3.3.1 桥梁基础施工
基础是桥梁结构物的重要组成部分,起着支承桥跨结构,保持体系稳定,把上部结构、墩台自重及车辆荷载传递给地基的重要作用。基础的施工质量直接决定着桥梁的强度、刚度、稳定性、耐久性和安全度。
3.3.1.1 明挖地基与基底处理
1.基坑开挖
(1)无水地基开挖。
一般小桥梁基础基坑开挖采用人力施工方法;大、中桥基础的基坑大而深,挖方量大,可采用机械或半机械施工方法。
①为避免地面水冲塌坑壁,在基坑顶缘适当距离设截水沟。坑顶边应留护道,有弃土或静荷载的护道宽度不小于0.5m,有动荷载的护道宽度不小于1.0m。
②应避免超挖。若超挖,应将松动部分清除,其处理方案应报监理、设计单位批准。
③挖至标高的土质基坑不得长期暴露、扰动或浸泡,并应及时检查基坑尺寸、高程、基底承载力,符合要求后,应立即进行基础施工。
④每天开挖前及开挖过程中,应检查基坑或管沟的支撑及边坡情况。如发现异常(裂缝、疏松、支撑折断等),应立即采取防范、补救和加固措施。
⑤开挖深度超过2m的,必须在边沿处设立两道护身栏。夜间施工必须有充足的灯光照明。
⑥挖大孔径桩及扩底桩施工前,必须按规定采取防止掉物、塌壁等安全防护措施。
⑦基坑施工不可延续时间过长,自基坑开挖至基础完成,应连续施工。
(2)有水地基开挖。
若地基的渗水量太大,超过了排水能力,或基坑土质不好,采用抽水开挖基坑时将会产生涌砂或涌泥现象,此时宜采取有水开挖的方法。
常用的有水开挖方法有如下3种。
①水力吸泥机方法。此法适用于砂类土及砾卵石类土,不受水深限制,其出土效率可随水压和水量的增加而提高。
②空气吸泥机方法。此法适用于水深5m以上的砂类土或夹有少量碎卵石的基坑,浅水基坑不宜采用。在黏土层使用时,应与射水配合进行,以破坏黏土结构。吸泥时应同时向基坑内注水,使基坑内水位高于地下水水位约1m,以防止流沙或涌泥。
③挖掘机方法。此法适用于各种土质,但开挖时要注意基坑边坡的稳定,可采用反铲挖掘和吊机配抓泥斗挖掘,一般工效很高。
2.基坑排水
基坑坑底多位于地下水位以下,随着基坑的下挖,渗水将不断涌进基坑,为保持基坑的干燥,便于基坑挖土和基础的砌筑与养护,施工过程中必须采取必要的排水措施。目前,常用的基坑排水方法有集水井排水法和井点降水法两种。
(1)集水井排水法。
基坑较浅,土体较稳定或土层渗水量不大时可用集水井排水法。集水井排水施工时,应在基坑内基础范围外坑角或每隔30~40m设置集水井,且应设置在河流上游方向。井间挖排水沟,使基坑渗水通过排水明沟汇集于集水井内,然后用水泵抽出,将水位降至坑底以下。
集水井可用竹篾、编筐或木笼围护,坑底宜铺设30cm左右厚度的滤料(碎石、粗砂),以防止泥沙堵塞吸水龙头。集水井应随挖土逐层加深,挖至设计标高后,井底应低于基坑底1~2m。抽水时应有专人负责维护集水沟和集水坑,使其不淤、不堵,能不停地将水排出。集水井排水法的抽水设备有潜水泥浆泵、活塞泵、离心泵或隔膜泵等,排水能力宜为总渗水量的1.5~2.0倍。
(2)井点降水法。
井点降水法适用于粉细砂、地下水位较高、有承压水、挖基较深、坑壁不稳定的土质基坑。选择井点类别时,应按照土壤的渗透系数、要求降低水位深度以及工程特点而定。
井点布置根据基坑平面尺寸、土质和地下水的流向,以及降低水位深度的要求而定。当降水深度不超过6m时,可采用单排线状或环形井点布置,井点管应距基坑壁1.5~2.0m。当降水深度超过6m时,应采用二级井点降水。
井管可根据土质分别用射水、冲击、旋转及水压钻机成孔。降水曲线应深入基底设计标高以下0.5m。井管埋设时,当井点管管端设有射水用的球阀时,可直接利用井点管水冲埋设。
井点管埋设完毕,应接通总管与抽水设备进行试抽水,检查有无漏水、漏气,出水是否正常、有无淤塞等现象。如发现异常情况,应及时检修好后方可投入使用。
井点管使用时,应保证连续不断地抽水,并准备双电源,按照正常出水规律操作。抽水时需要经常观测真空度以判断井点系统工作是否正常。真空度一般应不低于55.3~66.7kPa,并检查观测井中水位下降情况。如果有较多井点管发生堵塞,影响降水效果时,应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。
基础工程施工完毕且基坑已回填土后,方可拆除井点系统。井点管所留井孔必须用砂砾或者黏土填实。
采用井点降水法进行基坑排水时,施工中应做好地面、周边建(构)筑物沉降及坑壁稳定的观测,必要时应采取防护措施。
3.不同基底处理
(1)多年冻土地基的处理。
①基础不应置于季节冻融土层上,并不得直接与冻土接触。
②基础的基底修筑于多年冻土层(即永冻土)上时,基底之上应设置隔温层或保温层材料,且铺筑宽度应在基础外缘加宽1m。
③按保持冻结原则设计的明挖基础,其多年平均地温不低于-3℃时,应于冬期施工;多年平均地温低于-3℃时,可在其他季节施工,但应避开高温季节。
④施工前做好充分准备,组织快速施工。做好的基础应立即回填封闭,不宜间歇。必须间歇时,应以草袋、棉絮等加以覆盖,防止热量侵入。
⑤施工过程中,严禁地表水流入基坑。明水应在距坑顶10m之外修排水沟,引于远离坑顶处排放,并及时排除季节冻层内的地下水和冻土本身的融化水。
⑥施工时,必须搭设遮阳棚和防雨篷。
(2)岩层基底的处理。
①风化的岩层,应挖至满足地基承载力要求或其他方面的要求为止。
②在未风化的岩层上修建基础前,应先将淤泥、苔藓、松动的石块清除干净,并洗净岩石。
③坚硬的倾斜岩层,应将岩层面凿平。倾斜度较大,无法凿平时,则应凿成多级台阶。台阶的宽度宜不小于0.3m。
(3)溶洞地基的处理。
①影响基底稳定的溶洞,不得堵塞溶洞水路。
②干溶洞可用砂砾石、碎石、干砌片或浆砌片石及灰土等回填密实。
③基底干溶洞较大,回填处理有困难时,可采用桩基处理,桩基应进行设计,并经有关单位批准。
(4)泉眼地基的处理。
①可将有螺口的钢管紧紧打入泉眼,盖上螺帽并拧紧,阻止泉水流出:或向泉眼内压注速凝的水泥砂浆,再打入木塞堵眼。
②堵眼有困难时,可采用管子塞入泉眼将水引流至集水坑排出,或在基底下设盲沟引流至集水坑排出。待基础砌体完成后,向盲沟压注水泥浆堵塞。采用引流排水时,应注意防止砂土流失。
③不论采用何种方法处理泉眼,都不应使基底泡水。
4.基坑回填
当墩、台施工完毕后,即可对基坑进行回填,基坑回填应符合下列要求:
①基坑回填时,其结构的混凝土强度应不低于设计强度的70%。
②在覆土线以下的结构必须通过隐蔽工程验收。
③基坑内积水需抽除,淤泥及杂物须清除干净。
④回填须采用含水量适中的粉质黏土或砂质黏土。
填土应分层铺筑,分层夯实或压实,每层松铺厚度一般为30cm,在墩、台结构物两侧同时回填,同步上升。若基坑为道路路基,则应按道路施工的要求进行。
桥台填土一般应在梁体结构安装完成后进行,若施工安排确须提前,应对填土高度和上升速度加以限制,并加强对台身位移的观察。在台身或挡土墙设有泄水孔部位,应按设计要求做泄水过滤层,严禁卡车直接在台后卸土或推土机推土,以免台背发生前倾或位移。
设有支撑的基坑,在回填土时,应随土方填筑高度分次由下往上拆除,严禁采取一次拆除后填土作业。
3.3.1.2 桩基础施工
当建筑物荷载较大,地基上部土层软弱,浅埋扩大基础不能满足安全、稳定与变形要求时,常采用桩基础。目前,我国桥梁工程中常用的是沉入桩施工和灌注桩施工。
1.沉入桩施工
(1)锤击沉桩施工。
开锤前应检查桩锤、桩帽或送桩与桩的中心轴线是否一致。在松软土中沉桩,将桩锤放在桩顶上时,为防止下沉量过大,应先不解开钢丝绳,待安好桩锤再慢慢放长吊锤和吊桩的钢丝绳,使桩均匀缓慢地向土中沉入。同时,还要继续检查桩锤、桩帽或送桩的中心是否同桩的中心轴线一致,桩的方向有无变动,随时进行改正。经检查无误后即可进行锤击。
锤击沉桩的施工方法包括由一端自另一端顺序打桩、由中间向两端打桩、由两端向中间打桩和分段打桩。
由一端向另一端顺序打桩便于施工,应用较多。一般当桩数不多、间距较大、土不太密实、桩锤较重时,可采用此顺序打桩。
由中间向两端打桩可避免因中部土壤被挤紧而造成打桩困难的现象。一般在基坑较小,土质密实,桩多、间距小的情况下可采用此顺序打桩。
由两端向中间打桩可使土质越挤越紧,增加土的摩擦阻力,充分发挥摩擦桩的作用,适用于较松软的土中打摩擦桩。
分段打桩可解决后打桩不易打入的问题,且土壤挤出也比较均匀,可在基坑较大、柱数较多的情况下采用。
(2)射水沉桩施工。
①下沉空心桩时,一般用单管内射水。当桩下沉较深或土层较密实时,可用锤击或振动配合射水。下沉有困难时,如在砂质土层中,可再加外射水,以减小桩周的摩阻力,加快沉桩进度。
②下沉实心桩时,将射水管对称安装在桩的两侧,并能沿着桩身上下自由移动,以便在任何高度上冲土。当在流水中沉桩或下沉斜桩时,应将水管固定于桩身上。
③射水沉桩机配合锤击,沉桩具有施工快、效率高、不易打坏桩的优点,但射水沉桩不适用于承受水平推力及上拔的锚固桩或离建筑物较近的桩,也不适用于沉斜桩。
④射水沉桩施工时,在沉入最后阶段1~5m至设计标高时,应停止射水,单用锤击或振动沉入至设计深度。
⑤射水沉桩施工应尽可能用清水,以免堵塞射水嘴。输水管路应尽量减少弯曲,保证输水顺畅。为了排除管内积水,管路应不小于0.2%的纵坡。射水沉桩施工设备主要有水泵和射水管。
⑥为了减水射水压力的损失,应尽可能将水泵设在沉桩地点附近。在河流中,可将水泵设在船上。
⑦内射水的射水管长度L应为:
式中,L1为桩长,从桩尖至桩顶;L2为射水嘴伸出桩尖外的长度,一般为15~20 cm;L3为射水管高出桩顶以上的高度(包括弯管)。
⑧射水管的直径根据水压和水量决定。
⑨不同土壤、不同深度和不同断面的桩,所需水压、水量、射水管的数量和直径等可参照规定选用。
(3)振动沉桩施工。
振动沉桩法具有沉桩速度快、施工操作简易安全且能辅助拔桩的优点,适用于松软的或塑态的黏质土或饱和砂类土层中,对于密实的黏性土、风化岩、砾石效果较差。基桩入土深度小于15m时,单用振动沉桩即可,除此情况外,宜采用射水配合振动沉桩。如果采用有桩架的振动沉桩机,则振桩机机座、桩帽应连接牢固,桩机和桩中心轴线应尽量保持在同一直线上。振动沉桩的其他要求同锤击沉桩。
用振动打桩机作振动沉桩时,多用起重机、吊振拔机,此时应注意下列几点。
①起重机宜用滑轮机械式的起重机,不可用液压式的起重机,以防止起重机因振动漏油,影响起重机的使用。
②用振拔机时应将桩身吊直,如为钢板桩则应一侧入榫后再振动。如为振沉护筒时,则应将护筒采用双层井字架固定,护筒必须垂直下沉,在护筒与振拔机之间应用刚性的锥式桩帽连接,连接必须牢固。在振动过程中,应经常检查连接部位的螺栓是否有松动现象,如有松动应及时拧紧。
③沉桩工作应一气呵成,不可中途停留过久,以免桩周围土壤阻力恢复,继续下沉困难。
(4)静力压桩施工。
静力压桩施工现场应先平整,并根据现场条件确定压桩机压桩顺序,尽量减少压桩机行走距离。压桩机的安装与拆卸应根据厂方产品说明书的规定执行。
吊装前应清理桩身,并检查桩身有无明显碰损处,以免影响夹持下压。吊桩进入压桩机夹具后,应对准桩位。开始压桩时,应以较低的压力徐徐压入,待无异常情况后,再开始正常工作。
压桩过程中,应防止一根桩压入时中断工作,以免间歇后桩阻力增大。采用接桩时应尽量缩短接桩时间,以减少压桩阻力。压桩过程中应严格控制桩身与地面的垂直度,不允许倾斜压入。如需接送桩时,应保证送桩的中心轴线与桩身的中心轴线上下一致。压桩过程中,还应随时注意桩下沉有无变化,如有水平方向位移时,则桩尖可能遇到障碍,应将桩拔出,清除障碍或与设计单位研究后再进行施工。
(5)桩的复打。
假极限土中的桩、射水下沉的桩、有上浮的桩均应复打,桩的复打应达到最终贯入度且不大于停打贯入度。桩穿过砂类土,复打间隔时间应符合下列要求。
①桩尖位于大块碎石类土、紧密的砂类土或坚硬的黏性土里,间隔时间不得少于1昼夜。
②桩尖位于粗中砂和不饱和的粉细砂里,间隔时间不得少于3昼夜。
③桩尖位于黏性土和饱和的粉细砂里,间隔时间不得少于6昼夜。
2.钻孔灌注桩施工
(1)钻孔施工。
①场地准备。为安装钻架,进行钻孔施工,施工前应平整场地。对于旱地,应清除杂物,平整场地;遇软土应进行处理;在浅水中,宜用筑岛法施工;在深水中,宜搭设平台,如水流平稳,钻机可设在船上,但船必须锚固稳定。
施工现场应设置桩基轴线定位点和水准点,定出每根桩的位置,并做好标志,制浆池、储浆池、沉淀池宜设在桥的下游,也可设在船上或平台上。
②埋设护筒。钻孔前应埋设护筒,护筒具有固定桩位、作钻孔向导、防止孔口土层坍塌、隔离孔内外表层水等作用,因此,要求护筒坚固耐用、不易变形、不漏水、能重复使用。护筒可用钢或混凝土制作,当使用旋转钻时,护筒内径应比钻头直径大20cm;使用冲击钻时,护筒内径应比钻头直径大40cm。
③制备泥浆。在砂类土、碎石土或黏土砂土夹层中钻孔应用泥浆护壁。泥浆宜选用优质黏土、膨润土或符合环保要求的材料制备,其性能指标可参照规定选用。
④安装钻机或钻架。钻架是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架。在钻孔过程中,成孔中心必须对准桩位中心,钻机(架)必须保持平稳,不发生位移、倾斜和沉陷。钻机(架)安装就位时,应详细测量,底座应用枕木垫实塞紧,顶端应用缆风绳固定平稳,并在钻进过程中经常检查。
⑤钻孔施工。钻孔施工时,孔内水位宜高出护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5~2m。钻头的起落速度应均匀,不得过猛或骤然变速。孔内出土,不得堆积在钻孔周围。且钻孔应一次成孔,不得中途停顿。钻孔达到设计深度后,应对孔位、孔径、孔深和孔形等进行检查。
(2)清孔施工。
钻孔达到设计标高后,应对孔径、孔深进行检查,确认合格后即进行清孔。进行清孔的目的是清除钻渣与孔底沉淀层,以减少桩基的沉降量,提高承载能力,同时为灌注混凝土创造良好条件,确保桩基质量。
清孔施工方法包括换浆清孔法、抽浆清孔法、掏渣清孔法、喷射清孔法和砂浆置换清孔法等,应根据设计要求、钻孔方法、机具设备条件和地层情况决定。
①换浆清孔法是在完成钻孔深度后,提升钻锥至距孔底钻渣面0.1~0.3 m,以大泵量泵入符合清孔后性能指标的新泥浆,维持正循环4h以上,直到清除孔底沉渣、减薄孔壁泥皮、泥浆性能指标符合要求为止。换浆清孔法进度较慢,适用于正循环回转钻孔。对于大直径深孔可改用抽浆清孔法。
②抽浆清孔法是在反循环回转钻孔完成后,即停止钻具回转,将钻锥提离孔底钻渣面10~30cm,维持泥浆的反循环,并向孔中注入清水。应经常测量孔底沉渣厚度和孔中泥浆性能指标,满足要求后立即停止清孔。抽浆清孔法适用于各种钻孔。
③掏渣清孔法是用抽渣筒、大锅锥或冲抓锥清掏孔粗钻渣,掏渣前可投入1~2袋水泥,再以冲锥冲成钻渣和水泥的混合物,提高掏渣工效。掏渣清孔法只能掏取粗粒钻渣,不能降低泥浆相对密度,只能作为初步清孔,适用于机动锥钻孔、冲抓钻孔和冲击钻孔。
④喷射清孔法是在灌注水下混凝土前,对孔底进行高压射水或射风数分钟,使孔底剩余少量沉淀物漂浮后,立即灌注水下混凝土。喷射清孔法采用射水(风)的压力应大于池孔底水(泥浆)压力0.5MPa,射水(风)时间为3~5min。喷射清孔法只适宜配合换浆法或抽浆法使用。
⑤砂浆置换清孔法是利用掏渣筒尽量清除钻渣,以高压水管插入孔底射水,降低泥浆相对密度,在孔底灌注特殊砂浆(以粉煤灰与水泥加水拌和并掺入缓凝剂),插入比孔径稍小的搅拌器,慢速旋转,将孔底残渣搅入砂浆中,吊出搅拌器,吊入钢筋骨架,灌注水下混凝土,搅入残渣的砂浆被混凝土置换后,一直被顶托在混凝土面以上而被推倒桩顶后,再予以清除。砂浆置换清孔法适用于掏渣清孔后使用。
(3)钢筋笼吊放。
混凝土灌注桩钢筋笼容易发生变形。如何能加快安放速度并防止钢筋笼变形是钢筋笼吊放工作的关键性问题。钢筋笼的吊装应符合下列规定。
①钢筋笼宜整体吊装入孔。分段入孔时,上下两段应保持顺直。
②应在骨架外侧设置控制保护层厚度的垫层,其间距竖向宜为2m,径向圆周不得少于4处。钢筋笼入孔后,应牢固定位。
③在骨架上应设置吊环。为防止骨架起吊变形,可采取临时加固措施,入孔时拆除。
④钢筋笼吊放入孔应对中、慢放,防止碰撞孔壁。下放时应随时观察孔内水位变化,发现异常应立即停放,检查原因。
(4)水下混凝土灌注。
灌注水下混凝土之前,应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉渣厚度,如超过规定,应进行第二次清孔,符合要求后方可灌注水下混凝土。
水下混凝土灌注多采用导管法,用于灌注水下混凝土的导管内壁应光滑圆顺,直径宜为20~30cm,节长宜为2m;导管不得漏水,使用前应试拼、试压,试压的压力宜为孔底静水压力的1.5倍;导管轴线偏差不宜超过孔深的0.5%,且不宜大于10cm;导管采用法兰盘接头宜加锥形活套;采用螺旋丝扣型接头时必须有防止松脱装置。
导管法灌注水下混凝土,应先将导管居中插入到距离孔底0.30~0.40m,导管上口接漏斗或储料斗,为隔绝混凝土与导管内水的接触,应在接口处设隔水栓。待储料斗中存备足够数量的混凝土后,放开隔水栓使储料斗中存备的混凝土连同隔水栓向孔底猛落,将导管内水挤出,混凝土沿导管下落至孔底堆积,并使导管埋在混凝土内,此后向导管连接处灌注混凝土。导管下口埋入孔内混凝土中1~1.5m深,以保证钻孔内的水不能重新流入导管。随着混凝土不断灌入,钻孔内初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆不断被顶托升高,相应地不断提升导管和拆除导管,直至混凝土灌注完毕。
(5)后压浆施工。
钻孔灌注桩后压浆施工是在已施工完成的钻孔桩桩底和柱侧进行压浆,其目的是清除桩底软弱垫层(沉渣),改善桩土界面的工况,提高单桩承载力。后压浆施工可分为桩底压浆与桩侧压浆。
桩底压浆是指将高压水泥浆送进预埋的压浆管,并通过压浆管底部的单向阀(逆止阀)对土层产生渗入、劈裂作用向桩底一定范围的土体中注入水泥,同时还有一部分浆液从桩底沿桩土界面向上渗流扩展到桩底以上10~20m,甚至更高的范围。
桩侧压浆则是将高压水泥浆送入预先设置在钢筋笼外侧的带单向阀的加筋PVC管或黑铁管,根据土层、桩长情况在管上设几个压浆断面;浆液从管上的浆孔喷出,对桩周土产生挤密、渗入作用,同时顺着桩土界面向上和向下渗透,在桩土界面处形成一道水泥浆与土的胶结层,使桩与土的接触面及桩周土的摩阻得到改善和提高。
3.挖孔灌注桩施工
挖孔灌注桩多用人工开挖和小型爆破,配合小型机具成孔,灌注混凝土形成桩基。其特点是设备投入少,成本低,成孔后可直观检查孔内土质状况,基桩质量有可靠保证。适用于无水或极少水的较密实的各类土层,桩径不小于1.2m,孔深不宜大于15m。
(1)开挖桩孔。
开挖桩孔一般采用人工开挖,根据土壁保持直立的状态的能力分为若干个施工段,一般以0.8~1.2m为一个施工段,挖土过程中要随时检查桩孔尺寸和平面位置,防止误差。
挖土由人工从上到下逐段用镐、锹进行,遇坚硬土层用锤、钎破碎。同一段内挖土次序为先中间后周边。扩底部分采取先挖桩身圆柱体,再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。孔深超过10m时,应经常检查孔内二氧化碳浓度,若超过0.3%应采取通风措施。孔内如用爆破施工,应采用浅眼爆破法,且在炮眼附近要加强支护,以防止震坍孔壁。桩孔较深,应采用电引爆,爆破后应通风排烟。经检查,孔内无毒后施工人员方可下孔。应根据孔内渗水情况,做好孔内排水工作。
(2)护壁和支承。
人工挖孔过程中,为保证施工安全,应根据地质、水文条件、材料来源等情况因地制宜选择现浇混凝土护圈、喷射混凝土护圈、钢套管护圈等支承和护壁方法。现浇混凝土护圈适用于桩孔较深、土质相对较差、出水量较大或遇流砂等情况。必要时,也可配制少量钢筋或架立钢筋网,架立钢筋网后可直接锚喷砂浆形成护圈代替现浇混凝土护圈。钢套管护圈适用于地下水丰富的强透水地层或承压水地层,可避免产生流沙和管涌现象,能确保施工安全。
对于土质松散而渗水量不大的情况,可考虑用木料作框架式支承或在木框后面作木板支承。木框架或木框架与木板间应用扒钉钉牢,木板后面用土面塞紧。对于土质尚好,渗水不大的情况也可用荆条、竹笆作护壁,随挖随护壁,以保证挖孔施工的安全进行。
(3)灌注桩身混凝土。
挖孔到达设计深度后即可灌注桩身混凝土。灌注桩身混凝土前,应先清除孔壁、孔底的浮土,并进行钢筋筑架的吊装,排除孔底积水。
桩身混凝土应连续分层灌注,每层灌注高度不得超过1.5m,用串筒或导管下料,垂直灌入桩孔,避免混凝土斜向冲击孔壁。若需要灌注水下混凝土时,应参照钻孔灌注桩水下混凝土灌注施工的相关内容。
3.3.1.3 沉井基础施工
沉井基础是利用其自重,在地基挖掘过程中一边下沉一边接高的下口尖形的井状结构物,下沉到预定标高后,进行封底。构筑井内地板、梁、楼板、内隔墙、顶盖板等构件最终形成一个地下建筑物或建筑物基础,它是重要的基础形式之一。在施工过程中,它可充当挡水和护壁结构物,方便施工;在施工结束后,它又充当基础,桥梁墩台可建造其上。
1.沉井制作
(1)平整场地。
①沉井位于浅水或可能被水淹没的岸滩上时,宜就地筑岛制作。在地下水位较低的岸滩,若土质较好时,可开挖基坑制作沉井。
②在岸滩上或筑岛制作沉井,要先将场地平整夯实,以免在灌注沉井过程中和拆除支垫时,发生不均匀沉陷。若场地土质松软,应加铺一层30~50cm厚的砂层,必要时,应挖去原有松软土层,然后铺以砂层。当石渣、漂卵石等取材方便时,常不挖除松软土壤,可直接回填夯实,以便施工。
③沉井在制作至下沉过程中位于无被水淹没可能的岸滩上时,如地基承载力满足设计要求,可就地整平夯实制作;如地基承载力不够,应采取加固措施。
④沉井可在基坑中灌注,但应防止基坑为暴雨所淹没,并做好防洪措施。在总的进度安排中,应抓住枯水期的有利季节。
⑤运输线路,风、水管路,电力线的铺设以及混凝土厂起吊设备的布置等,均应事先详细计划,妥善安设,以免干扰沉井施工作业。
(2)沉井分节。
沉井的分节制作高度应能保证其稳定性,又有适当重力便于顺利下沉。底节沉井的最小高度应能抵抗拆除垫木或挖除土模时的竖向挠曲强度,一般每节高度不宜小于3m。
(3)铺设承垫木。
铺设承垫木时,应用水平尺进行找平,要使刃脚在同一水平面上,承垫木下应用0.3~0.5m厚的砂垫层填实,高差不应大于3cm;相邻两块承垫木高差不应大于0.5cm。
承垫木顶面应与刃脚底面紧贴,使沉井重力均匀分布于各垫木上。承垫木可单根或几根编成一组铺设,组与组之间应留0.2~0.3m的空隙,以便能顺利地将承垫木抽出。
为便于抽除刃脚的承垫木,还需设置一定数量的定位垫木,使沉井最后有对称的着力点。确定定位垫木位置时,以沉井井壁在抽除承垫木时,所产生的跨中与支点的正负弯矩的绝对值相接近为原则。圆形沉井的定位垫木一般对称设置在互成90°的四个支点上。方形沉井的定位垫木设置在4个角上。矩形沉井的定位垫木一般设置在两长边,每边设2个,当沉井长边l与短边b之比在1.5~2之间时,两个定位支点间的距离为0.7lm;当l/b≥2时,定位支点间的距离则为0.6lm。
(4)模板及其拆除。
现场多采用整体拼装式井孔模板。钢制模板具有强度大、周转次数多等优点。
沉井的非承重的侧模在混凝土强度达到设计强度的50%时便可拆除:刃脚下的侧模,在混凝土强度达到设计强度的75%时方可拆除。当混凝土强度达设计强度的100%时,沉井方可下沉。
(5)施工缝处理。
当沉井结构较高时,必须设置施工缝。沉井井壁的水平施工缝,不得留在底板凹槽或凸榫或沟、洞处,距离应不小于20~30cm。同时,沉井井壁及框架均不宜设置竖向施工缝。
施工缝有平缝、凸或凹式施工缝和钢板止水施工缝。
(6)沉井制作。
沉井制作一般有旱地制作、人工筑岛制作和在基坑中制作三种方法,可根据不同情况采用,使用较多的是在基坑中制作沉井。
在基坑中制作沉井,基坑应比沉井宽2~3m,四周设排水沟、集水井,使地下水位降至比基坑底面低0.5m,挖出的土方在周围筑堤挡水,要求护堤宽度不小于2m。
①模板支设。井壁模板采用钢组合式定型模板或木定型模板组装而成。采用木模时,外模朝混凝土的一面应刨光,内外模均采取竖向分节支设,每节高1.5~2.0m,用φ12~16对拉螺栓拉槽钢圈固定。对于有抗渗要求的沉井,应在螺栓中间设止水板。第一节沉井井筒壁周长应大于设计尺寸10~15mm,第二节相应缩小一些,以减少下沉摩阻力。对于大型沉井,可采用滑模方法制作。
②钢筋安装。沉井钢筋可用吊车进行垂直吊装就位,或在沉井预先绑扎钢筋骨架或网片,用吊车进行大块安装。对于竖筋可一次绑好,而水平筋则应采用分段绑扎,与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接方法,接头错开1/4。沉井内壁隔墙可与井壁同时浇筑,也可以在井壁与内壁隔墙连接部位预留插筋,待下沉完毕后,再进行隔墙施工。
③混凝土浇筑。沉井混凝土浇筑时,应沿沉井周围搭设脚手架平台,混凝土应沿着井壁四周对称进行浇筑,以避免混凝土面高低相差悬殊、压力不均产生基底不均匀沉陷,致使沉井混凝土开裂。每节沉井的混凝土应分层、均匀灌注,一次连接灌完。
④混凝土养护。一般情况下,混凝土灌注完成10~12h后,即应进行遮盖洒水养护。但在炎热天气,混凝土灌注1~2h后应进行遮盖洒水养护,以防烈日暴晒。洒水时应掌握好水量,防止筑岛土流失坍塌,造成沉井混凝土开裂。
当昼夜间最低气温低于-3℃或室外平均气温低于+5℃时即应按冬期施工措施进行混凝土浇筑与养护。第一节沉井井筒混凝土强度必须达到100%设计强度,其余各节达到70%后,方可停止保暖养护。
当混凝土强度达2.5MPa即可在顶面凿毛,以便顶部再接混凝土时增加接缝强度。
⑤模板拆除。混凝土强度达到25%时可拆除侧模,混凝土强度达75%时方可拆除刃脚模板。拆除模板按以下要求进行。
a.拆除隔墙及刃脚下支撑时,应对称依次进行,一般宜从隔墙中部向两边拆除。
b.拆除时先挖去垫木下的砂,抽出支撑排架下的垫木,或当支撑排架顶面(或底面)设置有楔形木时,可打掉楔木,再拆除支撑。
c.拆模后,下沉抽垫木前,仍应将刃脚下回填密实,以防止不均匀沉陷,保证正位下沉,这对于后期施工非常重要。
2.沉井下沉
(1)排水开挖下沉。
在渗水量小、土质稳定的地层中宜采用排水开挖下沉。排水开挖下沉常用人工或风动工具开挖。在井内用小型反铲挖土机开挖,在地面用抓斗挖土机分层开挖。排水开挖下沉施工时,挖土方法视土质情况而定。
对于一般土层,应从中间开始逐渐挖向四周,每层挖土层0.4~0.5m,在刃脚处留1~1.5m台阶,然后沿沉井井壁每2~3m一段,向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地开挖土层,每次挖去5~10cm,当土层经不住刃脚的挤压而破裂,沉井便在自重作用下均匀破土下沉。
对于坚硬土层,当刃脚内侧土台挖平后仍下沉很少或不下沉,可从中部向下挖深40~50cm,并继续向四周均匀扩挖,使沉井平稳下沉,当土垅挖至沉井仍不下沉或下沉不平稳时,则须按平面布置分段的次序逐段对称地将刃脚下挖空,并挖出刃脚外壁的10cm,每段挖完用小卵石填塞夯实,待全部挖空回填后,再分层去掉回填的小卵石,可使沉井均匀减少承压而平衡下沉。
对于岩层,应先按次序挖去风化或软质岩层,一般采用风镐或风铲即可。如采用爆破方法除土下沉时要经有关部门批准,并严格控制药量。软硬的岩层可按顺序打眼爆破进行开挖,开挖时,可用斜炮眼,斜度大致与刃脚内侧平面平行,伸出刃脚15~20cm,使开挖宽度超过刃脚5~10cm,开挖深度宜为40cm左右。采用松动方式进行爆破,炮孔深度1.3m,以1m×1m梅花形交错排列,使炮孔伸出刃脚口外15~30cm,以使开挖宽度超出刃脚口5~10cm,下沉时,顺刃脚分段顺序,每次挖1m宽即进行回填,如此逐段进行,至全部回填后,再去除土堆,使沉井平稳下沉。
(2)不排水开挖下沉。
不排水开挖下沉适用于大量涌水、翻砂、土质不稳定的土层。不排水开挖下沉常采用抓斗挖土法和水枪冲土法进行开挖。采用抓斗挖土方法时,应用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土,逐渐使井底形成锅底状。
对于砂或砾石类土层,一般当井底比刃脚低1~1.5m时,沉井即可靠自重下沉,刃脚下的土即被挤向中央,若使沉井即可继续下沉则只需从井孔继续进行抓土。在黏质土或紧密土中刃脚下的土不易向中央坍塌,则应配以射水管松土。
多井孔的沉井最好每个井孔配置一套抓土设备,可同时均匀挖土,并减少抓斗倒孔时间,否则应逐孔轮流抓土,使沉井均匀下沉。
采用水枪冲土下沉方法时,水枪冲土系统主要包括高压水泵、供水管路、水枪等。高压水沿供水管路输送到水枪,在水枪喷嘴处形成一股高速射流,冲击工作面土层,并破坏其结构,形成混渣浆。同时,由空气吸泥机将泥渣浆排到地面,以完成沉井挖土任务。施工时,应使高压水枪冲入井底的泥浆量和渗入的水量与水力吸泥机吸出的泥浆量保持平衡。
(3)射水下沉。
射水下沉是抓斗挖土和水枪冲土两种方法的辅助方法,一般应辅以高压射水松动及冲散土层以便抓吸土。施工时,需用预先设在沉井外壁的水枪,借助高压水冲刷土层,使沉井下沉。
(4)泥浆润滑下沉。
泥浆润滑下沉沉井是在沉井外壁周围与土层间设置泥浆隔离层,以减少土壤与井壁的摩阻力使沉井下沉。
3.沉井接高
当底节沉井顶面下沉至离土面较近时,其上可接筑第二节沉井。
沉井接高应符合下列规定。
①沉井接高前应调平。接高时应停止除土作业。
②接高时,井顶露出水面不得小于150cm,露出地面不得小于50cm。
③接高时应均匀加载,可在刃脚下回填或支垫,防止沉井在接高加载时突然下沉或倾斜。
④接高时应清理混凝土界面,并用水湿润。
⑤接高后的各节沉井中轴线应一致。
4.沉井封底
沉井下沉至设计标高后应清理、平整基底,经检验符合设计要求后,应及时封底。
(1)排水封底。
刃脚四周用黏土或水泥砂浆封堵后,井内无渗水时,可在基底无水的情况下浇筑封底混凝土,浇筑时应尽可能将混凝土挤入刃脚下面。混凝土顶面的流动坡度宜控制在1∶5以下。
(2)不排水封底。
封底在不排水情况下进行,用导管法灌注水下混凝土,若灌注面积大,可用多根导管同时依次浇筑。导管底端埋入封底混凝土的深度不宜小于0.8。在封底混凝土上抽水时,混凝土强度不得小于10MPa,硬化时间不得小于3d。
3.3.1.4 地下连续墙基础施工
1.导墙施工
导墙又称导向槽或护井,用泥浆护壁挖槽的地下连续墙应先构筑导墙。
导墙的材料、平面位置、形式、埋置深度、墙体厚度、顶面高程应符合设计要求。当设计无要求时,应符合下列规定。
①导墙宜采用钢筋混凝土构筑,混凝土等级不宜低于C20。
②导墙的平面轴线应与地下连续墙平行,两导墙的内侧间距宜比地下连续墙体厚度大40~60mm。
③导墙断面形式应根据土质情况确定,可采用板形或倒形。
④导墙底端埋入土体内深度宜大于1m。基底土层应夯实。导墙顶端应高出地下水位,墙后填土应与墙顶齐平,导墙顶面应水平,内墙面应竖直。
⑤导墙支撑间距宜为1~1.5m。
混凝土导墙施工应符合下列规定:
①导墙分段现浇时,段落划分应与地下连续墙划分的节段错开。
②安装预制导墙段时,必须保证连接处质量,防止渗漏。
③混凝土导墙在浇筑及养护期间,重型机械、车辆不得在附近作业、行驶。
2.成槽
地下连续墙的成槽施工,应根据地质条件和施工条件选用挖槽机械,并采用间隔式开挖,一般地质条件应间隔一个单元槽段。挖槽时,抓头中心平面应与导墙中心平面吻合。
挖槽过程中观察槽壁变形、垂直度、泥浆液面高度,并应控制抓斗上下运行速度。如发现较严重坍塌时,应及时将机械设备提出,分析原因,妥善处理。
3.清底
槽段挖至设计高程后,应及时检查槽位、槽深、槽宽和垂直度,合格后方可进行清底。
清底应自底部抽吸并及时补浆,沉淀物淤积厚度不得大于100mm。
当用正循环成槽时,则将钻头提离槽底200mm左右进行空转,中速压入相对密度1.05~1.10的稀泥浆把槽内悬浮渣及稠泥浆置换出来。
当采用自成泥浆成槽,终槽后,可使钻头空转不进尺,同时射水,待排出泥浆相对密度降到1.1即为合格。
4.接头
地下连续墙接头施工应符合下列要求。
(1)锁口管应能承受灌注混凝土时的侧压力,且不得产生位移。
(2)安放锁口管时应紧贴槽端,垂直、缓慢下放,不得碰撞槽壁和强行入槽。锁口管应沉入槽底300~500mm。
(3)锁口管灌注混凝土2~3h后进行第一次起拔,以后应每30min提升一次,每次提升50~100mm,直至终凝后全部拔出。
(4)后继段开挖后,应对前槽段竖向接头进行清刷,清除附着土渣、泥浆等物。
5.钢筋骨架吊装
(1)吊放钢筋骨架时,必须将钢筋骨架中心对准单元节段的中心,准确放入槽内,不得使骨架发生摆动和变形。
(2)全部钢筋骨架入槽后,应固定在导墙上,顶端高度应符合设计要求。
(3)当钢筋骨架不能顺利地插入槽内时,应查明原因,排除障碍后,重新放入,不得强行压入槽内。
(4)钢筋骨架分节沉入时,下节钢筋笼应临时固定在导墙上,上下节主筋应对正、焊接牢固,并经检查合格后方可继续下沉。
6.防水混凝土浇筑
地下连续墙防水混凝土浇筑是在泥浆下进行的,多采用直升导管法。沿槽孔长度方向设置数根铅垂导管(输料管),从地面向数根导管同时灌入搅拌好的混凝土,混凝土自导管底口排出,自动摊开,并由槽孔底部逐渐上升,不断把泥浆顶出槽孔,直至混凝土灌满槽孔。
7.拔出接头管
待混凝土浇筑后强度达到0.20MPa(一般在混凝土浇筑后3~5h,视气温而定)开始提拔接头管,提拔接头管可用液压顶升架或起重机。开始拔管时每隔20~30min拔一次,每次上拔高度300~1000mm,上拔速度应与混凝土浇筑速度、混凝土强度增长速度相适应,一般为2~4m/h,应在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出。接头管拔出后,要将半圆形混凝土表面黏附的水泥浆和胶凝物等残渣除去,否则接头处止水性差。