公路桥梁工程地基施工中技术处理要点分析

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【摘要】随着交通事业快速发展需要，大量的公路需要建设，桥渠作为公路的重要工程，是国家公路建设的重点施工项目，其桥渠施工的管理更是重中之重。在公路桥梁工程中，地基施工无疑是最为核心的环节，本文在对公路桥梁工程地基施工方式与特性进行概述的基础上，重点从井式地基设计考虑与井式地基施工注意事项两个方面着手，分析了井式施工的要点，最后进行了总结。

【关键词】公路桥梁工程；地基施工；技术处理；要点；井式施工

一、公路桥梁工程地基施工方式与特性

地基施工方式的研选与结构载重、地形、地质、地下水位及周围环境等各项条件均息息相关，公路桥梁工程常采用的地基施工方式有：(1)直接地基；(2)筏式地基；(3)桩地基(4)；井式地基；(5)沉箱地基；(6)壁式地基等六种类型。其中，直接地基为浅地基，为符合结构载重所需，必须依据地层分布，考虑承载力及沉陷量进行地基埋置深度以及尺寸设计，一般而言，其所需深度较浅，但平面所占面积较大，在工程性质良好、承载层较浅的地层以及用地取得容易的郊区较为适用；筏式地基可以同时提供多根柱(墩)载重的大面积RC地基板，则适用于建筑物等的地基采用；而桩地基为深地基，为一般位于软弱地层上的工程最常选择的地基施工方式，而桩长的研订通常取决于地层的特性，一般工程均会将桩底设计在较好的承载层深度，以取得较稳定的基础，目前而言国内基桩长度最深约达120m，而为能钻掘深层地盘，基桩工程通常需要使用的机具设备与施工空间较大，费用也较高；沉箱地基，顾名思义是以沉降的方式施作地基结构，然而为顺利让地基结构沉入地下，施工中必须要加载或小量超挖，因此地基常有倾斜或偏心等情况，而超挖过大时更容易造成工区附近地层下陷，施工控制精度较差，过去常用于河川地或高滩地等较无邻近构造物的区域，近年来在城市内部施工中也会有采用压入式沉箱工法的案例，但该沉箱常作为潜盾(或推进)工程的工作井使用；井式地基的结构型式类似沉箱，较大差异在于施工顺序，通常以人工或小型机械开挖的方式凿井，再于井中施筑地基结构，由于开挖期间必须保持井壁稳定施作壁面保护，例如喷凝土、岩钉、钢衬板等，避免坍方造成施工危险，一般会选择在工程性质良好，地下水位较深的地层施筑，因为以小型机具施工，地基平面尺寸较小(一般直径约5~10m)，所以也是施工空间局限的工程所常选择的地基施工方式。地基施工方式的选择除了考虑水平侧向力、垂直承载力、侧向位移、沉陷量等，对于施工性也必须纳入考虑。以直接地基及桩地基而言，都必须要施作地基版来传递载重，因此必须视地层情况设计临时开挖挡土支撑来施作，在用地取得容易地区，可以斜坡明挖方式进行，速度快、施工容易，但若开挖深度较深或用地有限的情况下就必须先打设挡土支撑系统再开挖，但实践中在施工高度受限的环境(如桥下或电缆线下方施工)或在地形陡峭崎岖的斜坡面上，要打设挡土桩或架设水平支撑都有困难，而在这些困难施工环境下，井式地基则具有小型施工机具、施工面积较小及克服坚硬地盘等优势。

二、井式地基设计考虑

井式地基因具有可因地制宜采用小型机具施工、地基面积小、开挖工法可顺应地形等特点，因此在公路桥梁工程中，是使用较广泛的施工方式。井式地基设计除了必须考虑地层、地形坡度以及地下水的影响外，同时免不了必须依据上构的载重条件分析地基承载力以及沉陷量等，以维持地基的稳定性。此外，若于河川地或高滩地选择采用井式地基，其地基深度也须考虑河川的冲刷深度以决定井式地基深度，避免因掏刷地基外露而影响地基稳定；此外，井式地基断面通常考虑用地范围及上部结构载重、地层条件等综合分析，若采用直径大断面者(约8～12m以上)通常井式地基结构体会采中空，中空处会填砂或填充强度较低的混凝土，而若断面直径较小者(约8m以下)，则必须要考虑施工空间会以实心井式地基结构体进行设计，并增加地基本身断面强度及重量以抵抗桥墩产生塑性铰后传递下来的力量，特别是当承受弯矩时，仍必须符合设计规范规定的偏心载重地基最小受压面积比。在井式地基的公路桥梁工程分析上，必须分别考虑水平及垂直向的支承力及变位量进行检核，以下简述之。井式地基在垂直承载力的考虑上，由于井式地基开挖时土体侧向解压，在开挖面侧壁常打设岩钉或锚筋等，造成地基外围施工扰动，完成后的周围土壤并无法完全包覆地基结构，恐无法发挥侧向摩擦力，故设计时常保守忽略侧向垂直摩擦力的贡献，仅考虑井式地基底部的地盘反力。而井式地基常使用于坡地环境，在斜坡上的地基则必须考虑斜坡特性进行适当折减，折减系数随坡度增加而减少。

三、井式地基施工注意事项

本文通过汇整所执行相关案例的经验，归纳井式地基常遭遇的问题如下：1.开挖过程中大量地下水涌入问题，施工阶段可用大型深井抽降，将地下水降低或导排，以利混凝土浇注作业保持较干燥的井壁；2.井式地基混凝土浇注后，混凝土须达预定强度方可停止抽水作业，以避免因地下水入渗造成保护层的混凝土浆流失；3.若采用较小直径井式地基时，因无法采用大型开挖机具于井内施工，挖掘进度较慢；4.软弱地层及松散土层使用井式地基时，可先地盘改良，以避免施工中的壁面坍塌、涌水或涌砂现象；5.若开挖挡土壁以钢衬板施工，则钢衬板与周围地层之间隙如何以砂浆灌满填实，必须特别注意；6.井式地基的开挖出土及运送等作业，随开挖深度越增加则越困难，须特别注意施工安全；7.若井式地基设计成中空的结构体，则钢筋组立及模板施作较为繁杂；8.地下水位较高时，井式开挖壁面较不易控制，表面较不平顺且容易超挖；9.井式地基于地下水位较高的地层中施工时，应特别注意降水及导排水问题；10.井式地基施工应注意挖土、出土作业安全，以及施工中开挖监测壁体情况。井式地基施工不须大型机具，具有因地制宜的特性，主要施工机具包括吊车、挖土机、钻机、卡车、发电机、空压机、送风机、喷浆机、电焊机等，而机具大小及设备多寡可视现地可用空间调整。井式地基在开挖之前必须先进行放样及整地，尤其在地形坡度较为陡峭的坡地区域，考量地基尺寸及施工空间，无法采用直接地基及桩地基时，井式地基可能为较佳的选择方案，考虑地形陡峭无法大规模整地的缘故，为降低坡地开挖范围，多以竹削工法搭配井式地基井口开挖，有关竹削工法的说明，可另行参阅相关技术文件，本文不再详述。完成整地及放样后，在井口施作高约50cm的RC环型梁，同时可作为防落护栏的地基，也可以防止地表径流灌入开挖范围内。开挖时，在深度约8m以内可于地表以PC300挖土机直接开挖，开挖深度较深时，则必须于井内以小型挖土机开挖，将土石倒入吊桶后吊出井外，而每次开挖深度以1m为原则，可视地层条件酌予调整，每次开挖后必须立刻进行开挖壁面保护(如钢衬板、挂网喷凝土、岩栓、钢支保等)，开挖时须随时注意地下水渗入情况，轻微入渗时加强开挖面保护，避免壁面塌落，入渗较多时则必须于井外打设大口径深井抽水，将地下水降低至开挖面下，井内积水则设集水坑抽出井外。开挖至预定深度后，先在底部打设10cm厚，以便于结构施筑，再根据设计图说明施作底板及地基结构，井式地基钢筋组立作业可视施工条件，先行于地面完成钢筋笼绑扎后，使用吊车吊放至开挖完成的井内，或将加工完成的钢筋料吊入井内，钢筋笼在井内绑扎组立。施筑井式地基结构原则上以4m为一升层，逐层向上重复绑筋、组模、混凝土浇注作业，而由于井式地基深度较深，灌浆时常因灌浆方式不当或速度太快，导致施工质量不佳，因此必须注意灌浆时控制混凝土泵送速度，并控制灌浆管高度须维持在1m内，同时利用震动机捣实混凝土，避免混凝土粒料析离。另外，由于井式地基开挖一般深度较深(约>15m)，属于危险工作场所，针对施工安全必须谨慎处理，为防止人员、物品自井口坠落，井口周围必须设置护栏与防护网，井内施工必须设备妥善的通风、照明、通讯与进出设备，进入井式地基内作业前须先行进行井内的氧气浓度与有害气体浓度侦测，确认施工环境安全。

四、结语

井式地基为各结构物于丘陵地形或麓山地带公路桥梁工程常选择的地基施工方式之一，必须依据其地层特性、结构需求、经济性以及施工性等进行综合评估分析其妥适性。井式地基不适合于软弱黏土、松散砂土及地下水位高的地层，较适合于适当深度内(一般约10~25m)存在坚硬承载层(如卵砾石层或岩层)的地层条件时采用之。井式地基因施工可不需大型机具，因此具备可因地制宜的施工特性，对于用地不足或地势陡峭的情况下，不失为合适的地基施工方式。地下水位分布对于井式地基施工的成败相当重要，在地下水位较高处的井式地基开挖必须式先考虑各种渗水的可能性，并预先做好降水、导排水或保护措施，避免开挖失败。井式地基一般深度均较深(>15m)，井内开挖条件不佳，为高风险施工环境，必须考虑施工安全需求，设置保护措施。在陡峭边坡地形的井式地基可搭配竹削式挡土开挖工法，可有效降低开挖面积，对环境保护及边坡扰动较小。

参考文献

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作者：柴佳 单位：中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司