公路橋梁基礎設計與施工技術分析

李燕華、范見榮

（1.撫州贛東公路設計院有限公司，江西 撫州344000；2.江西軼通建設工程有限公司，江西 撫州344000）

0 引言

在公路橋梁項目中，橋梁基礎設計方案與施工技術管理對于工程項目施工有著重要影響。根據現有工程項目的經驗可以發現，橋梁基礎設計方案應考慮地區的實際情況，在嚴格遵守工程項目設計規范的基礎上，進一步完善設計流程，這樣才能最大限度上消除質量缺陷，為提升公路橋梁性能奠定基礎。

1 公路橋梁基礎設計方案分析

1.1 工程概況

某公路橋梁的總長度約為250m，橋梁寬度35m，根據橋梁早期的地質勘探結果顯示當地的地質結構復雜，地球物理勘探發現斷裂帶等問題。根據相關資料，查閱可知當地地震烈度為Ⅵ度，但是項目所在地的地下水源豐富，尤其是潛水較多，對公路橋梁設計的影響較為明顯。同時，現場勘查發現河床上層土壤中包含大量的卵礫石以及砂粉等，下層則存在大量的泥質粉砂巖材質。在工程項目施工中為滿足技術規范要求，公路橋梁的結構更加復雜，對施工方案設計與施工技術質量管理的要求較高。

案例橋梁項目的基坑位于河道與周邊地區，基坑兩側的高差較大，根據現場情況將基坑劃分為Ⅰ～Ⅵ幾種類型，其詳細數據如表1所示。

表1 基坑區劃分方案

1.2 墩柱設計

在案例項目墩柱設計過程中，結合實際工況以及地震作用的影響，設計墩柱尺寸為1.5m×3.0m，采用雙層配筋的方法，設置縱筋配筋率2.8%；設計中鋼筋直徑達到了32mm。該項目中鋼筋規格型號為HRB335。在設計方案中，鉆孔灌注樁抗彎主要受樁頂部截面順橋向內力控制，最終驗算結果顯示，墩柱與樁抗彎的相關數據如表2所示。

表2 墩柱與樁抗彎能力驗算結果

根據表2的相關數據中可以發現，在案例橋梁的墩柱截面在不同方向上的彎矩明顯小于初始屈服彎矩，確保墩柱在彈性工作范圍內，即使地震發生也能維持整個結構的穩定性，具有可行性。

1.3 樁設計

從設計的角度來看，應根據樁基極限承載力、豎向承載力、抗震及樁身結構等數據判斷單樁荷載等相關數據，根據該結果可以計算樁徑、樁長等資料，在保證橋梁主體結構安全平穩的基礎上，計算出最終的樁基長度與直徑。同時，在設計方案中還需要考慮到樁基設計中可能出現的問題，如黏土、軟土等可能因為雨水膨脹等現象影響施工參數。在摩擦樁設計中，設計人員也要主動避免擴徑等質量問題發生。所以在樁基礎設計中，根據相關規范，摩擦單樁軸向受壓容許承載力P可以按照公式（1）的相關方法進行驗算。

式（1）中：U為樁的截面周長，單位為“m”；A為樁截面的面積，單位為“m”；l為樁在局部沖刷線以下的有效長度，其單位為“m”；τ為樁壁土的極限摩阻力，單位為“kPa”；σ為樁間土的極限承載力水平，其單位為“kPa”。

結合工程案例實際情況，該項目中使用“16+25+40+25”m的預應力混凝土連續箱模式，在箱梁橋梁設計中使用單箱雙室的直腹式結構，其中頂板寬度達到了12.4m，底板的寬度為8.0m，翼緣懸臂長度為2.2m；結構中跨中兩箱頂板厚度為25cm，腹板的厚度為35cm，底板的厚度為22cm；為滿足建筑物抗剪設計的性能要求，該結構設計中將底板厚度增加10cm，頂板厚度則提升至45cm，腹板厚度提升至50cm。

1.4 伸縮縫的選型

根據相關規定，在公路橋梁設計中應確保相鄰上部結構之間有充足的間隙，因此在案例工程項目中可依照減隔震支座變形監測結果展開伸縮縫選型設計，最終計算結果顯示，案例橋梁項目中采用12cm型號的伸縮縫結構。

1.5 減隔震裝置設計方案

為進一步增強公路橋梁的抗震性能，在案例橋梁項目設計中將優選減隔震裝置作為設計的重點內容。現階段公路橋梁項目中的減隔震裝置主要包括分層橡膠支座、互動摩擦式支座、鉛芯橡膠支座、鋼阻尼器、摩擦擺減隔震支座、雙曲面球型減隔震支座等幾種類型。

根據實際情況，設計人員在該項目設計中最終選擇摩擦擺減隔震支座裝置，該裝置通過鐘擺原理，經滑動界面之間的相互摩擦來消耗地震所產生的能量，最終降低地震力對橋梁結構的穩定性的影響。鉛芯橡膠支座也是實現減隔震的主要手段，該構件主要包括滑動塊、滑動曲面、抗滑螺栓、限滑塊、上座板與下座板等幾個構件，在結構物重力與外力作用下會促使構件阻尼塑性變形，在變形發生后會吸收大量能量，最終維持結構的穩定性；同時受橡膠結構的影響，該構件可以為裝置恢復作用力提供支持。

1.6 混凝土設計方案

混凝土設計方法的可行性關乎公路橋梁結構性能，在設計方案中樁身混凝土設計強度選擇C30等，并摻加緩凝高效減水劑等材料。所以案例項目中混凝土適配初凝時間大于等于30min，終凝時間小于10h；設計坍落度18～20cm，混凝土的和易性良好，其砂率最高為50%。

2 關鍵施工工藝分析

在橋梁基礎施工過程中，應根據工程地質實際情況選擇施工方案，根據地質剖面圖選擇合理的施工工藝。案例工程項目在橋梁工程施工中選擇了鉆孔灌注樁的施工工藝方案。

2.1 搭設施工平臺

為滿足施工要求內容，在承臺安裝回旋鉆機，選擇槽鋼搭設施工平臺，將材料焊接后將其制作成箱梁，并在上方鋪設一層15×15的施工平臺。

2.2 埋設護筒

案例項目中埋設護筒直徑比樁徑大30mm左右，在將端部位置打入土層中后，檢查有無漏水情況，該項目中護筒的埋設深度控制在3～4m。在埋設護筒之后，在外側回填黏土并做分層夯實；護筒的高度應高出地面0.3～0.5m。

2.3 反循環施工的工藝流程

在反循環施工模式下，設備的主體可在旋轉盤離開30m的位置進行操作；在操作過程中鉆挖的鉆頭不需要每次上下排棄鉆渣，只需要在鉆頭上方連接長鉆桿后做深層次開挖。

在規劃現場時需要優先考慮到排水、清渣以及沖洗液循環等方面的要求，確保在反循環施工中沖洗液的循環效果良好，并且污水徹底排放。在清水鉆進時應注意清除鉆渣；泥漿鉆進期間可采用旋流除砂器或者多級振動篩等裝置強化清渣效果。鉆頭的吸水斷面應保證規整、敞開，確保能夠有效控制流阻，避免發生礫石等物品堆積。

嚴格控制鉆頭體吸口端與底層之間的距離，根據設計要求，案例項目中將兩者之間的距離控制在250mm以內。鉆挖過程中卵石、填石的尺寸應小于等于鉆桿內徑的4/5，避免因為該數據超標而影響正常的施工過程。

施工開始之后，砂石泵啟動，在確認反循環正常后啟動鉆機，將鉆頭緩慢下放至底部。鉆進期間保持先輕壓慢轉，在確定鉆進正常后再逐漸提升鉆進速度的施工方法，滿足正常施工要求。鉆進施工中需要施工人員認真檢查砂石泵排水出渣問題，若工況檢查發現排量減少或者水中的鉆渣數量明顯增加，為保證施工質量則需要嚴格控制鉆進速度，避免因為循環液比重偏高而導致反循環施工過程中斷。同時，在鉆進期間應結合地層、樁徑等數據選擇正確的施工工藝，根據施工要求，案例項目嚴格按照表3的相關數據控制鉆進的相關數據。

根據表3的相關數據，在嚴格控制鉆頭鉆進的相關數據之后，根據工況采用了間斷鉆進的施工方法，尤其是在加接鉆桿時可暫停鉆進過程，將鉆具提升100mm后，維持沖洗液循環2min，確保可以第一時間將孔底的鉆渣清理干凈，保證鉆進施工順利進行。

表3 鉆進施工中的參數資料表

當鉆進達到設計深度后停止鉆孔，其中依然要關注沖洗液是否正常循環，直至沖洗液返出的鉆渣含量小于等于4.0%為止。

2.4 樁基礎施工中的常見技術問題與應對措施

案例項目在施工中采用了鉆孔灌注樁的施工工藝，根據該項目的施工經驗，在施工過程中可能遇到以下技術問題，不容忽視。

2.4.1 漏漿問題

在采用鉆孔灌注樁施工中，在打到基巖時經常會出現以下漏漿現象：

第一，孔內泥漿流失速度偏快，尤其是地面孔口位置出現了坍塌，最終形成漏斗，若在這種工況下施工不僅無法保證施工質量，嚴重情況下會造成施工安全事件。

第二，案例地區的地表水豐富，在施工中可能出現裂隙水流入孔中的現象，最終改變孔中泥漿的配合比，并加重孔底沉渣問題，無法有效返漿，最終影響施工質量。

針對工程項目施工中存在的問題，技術人員采取了以下應對措施，如快速向孔內補充泥漿液，回填塊石、黏土，或者在孔內采用反復沖擊的方法提升護壁強度等，這種方法在處理漏漿問題時發揮著重要作用。

2.4.2 坍塌問題

當發生嚴重的漏漿現象后，若孔壁無泥漿護壁或者效果不理想會造成坍塌問題，孔壁坍塌對施工質量的影響不容忽視，所以該項目中針對可能出現的孔壁坍塌問題做好應對，如預備好鋼護筒或者通過雙套護筒的方法進行施工。例如在橋梁施工中使用雙套護筒施工方法，其中第一套護筒外徑與樁徑相比大3級，將其下放至黏土層中，護筒底部經水泥砂漿做固結止水處理；第二套護筒比樁徑大1級，將其下放至基巖上避免坍塌。若已經發生坍塌問題則需要及時拔除護筒并移動鉆機，向空中拋入一定量的泥包混合料等材料。同時，技術人員在現場加工一個直徑大于樁徑2級的鋼筋籠，將鋼筋籠下放至孔洞中，用袋裝黏土堆砌。

2.4.3 卡鉆問題

造成卡鉆現象的主要原因是溶洞分布不明確，導致鉆孔施工期間鉆到離溶洞頂板較近時采用高落程沖擊施工的方法，最終使鉆頭可以沖破頂層巖石并卡在不同部位。在發生卡鉆等現象時嚴禁強行提拉，一般可根據實際情況做針對性處理，例如當鉆頭卡在頂板巖石中間時可緩慢上下活動鉆頭，若發現鉆頭松動后可緩慢提出；或者選擇自制正繩器拉正鉆頭再緩慢提起。若鉆頭卡在頂板巖石的下方位置，則可通過大鉆頭破壞巖石后再提出；或者通過鋼絲繩將小鉆頭下吊至預定位置之后破碎巖層，最終將巖層下方的鉆頭提出。

2.4.4 孤石現象

根據案例項目的實際情況，發現孤石也是施工中不容忽視的問題，針對孤石可選擇拋填硬度相似的卵石或者片石，再將鉆機移向孤石的一側做高沖程沖擊；而針對孤石硬度較高的情況做孔內爆破施工，通過定向聚能爆破等方法，根據孤石硬度、大小等選擇用藥量，直至有效解決孤石問題。

3 結語

公路橋梁的結構設計與施工管理有助于全面提升橋梁性能，以上介紹的案例工程項目所采取的設計與施工方案在技術上具有可行性，能夠在最大限度上提升橋梁結構性能，在進行橋梁設計后可以顯著增強橋梁的抗震性能，橋梁施工過程中的技術風險問題也得到了有效解決，對于類似公路橋梁設計與施工指導有一定的指導作用，應該得到相關人員的重視。