钻孔灌注桩基础在临时结构中的应用

孙 福 强

（江苏省交通工程集团有限公司 江苏 镇江 ２１２００３）

摘 要：通过对临时结构（施工支架）基础方案比选，确定了“钻孔灌注桩基础”方案，该方案的成功运用，取消了支架预压程序，顺利完成了Ｖ型墩身和０＃块施工。简要介绍了钻孔灌注桩基础承载力设计、变形沉降值计算及控制、桩基础施工及控制、监测结果等，对钻孔灌注桩用作沉降控制要求高的临时结构基础具有一定的推广意义。

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关键词 ：临时结构；基础；钻孔灌注桩；承载力；变形沉降值

中图分类号：TU473 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．08．０46

钻孔灌注桩一般用作永久性结构的基础，而临时结构一般采用混凝土扩大基础、钢管桩基础等，在江苏省镇江市镇大公路Ａ２标、３３８省道镇江段Ａ３标京杭运河大桥主桥的Ｖ型墩、０＃块施工过程中，笔者采用钻孔灌注桩作为现浇支架的基础，获得了成功。本文将简要介绍临时结构中钻孔灌注桩基础的设计、施工及使用情况。

１ 工程概况

３３８省道镇江段京杭大运河桥主桥桥型为Ｖ腿支撑桥梁，跨径组合为６７ｍ＋１０６ｍ＋６７ｍ，分两幅桥设置。主梁为预应力混凝土箱梁结构，采用单箱双室箱型断面，梁底曲线为三次抛物线，梁顶宽２１．５ｍ，梁底宽１３．５ｍ；Ｖ腿顶对应箱体处设置２ｍ宽横梁；在Ｖ腿外支点处梁高为５．３５ｍ；Ｖ腿横向宽度为１３．５ｍ，厚２ｍ；承台宽７．５ｍ，长２４．３ｍ。

Ｖ墩及０＃块底板支架整体设计，厂内加工，现场拼装，一次性吊装就位，Ｖ墩、０＃块结构及整体式型钢支架见图１。底板支架采用１１组型钢片架，单组片架采用２［２０ｂ组拼，支架与墩身同宽。骨架顶面设置［１０作为分配梁，分配梁上铺设竹胶板。外支架设置两个支点，内支点支撑于承台上，外支点位于承台外侧，支撑于贝雷横梁上，横梁采用３排３２１战备贝雷，采用４５框架连接。

外支点在箱梁０＃块施工时，受力最大，单个外支点最大合力为２２８．３ｔ（竖向），因此，外支点的承载力及变形沉降值必须满足结构要求，以防因其沉降过大导致Ｖ腿跟部上缘开裂。

２ 基础设计思路及方案选择

２．１ 设计思路

Ｖ墩及０＃块底板支架线型组合为：４９°斜线→Ｒ＝３ ０００ ｍｍ圆弧线→斜直线（见图１），支架实施模拟荷载预压难度非常大。预压的目的是消除非弹性变形，测出弹性变形，给预拱度设置提供数据，并检验支架的稳定性。若沉降值能准确估算且较小，则可直接按计算值设置预拱度，而不必再进行预压。由支架结构分析可知，外支架体系变形沉降来自上部结构（支架基础以上部分）和基础，其中：①上部结构为型钢支架，变形由弹性压缩（片架竖杆）和间隙压缩（模板与片架、片架与横梁、横梁与基础之间的间隙）产生，相应的变形沉降值可通过计算和经验得到，数值较小，可直接用于预拱度设置；②剩余变形均由基础部分产生，因此，基础变形的大小及稳定性决定了支架是否需预压。

最终统一意见，确定如下设计思路：选择合理经济的基础方案，有效控制基础的变形及沉降数值，按计算沉降值设置预拱度，取消支架预压。

２．２ 设计原则

基础设计主要考虑承载力、强度、稳定性及沉降值问题，根据工程特点、结构要求及规范要求，确定了如下设计原则：①基础承载力满足设计要求；②基础强度满足要求；③地基及基础整体稳定性有足够保证；④基础沉降值控制在５ｍｍ以内。

２．３ 方案比选

根据设计原则，对混凝土扩大基础、钢管桩基础及钻孔灌注桩基础的适用性及特点分析如下：

（１）混凝土扩大基础。适用于土质较好的陆上基础。混凝土扩大基础施工简便，周期短，但承载力受限于地基承载力和基础尺寸，且沉降比较明显，地基需经过特殊处理，支架需进行整体预压。

（２）钢管桩基础。适用于土质差的陆上基础和水中基础。钢管桩基础用钢量大，承载力受地质、入土深度限制，承载力越大，入土越深，沉桩、拔桩设备要求越高，回收越难，耗用越大。并且沉降大，支架需进行整体预压。

（３）钻孔灌注桩。适用于荷载较大，地基上部土层偏弱，适宜的持力层位置较深的陆上、水中基础；还适用于地基计算沉降过大，或结构物对不均匀沉降很敏感的情况。桩基础设计正确，施工得当，它具有承载力高，稳定性好，沉降量小而均匀的特点。

２．４ 确定方案

桩基础的变形由桩的变形和沉降引起，数值一般较小，可以通过计算获得。在施工中通过严格按设计和规范要求控制各施工工序，保证桩基施工质量，使得桩基承载力和沉降值满足设计要求。从控制基础沉降、综合施工成本等角度考虑，为了能控制基础沉降，减少预压程序，保证施工质量，决定采用钻孔灌注桩基础。

结合桩顶横梁的受力、变形计算，基础布置形式如下：单只承台两侧各设４根φ１．０ｍ的钻孔灌注桩，桩间距为４．３ｍ＋４．１ｍ＋４．３ｍ，桩中心轴线距承台边２．６５ｍ（见图２）。

３ 基础设计

３．１ 单桩设计荷载计算

０＃块浇筑过程中，单侧外支点产生最大竖向荷载约为２２８．３ｔ，单侧１１片片架均布于垫梁上。片架作用力按均布荷载考虑，垫梁按３跨连续梁进行计算，ｑ＝２２８／１３．５＝１６．８９ｔ／ｍ，荷载按均布荷载布置（见图３）。

经计算得：

ＱＢ＝ＱＣ＝７７．８ｔ；ＱＡ＝ ＱＤ＝２９．３ｔ

３．２ 单桩承载力计算

（１）Ｐ＝Ｕ×∑（τｉｈｉ）／２＋Ａｐｑｒ。公式中：Ｕ为单桩周长；τｉ为第ｉ层土的侧向摩阻力（查阅地质勘察资料）；ｈｉ为第ｉ层土的土层厚度；ｑｒ为桩端土承载力允许值，ｑｒ＝ｍ０λ［［ｆａ０］＋ｋ２γ２（ｈ－３）］。

（２）单桩承受外荷载按７７．８ｔ考虑，灌注桩直径为１ｍ，桩顶标高均按＋４．６０４ｍ控制，其中：１２＃墩，３－４层土桩作为持力层，长２６．０５ｍ（桩底标高为－２１．４４６ｍ），计算桩长为２２ｍ；１３＃墩，拟采用３－３层土作为持力层，桩长２０．５５ｍ（桩底标高为－１５．９４６ｍ），计算桩长为１６．５ｍ。

（３）１２＃主墩支撑桩承载力。查《公路桥涵地基与基础设计规范》，沉淀层厚度按３０ｃｍ控制，ｍ０＝０．７；３－４为不透水性土，ｌ／ｄ＝２２，则λ取０．６８５；ｋ２取１．５；根据计算γ２＝４１．４。

Ｒａ＝１／２×π×１×［１５×（０．５５４＋２．１）＋４０×（１６．１－２．１）＋６６×（１８．８－１６．１）＋５６×（２１．４４６－１８．８）］＋π×０．５２×０．７×０．６８５×（２５０＋１．５×４１．４×２２）＝１ ４５５＋６０８＝２ ０６３ＫＮ＝２０３．７ ｔ

Ｐ＝Ｑ＋Ｇ砼＝７７．８ｔ＋π×０．５２×２６．０５×２．５＝７７．８＋５１．１＝１２８．９ｔ（未扣除置换土重）≤Ｒａ

同理得：１３＃主墩：Ｐ＝１１８．１ｔ（未扣除置换土重）≤Ｒａ＝２２６ｔ

３．３ 桩基沉降计算

（１）公式中：Ｅ为桩身的受压弹性模量；Ａ为桩身横截面面积；ｌ０为地面以上部分桩长；ｈ为地面以下部分桩长；ξ为系数；Ａ０为外力自地面以（φ内／４）角扩散至桩底平面处的面积；Ｃ０为桩底平面的桩基土竖向地基系数Ｃ０＝ｍ０ｈ；ｍ０为地基土比例系数。

（２）１２＃墩支撑桩沉降计算。采用Ｃ２５砼，Ｅ＝２．８×１０４ＭＰａ；Ｄ＝１．０ｍ，ｌ０＝４．０５ｍ，ｈ＝２２ｍ。

查阅地质资料，３－４层层土：φ内＝１４０，Ｉｌ＝０．３

Ｉｌ＝０．３，则查“非岩石类土的比例系数ｍ值表”得ｍ０＝１０ＭＮ／ｍ４；摩

同理，１３＃墩沉降计算为：Ｓ＝１．６９３ｍｍ。

经过计算：１２＃墩位支撑桩承载力为１２８．９ｔ时，沉降量约１．４ｍｍ；１３＃墩位支撑桩计算荷载为１２０．４ｔ时，沉降量约１．６９３ｍｍ。

３．４ 桩基配筋

支撑桩属于临时结构，主要在Ｖ墩、０＃块施工期间承受竖向荷载，此外在承台施工过程中（承台基坑开挖至支撑桩边沿），承受一部分土压力，故考虑在桩上部设置９ｍ长钢筋笼。钢筋笼按照构造配筋： 主筋配置８φ１６（Ⅱ级）；内加劲箍采用φ１６（Ⅱ级），螺旋箍筋采用φ１０（Ⅰ级）。

４ 桩基施工

支撑桩采用旋挖钻成孔、水下灌注混凝土工艺施工，施工控制要求与工程桩一样，施工控制执行《公路桥涵施工技术规范》（ＪＴＪ０４１－２０００）标准，在此不再赘述。主要施工质量控制事项如下：①采用旋挖钻钻孔，成孔速度快，钻孔过程中及时补充泥浆护壁，防止孔壁坍塌；②成孔后，立即验孔，主要检验孔深、孔径，并清理孔内沉淀泥块；③沉淀层厚度必须小于３０ｃｍ；④钢筋笼顶部与护筒固定，防止混凝土浇筑过程中钢筋笼上浮。

５ 监控检测、数据分析

（１）施工过程中对基础沉降进行了观测，沉降值与设计计算值接近，右幅１２＃墩支架各基础沉降值见表１。

（２）桩沉降实测值分别为２ｍｍ、３ｍｍ，考虑仪器测量误差影响，实际沉降值与设计值比较接近，并且满足施工控制标准，保证了Ｖ墩、０＃块的施工质量，也证明了桩基础方案的可行性；同时也说明：在基础沉降值可以通过计算得出，且较小的情况下，可以通过设置预拱度减少支架预压程序。

６ 其它作用

（１）可作为承台基坑边坡支护。减小承台基坑放坡坡度，若土质较好，可形成９０度坡壁。

（２）本文基础沉降观测值是采用Ｓ２水准仪观测的，若采用Ｓ１水准仪（或Ｓ２＋测微器）观测，可以得出更加精确的数据。

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参考文献

１ 凌治平，易经武，洪毓康．基础工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９８

２ 汪正荣．建筑施工计算手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２

（责任编辑 何 丽）