橋梁樁基施工研究

羅維

摘 要：橋梁以樁基支持結(jié)構(gòu)的方式，早在中國漢朝即有記錄。由于技術(shù)的進步，樁基材料的選用，由天然的木材進步到合成材料；樁基施工的方式，由純?nèi)肆粨暨M化到利用各種打樁機及鉆掘機來完成樁基的施作。對于地下工程而言，從地層成因、取樣試驗、結(jié)構(gòu)設(shè)計直至現(xiàn)場施工，每個過程均有許多的不確定性，且完成后的成品檢驗大多屬于非破壞性檢驗，不易獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)強度，因此不論是設(shè)計規(guī)范或是技術(shù)叢書對于地下結(jié)構(gòu)物的設(shè)計，大多以經(jīng)驗公式配合較大的安全系數(shù)來確保結(jié)構(gòu)的安全。而樁基的結(jié)構(gòu)行為，基本上是研究樁體與土壤間的互制行為，除考慮土層的力學(xué)特性、施工方式造成的應(yīng)力折減及地震時的動態(tài)參數(shù)等，配合承載結(jié)構(gòu)的荷重，設(shè)計出適合的樁基尺寸。而于海中、河道上等屬水中樁基施工工程，設(shè)計上除了上述需配合較大的安全系數(shù)以確保結(jié)構(gòu)安全外，施工上另需考慮與其他工項接口的配合與動線的整體規(guī)劃；基本上于水中樁基施工時承載搖管機上舉力等施工活載重與機具靜載重有回填土方及施工構(gòu)臺兩種工法。

關(guān)鍵詞：橋梁 樁基 施工 研究

中圖分類號：U445 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0068-02

以某水中基礎(chǔ)為例，因考量孔壁不崩坍、地下水位過高、上層地質(zhì)軟弱、施工空間所限等因素，在設(shè)計時即采用全套管樁基，以確保樁基及整個橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，以下將全套管樁基施工做簡單介紹：樁基是為工程界經(jīng)常采用的基礎(chǔ)形式之一，主要功用在于利用樁體與土壤間的互制力支持結(jié)構(gòu)體或?qū)⒑芍亟?jīng)由樁身穿過軟弱的地層而傳遞至承載層，以達到結(jié)構(gòu)安全的目的，部分樁基也可能為承受水平或上浮力而打設(shè)，或為避免沖刷影響而打設(shè)（橋梁）。基于經(jīng)濟性及設(shè)備操作簡易性的優(yōu)勢，國內(nèi)鉆掘式樁基普遍使用反循環(huán)樁基施工。其缺點包含：樁基垂直精度無法有效控制、樁基質(zhì)量不穩(wěn)定（坍孔）及穩(wěn)定液善后處理的環(huán)保問題。

后全套管樁基工最大特色是在樁基孔開挖過程中，同時將鋼制套管壓入土層內(nèi)，除借以保護孔壁不崩坍外，另可借由調(diào)整鋼套管來控制樁孔開挖的精度，除施工質(zhì)量穩(wěn)定外，無穩(wěn)定液善后處理問題。

1 全套管的施作原理

全套管樁基施工乃利用油壓靜態(tài)的方式將套管扭轉(zhuǎn)壓入土層中，借以保護孔壁避免坍塌，再利用旋鉆機鉆掘或用吊車配合抓斗取出管內(nèi)土石，反復(fù)壓入套管并持續(xù)挖掘或抓取土石，達到設(shè)計所要的深度后，清除樁底淤泥再予吊放鋼筋籠，使用特密管灌漿并將套管分段取出，直至混凝土澆注達到樁頭預(yù)定高程，完成樁體施筑[1]，具有低噪聲、低震動及低污染的特性，適合使用于各類工程的樁基礎(chǔ)施作。

2 施工所需作業(yè)空間

全套管樁基工法所需平面作業(yè)空間，從搖管機至吊車位置，約為直徑20m內(nèi)，因此在水中施工時若圍堰寬度不足，尚需考慮打設(shè)構(gòu)臺或其他方式以滿足作業(yè)平面空間；高度部分若無限高等特殊區(qū)域，考慮鋼筋籠、套管等高度，一般吊車標(biāo)準(zhǔn)高度約為27m，若有特殊限高其高度應(yīng)在9.5m以上。

3 圍堰填土工法

利用土石等材料于液體周邊填筑一高于液面的結(jié)構(gòu)，以防止或減低物體的進出。圍堰用途非局限于水利工程類別。利用現(xiàn)在的玄武巖及珊瑚礁在潮間帶以人工堆棧筑成的捕魚石墻，作為一種海中捕魚陷阱，以防止或減低捕獲的魚只逃出。一般而言，圍堰施作的時機，多與水中施工有關(guān)，而圍堰的目的，即在構(gòu)筑一臨時性的截水墻，以較低滲透性的材料（如土石堰）減低滲流量，或利用貫入的壁體（如鋼板樁）增加開挖區(qū)的水力坡度。而對工程用途而言，水中施工常因動線、機具、進度與安全性等綜合考量，而因地制宜采用圍堰或棧橋方式施作。圍堰的施作方式也由傳統(tǒng)的人工堆棧方式改為機械堆石或打樁機打樁方式施作，圍堰材料更擴展至土石、鋼板樁、消波塊、沉箱等，讓設(shè)計者有不同的選擇。

目前圍堰工法與材料可有多種選擇，相對的結(jié)構(gòu)行為也呈現(xiàn)多種不同組合，以土石為材料而成的圍堰，多以重力式結(jié)構(gòu)設(shè)計；以鋼板樁方式施作，則以主被動土壓力計算結(jié)果，配合擋土支撐設(shè)計，相關(guān)論述多以施工技術(shù)角度探討[2]，以沉箱工法施作的圍堰，圍堰施筑完成，僅能阻絕或減低堰內(nèi)液體滲流速率，并未改變堰內(nèi)的工程條件。故仍須考慮堰內(nèi)水中施工的問題，圍堰填土即為解決堰內(nèi)水中施工的一種概念，工程師欲利用土石容易取得的特點，將堰內(nèi)的積水以機具抽排至堰外，再將具有承載能力的土石填筑于足夠抵抗側(cè)潰的堰內(nèi)，形成一種優(yōu)良的施工空間，此即于圍堰中填土的目的[3]。

3.1 圍堰填土的施作

圍堰內(nèi)填土可利用開挖后較適合土方，或于河中利用抽砂方式回填，唯回填時須將水位保持于回填面下，以保持土方的干燥，于面層再鋪設(shè)碎石級配等較堅硬的承載層[4]，因主要運輸?shù)缆方允褂檬┕け銟颍虼隧毻咨埔?guī)劃施工順序與施工動線[5]。

3.2 圍堰填土的應(yīng)用

圍堰乃利用土石等材料于液體周邊填筑一高于液面的結(jié)構(gòu)，以防止或減低物體的進出，其概念廣泛應(yīng)用于漁撈、養(yǎng)殖業(yè)乃至工程界[6]。工程實務(wù)上對于圍堰的應(yīng)用多于河海工程，施作方式則以本研究所討論的填土與構(gòu)臺方式為主要模式；圍堰填土工法為利用土石或其他材料作為區(qū)隔兩側(cè)的堰堤，以填筑土石料后獲得固定且具有承載能力的施工空間。

4 施工構(gòu)臺工法

4.1 設(shè)置構(gòu)臺的目的

圍堰中設(shè)置構(gòu)臺的主要目的在于形成一種優(yōu)良的施工空間，作為后續(xù)水中施工的機具架設(shè)與材料運輸?shù)膱龅豙7]。

4.2 施工構(gòu)臺的形式與結(jié)構(gòu)行為

施工構(gòu)臺為一臨時性結(jié)構(gòu)，乃利用鋼材的勁度，組合成一鋼接模式的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)行為與深開挖的擋土設(shè)施相似，其應(yīng)力-應(yīng)變分析，實為結(jié)構(gòu)與土壤互制行為的模擬，以前多以假設(shè)支點法進行分析，隨著地下工程的興建，相關(guān)的研究與實務(wù)經(jīng)驗累積，逐漸以計算機程序分析取代人工計算模式[8]，近年來常用的開挖軟件有RIDO、TORSA、SAP2000等。

5 結(jié)語

施工構(gòu)臺的施作步驟，基本上與施工便橋相同，依樁基施工時所需最大承載力，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，設(shè)計選用出立柱材料、貫入深度及其他縱梁、橫梁的材料，并依設(shè)計尺寸、跨距施工；與便橋最大差異為除提供運輸?shù)缆吠猓┕?gòu)臺必須再考慮施工時的各項載重，因此所需荷重比便橋大得多，材料與尺寸相對也較大，又需足夠的空間放置機具，通常為一整個平面結(jié)構(gòu)，而一般便橋?qū)挾葍H為6～8m。

參考文獻

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