1、1桥梁下部设计及上部施工应注意的一些问题摘 要：桥梁下部设计直接关系到桥梁施工质量和工程造价，更涉及到桥梁的安全性。而国内多起桥梁的突然破坏与倒塌，均因上部结构施工质量未达到规范和设计要求所造成。本文结合相关规范和笔者大量工作实践，就桥梁下部设计和上部施工中的一些问题进行初步探讨。 关键词：桥梁下部设计；设计参考值；上部施工 中图分类号：U445 文献标识码： A 文章编号： 一、桩基设计 1、正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型 通常误认为，凡嵌岩桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力。实际上，大量现场结果表明：桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径
2、比、桩底沉渣厚度等因素有关。 一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比 l/d 的增大，侧阻力也相应增大；只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对l/d1520 的泥浆护壁钻(冲)孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于l/d40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载。作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。 2在某些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩 l/d45 时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于 20%；l/d60 时，嵌岩段端阻力占总荷载比例小于
3、5%。究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，至使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比 l/d 的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。 同时，传递到桩端的应力也随嵌岩深径比 hr/d 的增大而减小。当hr/d5 时传递到桩端的应力接近于零；但对泥质软岩嵌岩桩，hr/d=57 时，桩端阻力仍可占总荷载的 5%16%。 由此可见，端承桩和摩擦桩的区分，
4、不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。 2、科学计算桩基承载力 桩基承载力的计算是桥梁设计的重要内容。关于承载力的计算公司，公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)给出了明确的规定：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)桩，其单桩轴向受压容许承载力 ，可按下式计算： （c1 Ac2 U h）Ra 其中：Ra天然湿度的岩石单轴极限抗压强度 h桩嵌入基岩深度，不包括风化层 3U桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算 A桩底截面面积 c1、c2根据清孔情况、岩石破碎程度等因素确定的系数 上式表明：嵌岩桩的单桩轴向受
5、压容许承载力 ，仅取决于桩底处岩石的强度和嵌入基岩的深度，以及清孔情况、岩石破碎程度等因素。根据规范描述，通常认为只要是嵌岩桩，就是端承桩，就适用于这个公式。实际上，只有在嵌岩桩在清孔绝对干净，桩底处于理想支撑，桩底岩石完整且强度很高时，桩的竖向位移很微小，桩基才表现为典型的端承桩，公式的使用是无可争议的。实际工程中，只有当桩基长径比较小，土层侧阻力占比例不大时，桩基主要表现为端承桩的特征，公式才可使用。 公式中对“h”的要求是“桩嵌入基岩的深度，不包括风化层” 。通常的理解是桩必须嵌入新鲜基岩，而不论其上面风化岩层的强度如何。有的强风化硬质岩(如花岗岩)，其极限强度往往大于极软岩新鲜岩的强度
6、。说明一般硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都相当高，不考虑这些层次的嵌岩深度，一律要求嵌入新鲜基岩是不妥的。按照这个原则，在风化层很厚的情况下，桩基嵌岩很深。在设计上，必然导致计算承载力远小于实际极限承载能力 ；在施工上，则会导致工程量的增大，工期的延长。 工程试验证明，当岩面较平整，桩的嵌岩深度 h2d 时，桩侧嵌固力约占总荷载 50%以上。随着嵌固深度增加，承载力也随之增大。但嵌固深度 h3d 时，承载力增长不大。公式中没有对 h 规定限值，也没有随 h 4值增大而设定相关的折减系数。因此，在桩基设计实践中，当桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，不妨考虑加大桩径。 3、准确确定
7、嵌岩深度及桩端持力层厚度 桥梁工程桩基设计中，经常会遇到两软弱岩层之间穿越强度很高的一定厚度的岩层(夹层)，或者有些地区溶洞比较发育。如果这种夹层厚度不够承载厚度要求，钻孔桩就需要穿越夹层，以达到持力层，这对施工机械和施工进度都是极大的考验。 对桩底基岩厚度的确定，主要有三个条件：(1)不考虑桩身周围覆盖土层侧阻力，嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求 0.5m；(2)要求桩底以下 3 倍桩径范围内无软弱夹层、断裂带、洞隙分布；(3)在桩端应力扩散范围内无岩体临空面。对于一般夹层，只要满足前两个条件即可作为持力层。对岩溶地区桩基，由于岩体形状奇特
8、多变，岩溶洞隙的分布毫无规律，现有勘探手段难以事先查明它的准确位置及大小，导致工期延长、工程费用增加。基于计算所需的边界条件十分复杂，而岩溶地基比一般岩石地基影响因素更多，以前通常要求桩端下有 4m、5m 或 5 倍桩径持力层厚度，对于不同桩径、不同的单桩承载力，如果同样要求基桩端面以下有 5m 完整基岩，两者的可靠度是不尽相同的。为使桩基设计经济合理，应根据经验值和试算数值相结合的方法来确定嵌岩深度及桩端持力层厚度。 4、采取合理的桩基配筋布置 基桩各截面的配筋，理论上应根据桩基内力进行计算布置。桩基内力可采用 m“法或其他有可靠依据的方法计算。按 m”法计算桩基时，桩5身弯矩有四个特点。(
9、1)弯矩分布规律近于一条自顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快；(2)桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般在地面以下约 3m 位置；(3)桩身弯矩在第一个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用；(4)第一个弯矩零点位置在桩入土深度 h=4/h 处。 在设计中通常有两种钢筋布置方式。一种是根据最大弯矩处进行配筋。从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。另一种是将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。从桩体受力和节省工程费用以及发生事故处理的难度来看，前一种更合理。这是因为：由于
10、桩基较长一段不设钢筋，比后者节省了部分钢筋；底部断桩时，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，减少扁担桩发生机率。但是，第二种配筋方式可以减小施工难度，桩基灌注混凝土时，钢筋笼的定位是十分重要的，钢筋布置到桩底，易于固定钢筋笼。 二、下部结构拟定参考值 1、系梁： 2、墩桩 T 梁及箱梁桥桩、柱尺寸参考（括号内为箱梁数据） 6桩基截面配筋率：按计算配筋量乘 1.2 倍，并不小于 0.7%；裂缝配筋按裂缝宽度 0.2mm 控制。桩基构造配筋（0.7%）如下表： 加劲筋直径：当桩柱直径小于等于 1.2 米时，采用 20mm 加劲筋；桩柱直径大于 1.3 米，小于 2 米时，采用 25mm 加劲筋；桩柱直径大于
11、等于 2 米时，采用 28mm 加劲筋，一般与主筋同径，大桩柱径可视情况加粗加劲筋直径。 三、桥梁上部结构施工中应注意的一些问题 桥梁上部结构，对于标准跨径，设计均采用通用图，而对于非标准跨径，亦通常利用标准跨径梁板进行修改。且施工中对下部结构重视有余，对上部结构重视程度不够，造成了施工不合理和管理错位，甚至发生工程质量事故。下面对桥梁上部结构施工方法应注意的问题进行阐述。1、后张法预应力空心板梁 （1）空心板梁预制施工工艺。首先规划预制厂地，平整压实，处理好场地地基，按设计图纸铺设板梁底模。由钢筋班按图纸下料，制作钢筋，运到现场，在底板上按设计位置绑扎。波纹管用机械卷制，按设计长度连接，接头
12、处用胶带缠牢，防止漏浆，按设计位置安放并牢牢固定。板梁芯模采用定购橡胶芯模，内充空气，用定位钢筋将其固定。芯模安放前要进行充气检查，保证不漏气。模板采用大型钢模板整体拼装，模板侧模应支撑牢固，尺寸准确，保证顺直，上、下都要用螺栓拉牢，7保证不变形，不漏浆。板梁砼采用 500L 以上强制式拌合机现场拌制，小翻斗车运输，人工输送入模，浇注砼时应注意浇注顺序和厚度，振捣时应避开波纹管和橡胶芯模，防止因振捣不当而使胶囊上浮、变形。板梁砼浇注后应进行收浆抹面，并在定浆后进行二次抹面、拉毛。掌握好抽出芯模的时间，及时将橡胶芯模抽出洗净。板梁浇注后及时覆盖养生，保证砼的湿度。到一定强度后拆除模板，砼强度达到
13、 100%时穿钢绞线，用两端张拉法进行张拉。张拉采用应力和伸长量双控。当伸长量超过设计值 6%时，应松张预应力，查明原因重新张拉。张拉初值控制在 10-25%之间，取 10%为拉力，预应力钢材伸长量为初拉力以后测得的伸长量，加初应力时推算伸长值。如有滑丝、继丝应按规范规定处理。 （2）桥面铺装。桥面铺装前需现浇板梁间接缝砼并连接钢索张拉压浆后，才能进行桥面施工。绑扎桥面钢筋网，测量桥面控制标高，支模板，空压机清理板梁上杂物，并洒水湿润板梁。桥面铺装为连续钢筋混凝土，砼在拌和站集中拌和，罐车运输，泵车输送至桥面，插入式振捣器和平板振捣器振捣，行夯刮平。桥面铺装要控制好桥面砼标高和平整度，误差不大
14、于10mm，施工中在桥面钢筋上安放行夯钢管轨道，每隔三米测量一控制点，确保桥面标高，平整度和横坡度，桥面砼一定要进行二次收浆、拉毛，及时喷洒养生剂或其他方式养生以防开裂。 2、现浇钢筋砼箱梁 基础处理：箱梁施工前，首先将桥跨处场地推平、碾压，压实度达到 95%以上，个别软弱地基填以灰或砂砾，分层夯实，确保地基承载能力200KN/平方米。然后根据支架设计间距放出支架基础位置，上铺 5 厘米8细砂，在细砂上沿横桥向铺设钢板桩，钢板桩口朝上，做为支架条形基础。箱梁模板支架采用碗扣式满堂支架，支架在纵向每隔 1.2 米布设一道，横桥向在底板处间距 1.3 米，腹板下 0.3 米，翼缘板处 1.5 米。
15、支架下部为螺旋调整底杆，顶端为螺旋调整顶托，长度分别为 50 厘米。碗扣支架搭设后，均有纵横向连杆，保证支架结构稳定。支架顶端用 50 型轻轨做为横梁。箱梁底模采用钢柜架式大型底模，上镶 4 厘米木板，木板上铺 2 毫米厚钢板，在支架搭设好后，根据桥轴线对支架进行调整，然后安装箱梁底模，并进行轴线和标高调整，均满足要求后再安装箱梁侧模板，侧模板从梁一端顺序安装，要求接缝严密，相邻模板接缝平整。支架、模板预压：用相当于浇筑段箱梁重量的 80%对支架模板进行预压，以消除支架体系的非弹性压缩。待此非弹性压缩稳定后即撤除预压。钢筋由钢筋班下料成型，先绑扎底板钢筋，再绑扎横隔板和腹板钢筋，绑扎定位牢固后，支内腹板模板和堵头模板，经驻地监理工程师中间检查合格后，方可浇筑砼。第一次浇注砼至腹板与翼缘板接合处，是指底板、腹板和横隔板的砼，砼在浇注中，采用拌合楼集中拌制、6 立方米罐车运输，砼泵车输送入模，插入式振捣器振捣，在浇注腹板时，要掌握好浇注厚度，浇注顺序由一端向另一端斜坡式浇注，振捣时要控制好时间，不要振坏模板。和翼缘板接合处要抹平，使二次浇注接头整齐美观。浇注后应及时养生。 参考文献： （1） 公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)。 9（2）黄求顺 嵌岩桩承载力的研究实验。全国建筑桩基技术规范专题报告，2004.
