加而增加的,所以沉箱下沉深度应有一定的限制,一般下沉的最大深度为水下35米。这种方法的施工设备复杂,费用高,劳动条件差,工人易发生高压病、氮气麻醉病和减压病等沉箱病,已很少应用。
参考书目
交通部科学研究院等合编:《公路桥梁钻孔桩》上、下册,人民交通出版社,北京,1978。
把公路桥梁自重以及作用于公路桥梁上的各种荷载传至地基的建筑物。
桥梁基础有多种分类方法:
1.按埋置深度可分为深基础和浅基础;
2.按所在位置可分为旱地基础和水中基础;
3.按施工方法可分为明挖基础、桩基础、沉井基础、管柱基础、气压沉箱基础等。2100433B
这个用语言描述较为繁琐,还是图表更清晰直观。下图是现行交通运输行业标准JTG B01-2014《公路工程技术标准》6.0.2的规定:下图是现行交通运输行业标准JTG D60-2015 《公路桥涵设计通...
这个用语言描述较为繁琐,还是图表更清晰直观。下图是现行交通运输行业标准JTG B01-2014《公路工程技术标准》6.0.2的规定:下图是现行交通运输行业标准JTG D60-2015 《公路桥涵设计通...
旋喷桩在公路桥梁基础处理中的应用
旋喷桩技术作为一种适用范围广、质量可靠的技术在公路工程中得到广泛应用.软土地基加固作为公路工程施工过程中的重要组成部分,对公路工程施工的进度和造价方面有着重要的影响.基于此,文章结合某工程实例,对该桥梁基础采用旋喷桩技术的施工工艺和施工方法进行了分析,实践证明,采用此施工工艺,桥梁基础质量得到了有效保障,收到了良好的经济效益和社会效益.希望可以提供一个有效的借鉴.
下列选项中,不属于桥梁基础的是( )。
A.刚性基础
B.桩基础
C.管柱
D.墩柱
【正确答案】 D
【答案解析】 本题考查的是桥梁基础分类。 桥梁基础分为:刚性基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙等。参见教材P91。
桥梁基础的作用是承受上部结构传来的全部荷载,并把它们和下部结构荷载传递给地基。因此,为了全桥的安全和正常使用,要求地基和基础要有足够的强度、刚度和整体稳定性,使其不产生过大的水平变位或不均匀沉降。
与一般建筑物基础相比,桥梁基础埋置较深,其原因是:①由于作用在基础上的荷载集中而强大,加之浅层土一般比较松软,很难承受住这种荷载,故有必要把基础向下延伸,使置于承载力较高的地基上;②对于水中墩台基础,由于河床受到水流的冲刷,桥梁基础必须有足够的埋深,以防冲刷基础底面(简称基底)而造成桥梁沉陷或倾覆事故。一般规定桥梁的明挖、沉井、沉箱等基础的基底按其重要性和维修加固难易,应埋置在河床最低冲刷线以下至少2~5米。对于冻胀土地基,基底应在冻结线以下至少0.25米。对于陆地墩台基础,除考虑地基冻胀要求外,还要考虑生物和人类活动及其他自然因素对表土的破坏,基底应在地面以下不小于1.0米。对于城市桥梁,常把基础顶置于最低水位或地面以下,以免影响市容。基顶平面尺寸应较墩台底的截面尺寸大,以利施工。
在水中修建基础,不仅场地狭窄,施工不便,还经常遇到汛期威胁及漂流物的撞击。在施工过程中如遇到水下障碍,还需进行潜水作业。因此,修建水中基础,一般工期长,技术复杂,易出事故,工程量大,造价常常占到整个桥梁造价的一半,故桥梁基础的修建,在整个桥梁工程中占有很重要的地位。
按构造和施工方法不同,桥梁基础类型可分为:明挖基础、桩基础、沉井基础、沉箱基础和管柱基础。
也称扩大基础,系由块石或混凝土砌筑而成的大块实体基础,其埋置深度可较其他类型基础浅,故为浅基础。它的构造简单,由于所用材料不能承受较大的拉应力,故基础的厚、宽比要足够大,使之形成所谓刚性基础,受力时不致产生挠曲变形。为了节省材料,这类基础的立面往往砌成台阶形,平面将根据墩台截面形状而采用矩形、圆形、T形或多边形等。 建造这种基础多用明挖基坑的方法施工。在陆地开挖基坑,将视基坑深浅、土质好坏和地下水位高低等因素,来判断是否采用坑壁支持结构──衬板或板桩。在水中开挖则应先筑围堰。
明挖基础适用于浅层土较坚实,且水流冲刷不严重的浅水地区。由于它的构造简单,埋深浅,施工容易,加上可以就地取材,故造价低廉,广泛用于中小桥涵及旱桥。中国赵州桥就是在亚粘土地基上采用了这种桥基。
由许多根打入或沉入土中的桩和连接桩顶的承台所构成的基础。外力通过承台分配到各桩头,再通过桩身及桩端把力传递到周围土及桩端深层土中,故属于深基础。
桩基础适用于土质深厚处。在所有深基础中,它的结构最轻,施工机械化程度较高,施工进度较快,是一种较经济的基础结构。有些桥梁基础要承受较大的水平力,如桥墩基础要承受来自左右方向的水平荷载,其桩基多采用双向斜桩;而一些梁式桥的桥台主要承受来自一侧的土压力,多采用单向斜桩。如桩径很大,像常用的大直径钻孔桩,具有相当大的刚度,则可不加斜桩而做成垂直桩基。
桥梁基础多置于水中,故要求桩材不仅强度高,而且要耐腐蚀。在桥梁中常用的桩材为木材、钢筋混凝土和钢材。由于木材长度有限,强度和耐腐蚀性较低,故木桩多用于中小桥梁,且桩顶必须埋在低水位以下,才能长期保存。钢筋混凝土桩的强度和耐久性均较木桩为优,多用于较大或重要桥梁,但当遇到含盐量较高的水文地质条件,也有腐蚀问题,应采取防护措施。中国在1908~1912年修建津浦(天津—浦口)铁路洛口黄河桥时,其基础就采用了外接圆直径为50厘米的正五边形钢筋混凝土预制桩,桩长15~17米。自50年代以后,曾广泛采用工厂预制的钢筋混凝土空心的管桩、桩外径多为40和55厘米,如1953~1954年在武汉修建的汉水铁路桥和公路桥,以及60年代修建的南京长江桥引桥的大部分基础均采用这种桩基。此外,钢筋混凝土钻孔灌注桩(也称钻孔桩),近几十年在世界范围内发展很快,如1972年在中国山东北镇建成的黄河公路桥,采用直径1.5米、最大入土深达107米的钢筋混凝土钻孔桩;70年代末在阿根廷建成跨巴拉那河的两座斜张桥,全部采用直径达2.0米,最大入土深达73米的钢筋混凝土钻孔桩。至于钢桩主要是钢管桩及H形钢桩,其强度甚高,在土中穿透能力强,在工业发达国家使用较多,在中国有少数桥梁(如上海黄浦江桥)也使用过。
是一种古老而且常见的深基础类型,它的刚性大,稳定性好,与桩基相比,在荷载作用下变位甚微,具有较好的抗震性能,尤其适用于对基础承载力要求较高,对基础变位敏感的桥梁。如大跨度悬索桥、拱桥、连续梁桥等。
在桥梁工程中主要指气压沉箱基础。它主要用于大型桥梁,当水下土层中有障碍物而沉井无法下沉,桩无法穿透时;或地基为不平整的基岩且风化严重,需要人员直接检验或处理时,常采用沉箱基础。但沉箱工程需要复杂的施工设备,人在高气压下工作,既不安全,效率也低,其水下下沉深度也受到一定限制,故现今一般较少采用 。
是主要用于桥梁的一种深基础,管柱外形类似管桩,其区别在于:管柱一般直径较大,最下端一节制成开口状,在一般情况下,靠专门设备强迫振动或扭动,并辅以管内排土而下沉,如落于基岩,可以通过凿岩使锚固于岩盘;而管桩直径一般较小,桩尖制成闭合端,常用打桩机具打入土中,一般较难通过硬层或障碍,更不能锚固于基岩。大型管柱的外形又类似圆形沉井,但沉井主要是靠自重下沉,其壁较厚,而管柱是靠外力强迫下沉,其壁较薄。
管柱基础适用于较复杂的水文地质条件,尤其在某些特殊条件下,更能显示其广泛适应性。如中国武汉长江桥桥址的水文地质条件为:持力层在水面之下深达40米而洪水期长达8个月,显然对气压沉箱不利;河床覆盖层很浅,不能用管桩基础;基岩表面不平,在同一墩位处高差达5~6米,也不能用沉井基础。在此情况下,以管柱基础最为适宜,它不受水深限制,且下端可锚固于岩盘,无需较厚的覆盖层维持柱体稳定,而基础是由分散的柱体支承于岩面,故岩面不平也易于处理。
桥梁基础除了上述几种类型外,还可根据不同地质和水文条件而采用一些组合型基础结构。如中国杭州钱塘江桥正桥7~15号墩基础,是在沉箱下接木桩;南京长江桥正桥2号和3号墩,则是钢沉井套预应力混凝土管柱基础。