客运专线桥涵施工关键技术

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5、质条件标段大多被第四系黄土覆盖，主要不良地质包括黄土洞穴、错落体、黄土陷穴、黄土冲沟、砂土液化、水源抽水井。特殊岩土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土及松软土、冻土及弃填土。1.3气象条件多年平均气温13.9，多年极端最低气温-16.5，多年极端最高气温43.2。8级或8级以上的大风日数多年平均为6日，多年平均风速为2.8米/每秒(2级风)；年平均最大风速3.7米/每秒(3级风)，年平均最小风速2.1米/每秒(2级风)。1.4桥梁工程数量特大桥：9座/47041.01延长米占线路总长的69.19%；预制简支梁：1417孔（24m、32m）；涵洞工程：18座/379.56横延米；公路跨线桥：13座/4

6、860.2顶面平方米，855.4延长米。2桥涵采用的施工技术规范、规程及标准2.1铁路工程2.1.1客运专线部分客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（TZ213-2005）铁路混凝土工程施工技术指南（TZ210-2005）客运专线高性能混凝土暂行技术条件客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号）350km/h客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）2.1.2其它部分铁路混凝土与砌体工程施工规范(TB10210-2001)铁路桥涵施工规范(TB

7、102032002)新建铁路工程测量规范(TB10101-99) 铁路工程不良地质勘察规程(TB10027-2001) 铁路桥涵工程施工质量验收标准(TB10415-2003) 铁路混凝土与砌体施工质量验收标准(TB10424-2003) 铁路混凝土强度检验评定标准(TB10425-94)铁路工程结构混凝土强度检测规程(TB10426-2004)2.2公路工程 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)3桥涵施工关键技术概述3.1不良地质条件下基础施工技术标段所经地区黄土洞穴、错落体、黄土陷穴、黄土冲沟、砂土液化等不良地质大量存在，黄土、湿陷性黄土、软土及松软土和膨胀土等特殊岩土分布广泛，

8、复杂地质构造给桥梁基础施工带来很大的难度。3.2桥梁工后沉降控制技术工后沉降是指建成后铺轨时的路基剩余沉降。郑西铁路客运专线是西北地区唯一的一条高速度目标值的客运专线，全线铺设无碴轨道，工后沉降控制标准极为严格。新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定（铁建设2005140号）6.3.7规定：墩台基础的工后沉降量，对于静定结构，均匀沉降量不得超过50mm，相邻墩台均匀沉降量之差不得超过20mm；对于超静定结构，需要专门研究；6.3.8条规定：涵洞的工后沉降量不应大于100mm。3.3连续梁桥悬臂灌注法施工本标段的连续梁均为跨越高速公路、城市干道或国道而设，要高度重视公路交通运输安全和施

9、工安全；要满足旅客列车高速运行对轨道高稳定性、高平顺性和安全性的要求，必须严格控制连续梁的线形。而影响连续梁线性的因素很多，施工控制难度很大。3.4耐久性混凝土施工技术本段混凝土结构按100年使用年限设计（无碴轨道为60年），必须采用高性能混凝土。对混凝土材料、配合比设计、施工工艺、质量控制提出了更高要求。3.5双线整孔箱梁预制架设整孔箱型简支梁预制与传统铁路干线梁相比，采用了全新的制造架设工艺，对制梁台座、存梁台座及移梁的要求极为严格，如何保证箱梁的预制质量及梁体的安全至关重要。新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定（铁建设2005140号）6.3.4条规定：有碴桥面梁的徐变上拱值

10、不宜大于20mm，无碴桥面梁的徐变上拱值不应大于10mm，特殊桥跨结构应做专门研究。4黄土、湿陷性黄土基础施工技术4.1补充勘察 铁路纵向长度远远大于横向长度，沿线地质条件复杂，黄土空间起伏变化大，而各种勘探方式所能揭示的仅是有限范围的情况，很难反映黄土空间和时间的变异性。因此,通过各种勘探方式所揭示的黄土空间分布和黄土分层，与黄土实际在地下的空间分布有很大的差别。施工前要进行地质补勘，应查明下列内容： 黄土地层的时代、成因； 湿陷性黄土层的厚度； 湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化； 场地实现类型和地基湿陷等级的平面分布； 变形参数和承载力； 地下水等环境水的变化趋势。 这些参

11、数和地基处理方法、施工方法、临时支护设计密切相关，缺一不可。4.2地基处理方法 地基处理方法一般有：垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法。选择地基处理方法，应根据黄土特性结合施工设备、施工进度、材料来源和当地环境等因素，经技术经济综合分析比较后确定。一般地，垫层法适用于地下水位以上，局部或整片处理；强夯法适用于地下水位以上，饱和度Sr60%的湿陷性黄土，局部或整片处理；挤密法适用于地下水位以上，饱和度Sr65%的湿陷性黄土，预浸水法适用于自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为级或级，可消除地面6m以下湿陷性黄土层的全部湿陷性。4.3基础施工要点 在湿陷性黄土场地，施工前要根据湿陷性黄土的特点和设计要求

12、采取措施防止施工用水和场地雨水流入建筑物地基（或基坑内）引起湿陷。在建筑物邻近修建地下工程时，应采取有效措施，保证原有建筑物和管道系统的安全使用，并应保持场地排水畅通。施工用水应设在距基坑边缘5m以外，并配专人管理，严禁水流入基坑或基槽内。基坑开挖前，应对建筑物及周围35m范围内的地下坑穴进行探查和处理，并绘图和详细纪录其位置、大小、形状及填充情况等。基坑挖至接近设计标高，而下一工序不能连续进行时，宜在设计标高以上保留300500mm厚的土层，待继续施工时挖除。在基坑内或基坑附近采用降水措施时，应防止降水对周围环境产生不利影响。在浇筑混凝土与养护过程中，应随时检查，防止地面浸水湿陷。当发现地基

13、浸水湿陷和承台产生裂缝时，应暂时停止施工，切断有关水源，查明浸水原因和范围，对承台沉降和裂缝加强观测，并绘图纪录，经处理后方可继续施工。4.4湿陷性黄土地区桩基施工技术4.4.1人工挖孔灌注桩 在湿陷性黄土地区，对于具备人工成孔条件（地下水位以上或少量地下水、无流沙）的地基，一般优先采用人工成孔灌注桩。 优点： 容易检查桩底持力层土质的好坏。人工挖孔灌注桩挖到设计标高后，能直接看到桩底的土样，确定持力层土质是否均匀，而预制桩和沉管灌注桩则需通过其它检测方法来确定土质的好坏，对土质能否均匀受荷鉴定不够准确。施工快速。而人工挖孔灌注桩采用人工开挖，速度快，浇注混凝土周期短，可操作性强。浇注混凝土质

14、量有保障。灌注桩水下浇注混凝土难度大，容易发生塌孔和断桩现象。而人工挖孔灌注桩有护壁，操作方便，混凝土质量有保障。能够降低成本。人工挖孔灌注桩只需投入一般普通工人进行挖土，而不需要大型设备，所以能大量节约工费和机械使用费，从而降低成本。所需设备简单。适合于在狭窄场地施工。人工挖孔灌注桩不需动用大型设备，就地挖孔即可，占地面积小。易处理环境较为复杂的地基。有的地基下面设有地道或地下室，而距离新建筑物基础又近，采用人工挖孔灌注桩则对周围设备基本无影响。工艺流程：平整场地定位放线防护井圈第一节桩孔挖土支模浇注第一节护壁护壁上投测标高和固定桩位十字轴线安装井架、通风照明设施挖土、浇注护壁循环作业设计桩

15、底标高清理整修桩底桩底承载力测试验收桩孔吊放钢筋笼就位浇注桩身砼养护桩顶桩基验收。施工要点：挖孔前应复核测量基线、水准基点及桩位。可自桩中心向四边引出4个桩心控制点，用牢固的木桩标定。开挖过程中，应不断检查成孔的中心，并做好记录，随时观察土质变化。当开挖处表土稳定性差，或开挖深度较大时，应先在孔位处采取措施（如用混凝土垫层做围护地坪、护拦等）以维护孔口土壤的稳定及施工人员的安全。孔上作业人员不得擅自离开岗位，以确保孔口安全。第一节井圈护壁应符合下列规定：a.井圈中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm；b.井圈顶面应比场地高出150mm200mm，壁厚比下面井壁厚度增加100mm150mm；c.

16、挖桩顺序为先中间后周边;d.护壁外如出现孔隙，则应用粗砂、砾砂等填实，必要时灌以水泥浆。人工挖孔灌注桩孔壁支护按下列规定施工：a.根据持力层及其以上土质情况，分别采用空壁开挖、钢套筒护圈、混凝土护壁等支护措施；b.空壁开挖法适用于硬质粘性土中，开挖深度不应大于6 m；c.钢套筒护圈适用于1200 mm以下的桩孔，一般采用不少于3mm厚钢板焊成，每节高度不大于1.0m，垂直度要好，外表要平整，便于安装拆卸和下拔提升；d. 混凝土护壁适用于1200mm以上的桩孔，应用不小于C15细石混凝土现场预制，每节高度以0.51.0 m为宜，厚度不小于100 mm，安装时必须用桩心点校正其位置，上下节护壁间宜

17、用钢筋拉结，上下节护壁搭接长度不得小于50 mm，确保护壁的整体性;e.每节护壁均应在当日连续施工完毕，护壁模板的拆除应在24小时之后进行；f.发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时补漏以防造成事故；g.同一水平面上的井圈任意直径相差不得大于50mm。如遇有局部或厚度不大于米的流动性淤泥和可能出现涌土涌砂时，护壁宜按下列方法处理：a.每节护壁的高度可减少到300mm500mm，并随挖随验，随浇注砼；b.采用钢护筒；c.当渗水量很小时,采用潜水泵抽水降低水位，潜水泵的进水口裹包滤网置于砂层中,做到抽水时砂不流动。挖至设计标高时，清理护壁上的淤泥和孔底残渣、积水，不允许对超挖部分垫土、垫砂，如有扰动或

18、者超挖应在清理干净后用低标号混凝土垫平；当挖孔桩底面土层粗糙不易稳定时，可采用灌浆等办法使土层稳定；然后检查桩孔质量，特别是持力层的质量，同时也要检查桩底土层是否受到扰动，并填写施工记录；验收合格后，应立即封底和浇注桩身砼。浇注混凝土时，为避免混凝土离析和碰坍底部壁土，应使用溜子、串筒等下送混凝土，其末端离孔底高度不宜大于2 m，更不得从上往下直倒混凝土。混凝土应连续浇注并分段振捣，每段的浇注高度不大于1.0 m，每根桩至少应有一组试块，以备检查混凝土强度。浇注桩身混凝土时，相邻10 m范围内停止挖孔作业，孔底不得留人，顶部混凝土要注意养生、防冻。挖孔时的安全措施：a.挖孔时要时刻注意是否存在

19、有害气体，并采取必要的通风措施，风量不应小于25 L/s;b.施工场地内的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器，各孔用电必须分闸，严禁一闸多用，孔上电缆必须架空2.0 m以上，严禁拖地和埋压土中，孔内电缆必须有防湿、防潮、防断等保护措施,照明应采用安全矿灯或12 V以下安全灯，确保用电的安全；c.孔内必须设置应急软爬梯，供施工人员上下使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠，并配有自动卡紧保险装置，不得使用麻绳和尼龙绳吊扶或脚踏井壁上下，电葫芦应用按钮式开关，使用前必须进行吊线的安全检查；d.提升时不得碰撞已挖完的孔壁，并随时检查提升设备的可靠性，保证安全

20、作业；e.弃土堆置在井圈一米之外,挖出的土方应及时运走，机动车不得在桩孔附近通行，暂停施工的孔口应加盖板并加0.8 m高的围栏围护；f.当桩净距小于2.5 m时应间隔开挖，挖孔时的控制深度应保证进入指定的持力层和桩的设计长度。工程实例：宝中铁路八方沟大桥：八方沟大桥位于宝中线K391+840.91处，桥式为832m预应力混凝土梁，全长272m。该处为、类湿陷性黄土,墩基础均设计为挖孔桩基础，两桥台分别为明挖基础和挖井基础。太原五一商厦：在勘探揭露的深度内,地层从上至下依次为：杂填土，平均层厚2.5m；黄土，平均厚度11.2m，自上而下又可分为三个亚层：a层厚约1.8m，中强湿陷性；b层厚约7.

21、9m，中等湿陷性；c层厚约1.5m，不具湿陷性；冲洪积成因的粉土及砂类土,平均厚度19.1m，中低压缩性。场地稳定地下水位在天然地面以下50m,不存在液化可能性。桩长22.3m，穿透湿陷性黄土层，桩径1.2m，另外在桩顶下5m及10m处各增加凸缘一圈，凸出300mm，桩身混凝土强度等级为C25。黄延高速公路第六合同段老庄河特大桥：该桥位于陕西省洛川县境内，桩径1.8m，桩长48102m。该桥位于黄土沟壑地区，地基分17个地质层，地下水埋深75m。由中铁四局七公司施工，施工中孔内积水达1030m。湿陷性黄土地区百米超长挖孔灌注桩在全国属首例，自2003年9月开工，到2004年4月底竣工，中心取芯

22、和超声波检测达到类桩标准。4.4.2旋挖钻机成孔旋挖钻机成孔采用泥水钻头。其工作循环为：对孔落钻钻进提钻反转解锁提升钻机回转卸土再对孔。每次钻孔时在深度表上对零，以检查钻进情况，提放钢丝绳恰到好处，紧则易使钢丝绳受力过大断裂，松则易使滚筒上的钢丝绳出槽、搅在一起，加大其磨损。每一个循环都要检查钢丝绳是否在滚筒槽内（通过后视窗检查），不允许钢丝绳乱槽操作，每天施工前检查钢丝绳是否有毛刺、断股现象，如有必要及时更换，否则易造成钢丝绳断裂导致钻杆掉进成孔的大事故。孔桩在钻进过程中以及终孔后灌注混凝土前，均需对孔径孔形，垂直度等指标进行检查，孔径孔形检查使用检孔器进行，检孔器用钢筋作成笼形、其外径与设

23、计桩经相同，长度为孔径的46倍，垂直度检测使用钻杆测斜或园球法进行。终孔并经确认后立即开始清孔，避免隔时过长泥浆沉淀造成清孔困难或坍孔。清孔时注意保持孔内水头。摩擦桩清孔采用搅动泥浆掺水置换浓泥浆浮碴的方法进行，柱桩采用抽碴法进行清孔，沉碴厚度采用测绳进行检测，检测时精确定位，确保沉碴厚度满足设计要求。清孔采用两次清孔法进行，第二次清孔在钢筋笼安装完成后进行。清孔完后及时进行混凝土灌注。4.4.3孔内深层强夯法（DDC法或SDDC法）基本概念：孔内深层强夯法，又称DDC（Down Hole Deep Compaction）法或SDDC（Super Down Hole Deep Compacti

24、on），是一种有效的地基处理方法。前者的主要特点是：先用长螺旋钻头在场地内钻成直径一般为400 mm 的孔，然后在孔内填入素土、灰土、建筑垃圾或其它材料，并用2060 kN 的重锤夯实，由下而上重复操作，直至形成直径为550600 mm 的桩体，并使桩间土挤密，从而形成DDC桩复合地基。后者则是在前者的基础发展起来的，它是用重锤（最大150 kN）夯击成直径约1 500 mm的孔，并对桩周土挤密，再在孔内填料并用重锤夯实，形成直径最大可达3 000 mm 的桩体。该法可用于处理杂填土、软弱土、湿陷性黄土和可液化土地基。 工作原理：地基处理的目的在于破坏湿陷性黄土的结构，以便全部或部分消除地基的

25、湿陷性。孔内深层强夯法在对孔内填料强夯过程中，迫使孔内填料侧向挤出，使桩周一定范围内的土体受到挤压、扰动和重塑，同时，强夯产生的巨大的夯击能量产生的波和动应力反复作用，迫使土骨架产生塑性变形能，从而提高土的密实度和抗剪强度，改善土的变形特性，所形成的复合地基在消除黄土湿陷性的同时，也大幅度提高了地基的承载力。较之土或灰土挤密桩，孔内深层强夯法处理后的复合地基的承载力更高且均匀，处理深度更深（一般可达2530 m），处理黄土湿陷性的效果更为理想。工程实例：西安市某粮库仓容扩建工程：场地地貌单元属渭河南岸级阶地，地基具湿陷性，承载力也不能满足工程要求，故采用孔内深层强夯法(SDDC)进行地基处理。

26、设计成桩直径为2.00 m，桩心距4.50 m，排距3.65 m，等腰三角形满堂布置。设计要求处理后桩间土湿陷性全部消除，复合地基承载力：对浅圆仓区域fak220 kPa，对立筒仓和工作塔区域fak350 kPa。兰化某街区住宅楼：场地坐落在黄河南岸级阶地上，地势开阔；场内地形平坦，由南向北稍倾高差。勘探深度范围内地基土可分为五层。其中黄土状粉土层：浅黄色，冲积形成，具针状空隙，根孔虫孔发育，空隙比0.8280.957，稍密；含水量5.918.8%，稍湿；液性指数小于0，呈坚硬状态，土质均匀，加有粉质黏土。具强烈湿陷性，湿陷系数s=0.0150.131；中等压缩性，本层埋深9.410.2m，层

27、厚9.410.2m。场地地下水埋深对混凝土具中等腐蚀性。4.4.4钻孔灌注桩成孔工艺比选：钻孔灌注桩有正循环成孔和反循环成孔，相对正循环成孔，反循环成孔有以下优点：钻进速度与成桩效率大幅度提高。钻头在工作时的最有利条件是被切割下来的岩土屑，立即能够从孔底带出并送到地面，这样可减少二次破碎，不会降低效率，增加钻头磨损。冲洗液携渣能力与介质的密度和运动速度平方成正比，所以影响有效排渣的因素是冲洗液的上返速度。钻孔桩施工的钻进速度主要取决于排渣速度。反循环钻进过程就是清孔过程，不但节省了时间同时可靠地保证孔底沉渣符合要求。机械钻进速度的提高和清孔时间的缩短促进施工效率的提高。正、反循环两种钻进速度的

28、差异，随着钻孔直径以及土层颗粒的增大而增大，一般来说对于地层和技术要求相同的情况，反循环施工速度是正循环的2倍左右。孔壁稳定、成孔质量好。反循环钻孔桩孔壁的稳定，主要是利用静水压力来平衡地层压力维持孔壁的稳定。根据土力学计算以及大量实践证明，只要保持孔壁任何深度处压力不小于0.2MPa，即使是在粘聚力较差的流沙层，使用经过处理的泥浆（冲洗液）也可保持钻孔不坍塌、不缩颈、不扩颈。混凝土浇注质量得到有效保证。灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序，“断桩”、“夹泥”、“堵管”等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有关。孔内压力值与冲洗液的浓度、密度、粘度有直接关系。正循环为了有效排渣，选用的泥

29、浆（冲洗液）密度高、浓度大，势必造成孔内压力大，这样混凝土从导管排出的阻力增大，浇注困难；另外正循环钻孔过程中因冲洗液浓度高、密度大所形成的过厚泥皮与孔底沉渣，很难从孔中完全清除，其中一部分在混凝土浇注过程中卷入冲洗液，更加大混凝土抬升的阻力，这种阻力在灌注临近结束时更加明显（此时孔内排出的泥浆密度、浓度明显加大，流淌缓慢），若处理不当，很容易使临近桩顶10m左右混凝土质量差、强度低，而该部分又是桩受力的关键位置。反循环成孔由于泥浆（冲洗液）密度、浓度、粘度都很低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶泥浆少，桩身混凝土质量明显提高。提高了单桩承载力，减小工后沉降。反循环钻孔过

30、程中形成的泥皮较薄从而使桩测摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层，单桩承载力较正循环成孔大，工后沉降小，宜优先采用反循环成孔工艺。废浆量减少，施工成本降低。反循环钻头切削的黏土土层呈块状，随即被吸入钻杆内腔，钻渣来不及水化就被排出孔外，废浆量势必减少。施工要点：泥浆制备。孔壁失稳地层一般是粉砂至中、粗砂层和湿陷性黄土层。湿陷性黄土吸水后粘土颗粒间自由水饱和，土体骨架结构受地应力作用极易破坏,孔壁失稳往往以块片状坍塌而呈洞穴或扩径现象。泥浆失水率12ml/30min以下、漏斗粘度2528s。此外泥浆应具备良好的携带钻渣能力。声测管植入桩体的检桩手段精度很高，桩体局部包泥渣特别是声测管周围局

31、部包泥渣均能被检测到。制作钢筋笼时砼保护衬垫不要安装在钢筋笼断面钢筋较集中的部位,而应置于声测管之间的最佳位置，保证水下混凝土自导管底口上返阻力均衡，防止在阻力较大部位(通常是断面钢筋较集中处)形成局部包泥渣，影响桩体质量。大直径深长桩灌注水下混凝土时间长，混凝土顶部沉渣相对加厚，必然引起混凝土由导管底口上返阻力加大而灌注不畅，特别是清孔不彻底且泥浆性能不良的情况下，桩顶段孔内泥浆固相沉淀层厚可达34m，造成重锤测量灌注混凝土面误差大，导管埋深控制困难。导管埋深量过大,提拔困难；导管埋深量过小，易造成桩局部缩径或局部桩体包泥渣等缺陷。因此灌注前必须对孔内泥浆性能的严格检测，控制泥浆在极小的含砂

32、量和适中的粘度指标范围内。避免在黄土中使用锅锥钻孔灌注桩。陕西特色的“锅锥钻”钻孔灌注桩在锅锥上、下及钻进过程中容易造成上部口径偏大，地下水位附近容易塌孔,且土层越软,偏大程度越强。因此出现下面情况：a.桩侧阻力分布取决于成孔工艺及地质构造情况；b.桩的受力状态有别于一般钻孔灌注桩,局部受力情况同变截面桩；c.这种施工工艺桩底沉渣厚度较厚, 黄土中锅锥钻孔灌注桩受力性能接近纯摩擦桩。4.4.5振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩是一种比较古老的施工工艺，但由于其成本低廉，施工质量容易保证，所以仍在广泛的使用。 成桩过程： 振动沉管灌注桩系采用振动沉管打桩机，将带有活瓣式桩靴的钢管沉入土层中，然后边灌注

33、混凝土边振动拔管而成。图1为振动沉管灌注桩施工过程示意图。特点：工艺简单，操作简便安全，施工速度快，效率高，容易保证质量。价格低廉，一次性投入少，多台桩机可同时投入工作。能适应较复杂的地层，能用小桩管打较大截面的桩。适用范围：适用于工业与民用建筑基础土质为一般粘性土、淤泥、淤泥质土、稍密的砂土及杂填土。 工艺流程见下图2。图2振动沉管灌注桩工艺流程 注意事项：振动沉管灌注桩可采用流水施工，依次向后退打。复打必须在第一次砼初凝前完成。第一次灌注砼必须达到自然地面，不得少灌。当进行复打时必须再次绑紧桩尖的活瓣。沉管过程中应经常探测管内有无地下水或泥浆，如发现水或泥浆较多，应提出桩管检查活瓣桩尖缝隙

34、是否过疏而漏进泥水。如果桩尖过疏要重新绑紧，并用砂回填桩孔后重新沉管，如发现少量的水时，一般可在沉入管之前先灌入0.1m3的砼封堵活瓣桩尖的缝隙再继续沉入。振动沉管灌注桩的中心距不宜小于桩管外径的倍，中心距小于桩管外径的倍时，可采用跳打；相邻的桩施工时，其间隔时间不得超过砼的初凝时间，中间需停顿时，应将桩管在停歇前先沉入土中。5桥涵工后沉降控制技术5.1桥梁工后沉降控制 由于土的物理性质多样性、土的变形机理复杂性、地质勘探精度导致的误差、土体本构关系局限性导致的误差、多变复杂的加载路径导致的误差、计算模型的简化，工后沉降设计值和实际值必然存在一定差异。控制桥梁工后沉降要从施工控制、沉降监测、沉

35、降预测、基础加固等方面进行。5.1.1施工控制合理选择成桩工艺，施工中基本上不引起桩周土的扰动,也不产生负摩阻力。钻孔灌注桩具有不受与负摩阻力有关的施工因素(包括群桩施工进度、上部结构施工进度等)的影响,也不受这些施工因素与其它因素之间相互影响的干扰等特点，一般情况下应优先选用此法。钻孔桩成孔工艺有正循环成孔和反循环成孔，反循环钻孔过程中形成的泥皮较薄从而使桩测摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层，单桩承载力较正循环成孔大，工后沉降小，宜优先采用反循环成孔工艺。但在湿陷性黄土地区，黄土的湿陷性会产生负摩阻力，从而加大桩顶沉降量；钻孔桩成孔过程中，桩周土受水泡的软化作用，侧壁摩阻力及桩底强

36、度会大幅度降低，膨胀土也存在同样问题。因此在湿陷性黄土地区和膨胀土地区，应优先选用旋挖钻成孔，同时也可选择人工挖孔桩成孔。对地基土层厚度不均匀、土层物理性质差异明显的基础要预先进行加固处理。桩基持力层宜坐落在地基土层压缩模量较大的地层,至少要ES7.5在施工验槽时特别要注意。湿陷性黄土场地的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧摩擦力大幅度减小，甚至消失；当桩周土产生自重湿陷时，桩周的正摩擦力迅速转化为负摩擦力。因此，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩（包括端承桩和摩擦端承桩），其桩底端以下的持力层，在非自重湿陷性黄土场地，必须是压缩性较低的非湿陷性黄土（或岩）层；在自重湿陷性黄土场地，必须是低压缩性的非

37、湿陷性黄土（岩）层。 这样，当桩周土受水浸湿，桩侧的正摩擦力转化为负摩擦力时，便可由桩底端下部非湿陷性黄土（岩）层所承受，同时桩基地基也不致因受水浸湿引起湿陷，以确保建筑物的安全与正常使用。防排水措施到位，防止地表水渗入基坑。尽量创造条件，对基础进行堆载预压。桥台施工要采取适当的施工程序。在建筑桥台之前,将台后填土以外的填土先行逐层夯实,待桥台结构建成后再进行台后填土。台背与台前的填土,宜同时逐层夯填密实,台背填土宜缓速施工,并观测桥台有无位移和变形。桩底适当扩径。5.1.2沉降监测沉降观测是沉降理论计算和预测的基础工作,它可用于计算程序的考核,并通过阶段沉降的反分析提供预测沉降的有关计算参数

38、。施工期间需做好沉降测量工作，严格按有关规范，定期观测，及时将观测资料图表化，对桩基础作累计位移时间分析曲线和位移速率分析曲线，及时将观测资料反馈设计人员。5.1.3沉降预测 沉降预测的方法主要有：灰色系统理论的GM(1，1)曲线模型、Aeax曲线模型、人工神经网络模型、概率统计预测法、基于随机场理论的桩基沉降预测方法等。 GM(1，1)模型是灰色系统理论的核心内容之一，建模较为复杂。Aeax曲线函数属于可线性化函数，建立模型时，采用先对指数函数两端取对数化为线性函数，然后用最小二乘法进行参数估计。GM(1，1)曲线模型和Aeax曲线模型对于呈指数变化规律的系统能获得较好的预测结果，两种模型对

39、基桩累计沉降的预测符合工程实际， GM(1，1)模型对基桩后期的累积沉降的预测相对误差小于1.6%，而指数曲线模型预测的相对误差小于1.7%；对各级荷载作用下的本级沉降预测不够合理，误差达到了16%。人工神经网络模型是利用神经网络较强的高次非线性映射能力和学习功能，建立基于人工神经网络的单桩极限承载力与沉降量的预测模型。模型基本输入参数是桩侧土体的物理状态指标、桩端土的物理状态指标、桩身的几何尺寸（桩长，桩径）以及桩型与施工工艺。模型中第一级网络输入参数为桩侧土体与桩端土体的土性指标以及桩身几何尺寸，输出的为单桩极限承载力；第二级网络的输入为第一级网络的输入和输出，输出为极限沉降量和实际沉降量

40、。人工神经网络模型预测相对误差一般为7%。概率统计预测法是将基桩沉降特征用影响基桩沉降的因素表达，并用概率统计的方法确定各种影响因素出现的概率和影响程度，从而推算出基桩沉降预测值。这种方法的前提是有大量已知的实测资料，并且待定桩的沉降特征和样本有可比性。基于随机场理论的桩基沉降预测方法是针对土性指标普遍存在的变异性与自相关性，引入随机场理论分析方法，在研究桩基沉降概率分布特征及其特征值计算的基础上，提出的一种估算桩基沉降上限的方法。实际使用中，建议采用Aeax曲线模型。5.1.4基础加固 一旦通过监测数据，预测工后沉降将严重超标，就要及时采取加固措施，延缓沉降速率，减小沉降总量。常见的基础加固

41、处理方法：静力压桩法。一般情况下，采用静压桩加固是既安全、经济、快速的方法。 实例1：广东省太平某大桥基桩沉降加固。该桥为柱下单桩基础，基础采用钻孔灌注桩，桩端持力层为全风化砂岩。在桥面主体结构施工完毕准备施工沥青路面前，即1996年10月3日发现该桥41#58#墩各桩均有不同程度下沉，最大沉降量约为10.4cm。对位沉降量大于4cm小于9cm的桩加4条静压桩，对于沉降量大于9cm的桩加6条静压桩。静压桩布置如下图3。图3 静压桩平面布置图置换及拌入法。以灰土、砂砾、碎石等材料置换软弱土体,形成复合地基,或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆,以及石灰等物,形成固体,与未加固部分形成复合地

42、基,达到提高地基承载力,减小压缩量的目的。如:垫层法、开挖置换法、高压喷射注浆法、深层搅拌法、碎石桩法、石灰桩法、粉喷桩法、低强度桩法等。对位于地下水位以下的桩基，采用对桩底持力层旋喷加固的方法经实践证明是一种行之有效的方法。条件是桩周摩阻力足以支承上部荷载，桩底局部短时淘空时不会发生大的沉降变形。实例1：萝岗互通匝道桥桩基沉降加固。萝岗互通是广惠高速公路与广州北二环高速公路的互通立交，基础全部是摩擦桩，最大沉降9cm。发生沉降后,经验算,沉降大于3cm的桩桩底持力层的安全度不足,决定对这部分桩底持力层进行旋喷加固处理。在桥墩处每条桩下加3条旋喷桩，在桥台处每条桩下加2条旋喷桩,桩径800mm

43、，桩身强度不低于3MPa。沿桩侧打斜孔到桩底,若桩底以下5m为砂质粘性土或全风化花岗岩，则旋喷长度6m，其中桩底以下5m，桩底以上1m；若桩底以下5m内遇强风化岩，则进入强风化岩1m，并从该处旋喷至桩底以上1m。 实例2：广东省太平某大桥基桩沉降加固。对位于河中的桩基采用桩底旋喷加固。旋喷桩布置如下图4。图4 桩底旋喷桩布置图 振密、挤密法。振密、挤密法的原理是采用一定的手段,通过振动、挤压使地基土体孔隙减小,强度提高,达到地基处理的目的。如:表层压实法、强夯法、振冲挤密法、高真空击密法等。大运高速公路有几处桥梁处于湿陷性黄土地基上,桥基地层有较厚的黄土层,钻孔灌注桩基础,于施工完成时即发生差

44、异沉降,分析其原因是设计时对负摩阻力的影响考虑不足,桩长偏短。综合工期和施工条件采取了挤密地基、扩大承台加桩基的补救措施。中铁二十三局集团有限公司在郑西客运专线试验段工程中，对湿陷性黄土地基处理取得一些成功经验。分析研究认为:当湿陷性黄土厚度不大于3m时,灰土垫层是一种经济有效的方法(但一般需要较大的翻挖场地,不利于冬、雨季施工)。深度相对较大(46m)且环境影响要求较低时,可选择强夯法,但它的有效性与夯击的最佳击数(912击)、夯锤的底面积(锤重1015t,锤底面上静压力宜为2025kPa)、以及地基土的含水量(最好为最优含水量附近)有关。更大深度(大于8m)宜选择挤密桩(孔内填以灰土或素土

45、)、搅拌桩或CFG桩,这些是处理厚湿陷性黄土地基的经济有效的方法,而且对调整地基的不均匀性和提高防水抗渗性能也有一定的作用。排水固结法。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分组合而成的,排水系统可在天然地基中设置竖向排水体(如普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等),以及利用天然地基土层本身的透水性。加压系统有堆载法、真空法、降低地下水位法、电参法以及联合法。加筋法。通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力构件等达到提高地基承载力,减小沉降,或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。如:土工聚合物、加筋土等。太长高速公路跨越武源河时,桥台后路段地基属湿软地基,松散冲洪积物土层较厚,经计算压缩

46、层厚度约10,故路堤沉降较大,而桥梁沉降较小,将会造成差异沉降,因此处理好二者之间的沉降差是本次设计的关键。结合常规的软基处理方法,决定在武源河大桥两侧桥头段采用低强度混凝土桩处理。为了增强地基处理的效果,在基底铺设TGS3020化纤高强土工格栅一层。青海省平安至西宁高速公路94+529处的通道桥的下部结构为单层混凝土扩大基础,混凝土重力台墙,上部结构为钢筋混凝土空心板梁,通道桥长22 5,宽26。该桥于2000年11月完工,到2001年3月桥台发生不均匀沉降,最大湿陷沉降量达24。2001年4月对该桥实施了石灰桩结合钢筋混凝土枕梁复合托换加固。5.2涵洞工后沉降 涵洞工后沉降控制原理和桥梁相

47、同，但涵洞还会产生差异沉降。5.2.1差异沉降的产生涵洞属刚性体,自身荷载轻,沉降小;而涵洞两侧为路基回填土,存在自重固结,若自然沉降时间较短（工期较紧,施工进度快）, 尤其是回填土厚度较大时其工后沉降量可能加大，结构物与路基之间因沉降不均匀，导致差异沉降。5.2.2差异沉降的加固处理 对差异沉降可采用注浆方式加固涵洞两侧的路基土体,以减小其工后沉降,从而减小其与涵洞之间的差异沉降。 注浆主要技术指标注浆孔的布置及深度:平面上注浆孔一般平行结构物轴线布置,其孔数和间距根据实际情况而定,以注浆时不出现串孔现象为宜。孔深自路面以下至结构物底面位置。注浆材料及配比:采用32.5普通硅酸盐水泥配成的纯

48、水泥浆液,并按比例加入速凝剂。为确保注浆效果,同时减少材料浪费,采取不同的水灰比来进行浆液配比,如第一次注浆浆液的水灰比为11,第二次为0.81,第三次为0.61。浆液注入方式:采用间歇式多次注入方式,见工艺流程所述,至少分四次注入,每次间歇时间停滞12。若在注浆时发现其他地方冒浆情况严重,则适当延长停滞时间。注浆压力控制:注浆压力应根据不同土体的渗透系数及土的孔隙率来确定,同时综合考虑所加固土体厚度、浆液浓度、注浆速度等因素。定性而言,几次注浆的压力应逐渐加大,如第一次可控制在0.4MPa以内;第二次在0.6MPa以内;第三次可调大,直至1MPa以上。结束注浆标准:在工程开工前可根据加固范围

49、及注浆孔个数估算每个注浆孔的大致水泥用量/(平均值),以作为结束注浆的参考。在注浆压力达到1以上并稳定时,或者灌浆用水泥量达到或超过/时,可结束该孔的注浆。具体施工中有关指标可根据实际情况进行修正。 注浆施工工艺及方法工艺流程:钻机就位回转钻进成孔(泥浆护壁)清孔埋设钢花管及封孔壁第一次注浆再次注浆(降低水灰比)重复前两道工序封孔结束注浆。施工方法:采用普通的-1型钻机成孔,用泥浆护壁。注意钻机就位后应先调平,以确保成孔的垂直度。钢花管加工及打入:钢管事先加工好丝扣,以驳接注浆管接头;四周用电焊加工花眼,间距30;管底打成楔形。用钻机上所带吊锤打入孔内。清孔:主要是清除孔底的钻渣,泥浆不能太稀

50、。封孔:在钢管与孔壁之间塞入碎布等物,再用掺高效速凝剂的水泥浆封好,待凝固。第一次注浆:将注浆泵的注浆管接到钢花管上。按11的水灰比加4%CaCl2拌制好水泥浆液,然后启动注浆泵开始注浆,注浆时注意如实记录压力表度数和压浆量。当注浆水泥用量达到平均值,或者地面其他地方出现冒浆、隆起时,暂停注浆,停滞时间12。调整水灰比,重复注浆工序至少三次,直至该孔水泥用量达到或超过/,或注浆压力达到1MPa以上并稳定时。注浆完成后将管口封死,以防串孔。按要求作好有关施工记录,然后移位至下一孔位注浆。6连续梁桥悬臂灌注法施工 郑西客运专线连续梁桥跨径有：48m、64m、80m，施工主要技术问题是线型控制和质量

51、通病防治。6.1 连续梁桥线形控制关键技术线型控制要测定的主要参数有：挂篮的变形值、施工临时荷载、梁体混凝土容重、弹性模量、预应力损失、混凝土的收缩与徐变、温度。需要根据计算的施工预拱度及设计标高，确定待悬灌梁段立模标高，并根据挠度观测资料进行调整。除此之外，根据历年连续梁桥、连续刚构桥施工经验教训，还应注意以下几个方面。6.1.1确保纵向预应力的有效性预应力的有效性的意义：纵向预应力的有效性是结构强度安全的基本保证，也是线型控制的关键因素。纵向预应力有效性的降低具有时效性，随着悬灌节段延伸，已张拉的纵向束预应力有效性逐渐降低，则会引起已完成桥面整体下挠，设计预留抛高量不足，后面的悬灌节段不得

52、不加大抛高量，从而在桥面形成折线。桥面标高控制不好还会给合拢造成困难，往往因为合拢段两端标高超限不得不加配重调整，造成梁体较大的次内力，给梁体耐久性留下隐患。引起纵向预应力有效性降低的原因：施工工艺造成的锚下预应力偏小。研究表明，由于应力的传递和分布要有一定的时间，施工时张拉到K持荷5min不足以完成这个过程，因结构应力重分布造成了预应力损失。混凝土结构试验方法标准中规定：荷载试验要求分级加载，每个加载等级持荷时间不小于10min，就是为了给结构一定的应力重分布时间。实际锚口摩阻损失值比估计值偏大。铁路桥涵施工规范(TB102032002)仅规定必要时进行锚圈口及孔道摩阻损失测定，张拉时予以调

53、整。至于什么情况下应进行测定没有明确规定。施工中除非设计有明确要求，一般不做这些测定。施工根据相关资料按5%7%考虑，根据我们历年积累的铁路桥梁同类锚具的锚口摩阻试验资料，锚口摩阻损失值的波动范围比较大，在4%20%之间，一般都在10%以上。施工期间的温度和设计基准温度不同造成的有效预应力误差。连续梁合拢前虽然是静定结构，但由于预应力钢筋和混凝土二者线膨胀系数不同，其应力状态仍然受温度变化的影响。由混凝土收缩徐变造成的预应力损失计算误差。混凝土收缩徐变值受下列因素影响：a.现有的预测模型对混凝土徐变收缩的预测误差均在20%以上。b.混凝土配合比的变化（水灰比、水泥用量、添加剂）对混凝土的收缩徐

54、变特性有较大的影响，尤其是对混凝土后期徐变的影响。c.加载龄期对混凝土的徐变有较大影响。根据有关研究表明，混凝土的加载龄期早，混凝土水化反应还在进行，且强度低。因此加载龄期越早，混凝土徐变越大。预应力混凝土连续刚构桥梁受工期控制，一般混凝土在浇筑23天左右就开始了预应力张拉加载，龄期短，混凝土收缩徐变大，而此时梁面标高已经确定不可改变，因此主梁下挠变形值加大。d.预应力度的大小对混凝土的徐变有影响。研究表明，徐变变形随预应力度的增大有明显减少的趋势，反之亦然。因此若预应力度较小，则徐变变形可能增大，导致主梁下挠变形增大。e.混凝土徐变变形加大，预应力束的预应力损失也相应加大，进一步减小了预应力

55、度，从而导致主梁下挠变形值加大。混凝土弹性模量设计取值与施工实际不同造成的预应力损失计算误差。现在施工中普遍采用泵送混凝土，混凝土强度高、水灰比大，使用了减水剂、缓凝剂；同时为了加快节段施工进度，保证预应力施工时的混凝土强度，水泥用量也较大。这样混凝土的弹性模量将比设计值低，张拉时的伸长量比设计值偏大，并往往超出规范规定的范围。因此，施工中应严格控制节段施工速度，每一节段施工周期应控制在7d。压浆不饱满。压浆不饱满时，在运营荷载作用下，预应力钢束在孔道内发生相对位移，对孔道产生磨损，从而使预应力钢束产生松弛，应力随之降低。确保纵向预应力的有效性的措施：施工时张拉到K持荷时间不低于10min。正

56、式张拉前要做孔道摩阻试验，且长束和短束均要做。根据试验结果调整张拉控制力。张拉时尽量选择在温度和设计基准温度相近的时间。混凝土原材料来源稳定，施工期间不要更换材料。混凝土配合比设计要尽量降低水泥用量，减小水灰比。不预施应力时混凝土强度、弹模均不得小于设计值，且混凝土龄期不小于5天。采取工艺措施、制度措施，严格控制压浆质量。6.1.2保证箱梁节段接缝质量成桥后连续梁桥挠度继续增加，除混凝土的收缩徐变外，长期荷载下接缝处混凝土将产生明显的剪切徐变，由此引起主梁挠度的增大是不容忽视的。影响竖向接缝质量的因素有：挂篮下挠变形的影响。施工中，随着混凝土的灌注，挂篮前端逐渐下挠，而已浇筑的底层新鲜混凝土和

57、已成梁段混凝土之间结合还是非常薄弱的。挂篮的下挠将导致混凝土沿节段端面形成竖向微裂。这种微裂在箱梁节段间是客观存在的，不可避免的。混凝土施工工艺影响。采用一次浇筑方法时，混凝土初凝时间7h；未严格控制“由外向里”的混凝土浇筑原则，另外在顶板浇筑时，在混凝土初凝之前，未对腹板接头处进行二次振捣，使不断增加的混凝土重量对节段断面产生裂缝。漏浆。在分节段悬臂浇筑施工中，新节段混凝土的浇筑是以先浇节段端面为端模，而新节段模板与旧节段的搭接在实际施工中常难全面密封，在混凝土浇筑及振捣时难免有部分水泥浆从接缝中泄漏出去。水泥浆的泄漏必然要影响接缝附近混凝土的质量从而影响竖向接缝的质量。端头模板拆除或混凝土

58、凿毛过早。在混凝土未达到规定强度就拆除端头模板，往往使先浇节段接缝附近的混凝土因拆模振动而导致局部开裂甚至松散。凿毛也应在混凝土达到一定强度后才能进行，对尚不具有一定强度的混凝土进行凿毛，其附近的混凝土会因受到局部冲击而产生裂缝，使接缝附近混凝土的强度明显降低。6.1.3保证竖向预应力有效性 竖向预应力有效性降低会明显降低腹板抗剪承载力。竖向预应力短钢筋的应力损失是明显的，如32高强精轧螺纹钢筋锚段长5000mm，张拉控制应力675MPa，滑移2?mm，预应力损失=E=2061032/5000=82.4MPa，损失率达12.2%。竖向预应力钢筋张拉锚固应力损失主要是因为钢筋纵向滑移。滑移量的产

59、生有三个方面：由于YGM锚具上没有张拉时千斤顶撑套与锚板中心对中的定位装置，若撑套偏差，松顶后，锚固螺母锥体端沿着垫板凹槽45斜面滑移，这个量比较显著，偏移量多少滑移量多少，如图5。图5螺母滑移原理高强精轧螺纹粗钢筋的外螺纹牙体与YGM锚具中锚固螺母和连接器的内螺纹的牙体因制造公差而产生的接触面上的滑移。由于精轧螺纹粗钢筋锚具为螺母式锚具，其锚固时的拧紧操作存在较大的人为因素。这些滑移量是不可避免的，在设计和施工中也不能忽略。施工工艺上应采用二次补充张拉，并确保压浆质量。但不能采用超张拉，防止锚下张拉控制应力超过其抗拉强度标准值。6.2悬灌施工中的质量通病 连续梁悬灌施工已经是一个成熟的技术，

60、但真正做好悬灌施工，还要注意避免以下质量通病。所谓的质量通病，绝大部分是粗放的施工管理造成的，是可以预防的。内模跑模、涨模。预留孔洞未填满。钢绞线外露段用电弧焊、气焊切割。锯齿块模筑混凝土表观质量差。箱梁内部的蜂窝麻面。箱梁内部残留较多施工垃圾。横向预应力束封锚质量差，锚头外露。箱梁沿节段接缝处开裂。6.3箱梁应力监测为了确保箱梁悬臂施工安全进行，在施工过程中对箱梁控制截面应力状态进行监测。这是不同于以往箱梁悬臂施工的一个显著特点。7耐久性混凝土施工技术7.1 原材料要求7.1.1集料混凝土中集料体积大约占混凝土体积的3/4，由于所占的体积相当大，所以集料的质量对混凝土的技术性能和生产成本均产

61、生一定的影响。在配制C50混凝土时，对集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率等必须认真检验，严格选材。这样才能配制出满足技术性能要求的混凝土，同时又能降低混凝土的生产成本。细集料砂材质的好坏，对C50以上混凝土拌和物和易性的影响比粗集料要大。选取级配良好的河砂。因为河砂比较干净，含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能符合要求。砂的细度模数宜控制在2.63.3。细度模数小于2.5时，拌制的混凝土拌合物显得太粘稠，施工中难于振捣；且由于砂细，在满足相同和易性要求时，增大水泥用量，这样不但增加了混凝土的成本，而且影响混凝土的技术性能，如混凝土的耐久性、收缩裂缝等。砂也不宜太粗，细度模数在3.3以上时，新拌混凝土在运输浇筑过程中容易离析，且保水性能差，从而影响混凝土的内在质量及外观质量。C50泵送混凝土的砂细度模数控制在2.62.8之间最佳，普通混凝土控制在3.3以下。另外砂中杂质的含量如云母含量小于1%、含泥量不超过2%，否则不但影响混凝土拌和物的和易性，而且影响混凝土的强度、耐久性，引起混凝土的收缩裂缝等。粗集料粗集料的强度、颗粒形状、表面特征、级配、杂质的含量、吸水率对C50混凝土的强度有着重要的影响。高强度的集料才能配制出高强度的混凝土，应选取质地坚硬、洁净