公路浅基础施工技术-公路工程施工技术

浅基础也称扩大基础或明挖基础，是指在原地面直接开挖修筑的一种桥涵基础，一般以片石（块石）、片石混凝土、素混凝土或钢筋混凝土建造。桥梁墩（台）常用的浅基础的平面形式有矩形、圆端形、圆形、八角形和T形等。

无论何种形式的浅基础，在实际施工过程中常根据工程地质和水文地质、开挖的深浅与大小以及有无水和水量大小等情况的不同，将其施工方法分为无支护开挖（直接开挖）法和支护开挖法。

公路工程桥梁的浅基础一般设于承载力较高的基岩上。

1）浅基础施工工艺及流程

浅基础施工工艺流程见图6.5。

2）基坑开挖前的准备

基坑开挖与自然条件较密切，应充分了解工程周围环境与基坑开挖的关系。在确保基坑及周围环境安全的前提下，合理确定施工方案，准确选用支护结构。

①了解工程地质及水文地质条件。在施工前应掌握工程地质报告，对基坑处的地质构造、土层分类及参数、地层描述、地质剖面图及钻孔柱状图应充分了解。

②工程周围环境调查。基坑开挖会引起周围地下水位下降，地表沉降会对周围建筑物、管线及地下设施带来影响，因此在基坑开挖前，应对周围环境进行调查，采取可靠措施将基坑开挖对周围环境的影响控制在允许的范围内。

③浅基础地基施工前，应对基坑边坡进行稳定性验算，并制订专项施工方案和安全技术方案。若基坑开挖需爆破，爆破作业的安全管理应符合现行国家标准的规定。

④基坑开挖时应对其边坡的稳定性进行验算，对于开挖深度超过5 m的特大型深基坑，除按照边开挖、边支护的原则开挖外，在施工开挖之前，应编写专项的边坡稳定监测方案。

⑤基坑的定位放样。在基坑开挖前，测量放样人员根据施工技术人员提供的基坑开挖边线尺寸及位置计算出基坑边线控制点坐标，采用全站仪或GPS放样出基坑的开挖范围。

3）引截地表水

基坑开挖前应先做好地面排水系统，在基坑坑顶外缘四周向外设置排水坡或设置防水梁，在适当距离处设截水沟，应采取防止水沟渗水的措施，避免影响坑壁稳定。在雨季施工过程中，特别注意地表水的截流，防止基坑大规模的进水。

图6.5　浅基础施工工艺流程

4）基坑开挖

（1）无支护开挖

当基坑所处区域土质条件较好，无水或少量地下水，基坑深度较浅，施工期较短，基坑开挖不影响临近建筑物安全时，可采用无支护形式对基坑进行开挖并尽量在少雨季节施工。

①开挖形式的选择。常见的无支护基坑坑壁形式有垂直坑壁、斜坡和阶梯形坑壁、变坡度坑壁3种（图6.6）。

图6.6　基坑开挖形式示意图

天然含水量接近最佳含水量、构造均匀、不致发生坍滑、移动或不均匀下沉土质的基坑开挖可采取垂直坑壁的形式。不同土质状态垂直坑壁容许深度见表6.1。

表6.1　无支护垂直坑壁基坑容许深度

附近无重要构筑设施、地下管线及施工场地许可的地区，基坑深度在5 m以内，土的湿度正常、土层构造均匀，基坑坑壁坡度可参考表6.2，采用斜坡开挖或按相应斜坡高、宽比值挖成阶梯形坑壁，每级台阶高度以0.5～1.0 m为宜。阶梯可兼作人工运土的台阶。

表6.2　基坑坑壁坡度

坑壁边缘应留有护道，静荷载距基坑边缘不小于0.5 m；动载时，坑顶缘与动载间应留有大于1 m的护道。如地质、水文条件不良或动载过大，应进行基坑开挖边坡检算，根据检算结果确定采用增宽护道或其他加固措施。

基坑穿过不同土层时，坑壁边坡可按各层土质采用不同坡度。当下层土质为密实黏性土或岩石时，下层可采用垂直坑壁。在坑壁坡度变化处可视需要设不少于0.5 m宽的平台。

当开挖后，坑壁有失稳的可能时，可对边坡进行喷射混凝土、挂网喷射混凝土及施做土钉或锚杆等方式进行坑壁防护，并应符合下列规定：

a.对基坑开挖深度小于10 m的较完整风化基层，可直接喷射混凝土加固坑壁。喷射混凝土之前应将坑壁上的松散层或岩渣清理干净。

b.锚杆、预应力锚索和土钉支护，均应在施工前按设计要求进行抗拉拔力的验证试验，并确定适宜的施工工艺。

c.采用锚杆挂网喷射混凝土加固坑壁时，各层锚杆进入稳定层的长度、间距和钢筋的直径均应符合设计要求。孔深小于或等于3 m时，宜采用先注浆后插入锚杆的施工工艺；孔深大于3 m时，宜先插入锚杆后注浆。锚杆插入孔内后应居中固定，注浆应采用孔底注浆法，注浆管应插至距孔底50～100 mm处，并随浆液的注入逐渐拔出，注浆的压力不宜小于0.2 MPa。

d.采用预应力锚索加固坑壁时，预应力锚索（包括锚杆）编束、安装和张拉等的施工应符合规范规定。

e.采用土钉支护加固坑壁时，施工前应制订专项施工技术方案和施工监控方案，配备适宜的机具设备。土钉支护中的开挖、成孔、土钉设置及喷射混凝土面层等施工可按现行行业标准规定执行。

f.不论采用何种加固方式，均应按设计要求逐层开挖、逐层加固，坑壁或边坡上有明显出水点处应设置导管排水。

②土石方开挖。根据地质情况可采用人工、半机械和机械等开挖方法。对于岩石基坑，必要时可进行松动爆破结合人工开挖；对于各种大、中、小桥基础工程，首选采用机械进行开挖，条件困难时可选用风镐、铁镐等工具进行开挖。采用机械开挖时，基底应留20～30 cm土层改为人工开挖，避免机械施工时扰动基底土层。

（2）支护开挖

①基坑支护的形式。当基坑壁坡不易稳定并有地下水渗入，或放坡开挖场地受到限制，或基坑较深、放坡开挖工程数量较大，不符合技术经济要求时，可采用坑壁有支护的基坑。常用的支护形式有排桩、重力式挡墙及地下连续墙，各种支护结构的特点见表6.3。

表6.3　不同类型的基坑支护结构的特点

注：重力式水泥土挡墙、钢板桩为常用类型。

②对坑壁采取支护措施进行基坑的开挖时，应符合下列规定：

a.基坑较浅且滲水量不大时，可采用竹排、木板、混凝土板或钢板等对坑壁进行支护；基坑深度小于或等于4 m且渗水量不大时，可采用槽钢、H型钢或工字钢等进行支护；地下水位较高，基坑开挖深度大于4 m时，宜采用锁口钢板桩或锁口钢管桩围堰进行支护，其施工要求应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）的相关规定；在条件许可时也可采用水泥土墙、混凝土围圈或桩板墙等支护方式。

b.对支护结构应进行设计计算，当支护结构受力过大时应加设临时支撑，支护结构和临时支撑的强度、刚度及稳定性应满足基坑开挖施工的要求。

③重力式水泥土挡土墙。重力式水泥土挡土墙是以水泥、石灰等材料为固化剂，利用深层搅拌机械强制搅拌或者高压喷射注浆法，水泥浆和软土之间发生一系列的物理反应和化学反应，使软土硬结成整体桩，充分利用原位土，形成重力式挡墙，从而提高了基坑壁的稳定性；同时，因为水泥土的渗透系数比较小，因此可兼作止水帷幕。重力式水泥土挡土墙适用于淤泥、淤泥质土、地基承载力标准值小于120 kPa的黏性土和粉性土等软地层区域，开挖深度小于或等于7.0 m和周边环境保护要求较低的基坑工程，基坑开挖深度为4～6 m时最为经济合理，基坑开挖深度比较大和对周围环境保护要求较高的工程要谨慎使用。对于有机质含量高、pH值小于7，初始抗剪强度低的土，以及土中包含伊利石、氯化物、水铝英石等矿物或者地下水具有较强的侵蚀性时，加固效果比较差。

重力式水泥土挡土墙具有如下特点：

a.把固化剂和原土在现场搅拌成料，最大程度利用了原位土；

b.对周边原有建筑物影响小；

c.能根据土性质和设计要求，可靠选定固化剂和其配比，设计相对灵活；

d.施工时振动小、噪声小、污染小，对环境的影响程度小；

e.施工简单，成桩工期短，造价相对较低；

f.具有隔水、止水功能；

g.开挖时通常不需要加支撑或者拉锚；

h.基坑内空间大，便于土方开挖和后期施工。

重力式水泥土挡土墙的形式有多种：

a.按照搅拌机的搅拌轴数不同，搅拌桩截面分为双轴和三轴两种；

b.搅拌桩还可以分为加筋和无加筋两种，加筋搅拌桩主要有型钢水泥土搅拌桩；

c.根据平面布局分为满堂形式、格栅形式以及宽窄相间的齿形形式，格栅形式为主要形式，如图6.7所示；

d.按挡土墙竖向布置区分有断面布置、台阶形布置。

④排桩。排桩支护结构是将桩体按照一定的距离或者咬合排列形成的支护挡土结构，常用的有钢板桩、钢筋混凝土排桩、钢筋混凝土板桩，而其中钢筋混凝土桩常用钻孔灌注桩、人工挖孔桩和预制桩等。

a.钢板桩。钢板桩是一种广泛应用于各类临时或永久建筑中的挡土结构，其具有承载力强、自身结构轻、水密性好、耐久性好、施工灵活、可重复使用等优点。但由于板桩打入时有挤土现象，而拔出时则又会将土带出，造成板桩之间有空隙，这会对周边环境造成一定的影响。通常其支护的基坑最大开挖深度在7～8 m。

图6.7　典型的水泥土桩格栅式布置

钢板桩断面形式较多，在公路工程浅基础基坑支护施工中常采用U形拉森钢板桩和槽钢两种形式（图6.8、图6.9）。(www.xing528.com)

图6.8　拉森钢板桩

图6.9　拉森钢板桩施工现场

钢板桩支护结构在施工前，均应对其进行设计及计算，并绘制支护结构平、立面图（图6.10、图6.11）。为保证基坑的稳定性，在含地下水的砂土地层施工时，要保证齿口咬合，并应使用专门的角桩，以保证止水效果。

图6.10　某基坑钢板桩支护平面示意图

图6.11　某基坑钢板桩支护立面示意图

钢板桩打拔均采用专用打桩机施工，其施工工艺流程见图6.12。

b.钢筋混凝土排桩。排桩支护结构是采用某种特定的平面布置形式的桩群组成一个挡土结构来维护基坑的稳定，如若基坑深度较深时，可与锚杆和其他支撑结构结合使用。

排桩支护结构根据成桩工艺的不同，可以将排桩分为钻孔灌注桩、挖孔桩、压浆桩、预制混凝土桩和型钢混凝土搅拌桩等。这些桩体根据实际需要可以有多种不同的平面排列形式，如图6.13所示。

其中分离式排列形式适用于没有地下水或者地下水位比较低、土质好的基坑工程，如果地下水位高需要防水时，可以在排桩后面加止水帷幕，如图6.13（a）所示；如基坑工程要求增加支护结构的整体刚度，可以将桩交错排列，如图6.13（c）所示；要求更大的整体刚度时可以用双排桩形式，如图6.13（d）所示；如果需要防水且空间有限，可以选择咬合排列形式，如图6.13（e）所示；有空间时可以在排桩后面进行连续形止水形式或者分离式止水形式，如图6.13（f）、（g）所示。

图6.12　钢板桩施工工艺流程

图6.13　排桩支护结构的常用形式

排桩支护结构适用于中等深度的基坑工程，深基坑工程中可以采用排桩+内支撑或排桩+锚杆的形式，用支撑或锚杆增加支护结构的整体的稳定性，控制位移变形。与地下连续墙支护结构相比，排桩支护结构具有施工工艺简单、成本较低、布置灵活的优点，但是整体性和止水抗渗性不好。

⑤地下连续墙。地下连续墙是在基坑开挖之前，在地面上采用专用的挖槽机械，沿着基坑的周边，按照事先设计的轴线，在泥浆护壁条件下开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌注水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行。在地下沿着基坑四周筑成一道连续钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水的结构。其主要适用于深度不小于10 m的基坑。

地下连续墙作为基坑支护结构有如下优点：施工时振动小、噪声小，墙体刚度大，对周边地层扰动小；可适用于多种土层，除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，对黏土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能高效成槽。

a.成槽方式。地下连续墙通常采用泥浆护壁措施下的挖槽方式，挖槽方法一般有抓斗式、冲击式和回转式等类型。

b.槽段接头。地下连续墙宜采用圆形锁口管接头、波纹管接头、楔形接头、工字钢接头或混凝土预制接头等柔性接头；当地下连续墙作为主体结构外墙，且需要形成整体墙体时，宜采用刚性接头；刚性接头可采用一字形或十字形穿孔钢板接头、钢筋承插式接头等；在采取地下连续墙墙顶设置通长的冠梁、墙壁内侧槽段接缝位置设置结构壁柱、基础底板与地下连续墙刚性连接等措施时，也可采用柔性接头。

c.常用的地下连续墙施工工艺流程见图6.14。

图6.14　现浇混凝土壁式地下连续墙的施工工艺流程

5）基坑排水与降水

当基坑在地下水位以下时，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集在基坑内，因此在施工过程中不断地排水，以保持基坑干燥，便于基坑土方开挖和基础施工。目前常用的基坑排水方法有集水明排和井点法降水，各种排水方法的适用条件见表6.4。

表6.4　各种排水方法的适用范围

（1）集水明排

集水明排是在基坑开挖过程中，沿坑底周围开挖排水沟，在排水沟最低处设置集水井，基坑底、排水沟底与集水井底应保持一定的水流坡度，使水流入集水井，然后用水泵将集水井的水抽出基坑外（图6.15）。除了发生严重的流砂情况外，一般情况下均可采用集水明排的方式排水。

图6.15　集水明排降水示意图

集水坑一般设在下游位置，坑深应大于进水笼头高度，并用荆篱、竹篾、编筐或木笼围护，以防止泥沙阻塞吸水笼头。

采用集水坑排水时应符合下列规定：

①基坑开挖时，宜在坑底基础范围外设置集水坑并沿坑底周围开挖排水沟，使水流入集水坑内，排出坑外。集水坑的尺寸宜根据渗水量的大小确定。

②排水设备的排水能力宜为总渗水量的1.5～2.0倍。

（2）井点法降水

井点法降水适用于粉、细砂或地下水位较高、挖基较深、坑壁不易稳定和普通排水方法难以解决的基坑，通常有轻型井点降水法、喷射井点降水法、电渗井点降水法、水平井点降水法和管井井点降水法等。目前，在公路工程桥梁浅基础施工中常用轻型井点降水。

轻型井点降水系统是沿基坑四周以一定间距埋入井点管至地下含水层内，井点管的上端通过连接管与总管相连接、利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下不小于50 cm。该系统主要由井点管、连接管、集水总管和抽水设备等组成（图6.16）。

轻型井点布置应根据基坑平面的大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求确定，一般有单排、双排和环形布置等方式。井点管间距一般选用0.8 m、1.2 m和1.6 m 3种，井点管距离基坑边缘应大于1.0 m，以防漏气，影响降水效果。

井点降水应在基坑开挖前3～5 d投入运行，在施工过程中要不断地抽水，保持降水效果，直至基础施工完成并回填土为止，并按要求在井点降水范围内设置水位观测井以观测降水效果。

图6.16　轻型井点系统示意图

（3）土石方开挖

土石方开挖应根据支护结构设计、降水排水要求，分层、分块、对称、均衡地开挖，分块开挖后必须及时施工支撑。当上层支撑未达到设计要求时，严禁向下超挖土方。

开挖过程中，必须采取措施防止开挖机械等碰撞支护结构、降水井点或扰动基底原状土。当开挖揭露的实际土层性状或地下水情况与设计依据的勘察资料明显不符或出现异常现象、不明物体时，应停止开挖，在采取相应措施后方可开挖。

6）基坑检验及清理

基坑开挖到设计基底高程后，必须进行基底检验，方可进行基础施工。基底检查方法可采用观察或触探方法，触探试验包括静力触探和动力触探两种（图6.17）。根据基底土质条件、工程要求和操作经验，可采用不同的触探类型、探头规格和方法。对于特大桥及重要的大、中桥墩台基础等，必要时还应在坑底钻探（至少4 m）取样做土工试验，或按设计的特殊要求进行荷载试验。

图6.17　基底触探试验

基底检验合格后，应对基底进行必要的清理，根据不同的土质按下列要求进行：

①岩层。在未风化的岩层上修筑基础时，应先将岩面上松碎石块、淤泥、苔藓等清除干净，凿出新鲜岩面，表面应清洗干净；倾斜岩层应将岩面凿平或凿成台阶，以免基础滑动；在风化岩层上建筑基础时，开挖基坑宜尽量不留或少留坑底富余量，将基础圬工填满坑底，封闭岩层。

②碎石类或砂类土层。应将其修理平整，砌筑基础时，先铺一层稠水泥砂浆。

③黏性土层。铲平坑底时，应尽量保持其天然状态，不得用回填土夯实。必要时可夯入一层厚10 cm以上的碎石层，碎石层顶面应略低于基底设计标高。处理完后，尽快砌筑基础，不得暴露过久，以免土面风化松软，致使土的强度显著降低。

④泉眼。应用堵塞或排除的方法处理。对水流较小的泉眼，可用木塞、圆木包缠麻袋打入泉眼或向泉眼挤速凝水泥砂浆等封堵；对水流大的泉眼，可用塑料管、钢管等塞入泉眼将水引入集水坑排出，待基础完成后，再用速凝砂浆封堵。

基底检验后报请设计院进行地质确认，经设计院确认基底承载力能满足设计要求后，应尽快进行基础施工，尽量缩短基坑暴露时间。

基底检查时如发现土质与设计不符，应按照相关程序进行设计变更，由设计院提出相应处理措施。常规的处理方法有换填地基、重锤夯实、强夯、挤密桩、砂桩、碎石桩、粉喷桩和旋喷桩等，所用处理方法应满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）的相关规定。

7）基础施工

基础施工常采用组合钢模板就地浇筑混凝土施工，施工中注意防止模板胀模、跑模及爆模，对桥墩（桥台）预埋钢筋保证其位置准确，对大体积混凝土工程采取必要的保温降温措施。其施工质量控制参照一般钢筋混凝土结构施工要求执行即可。

8）浅基础施工控制要点

模板支立后应具有足够的强度、刚度和稳定性，具有能够承受新浇筑混凝土的侧压力及施工中可能产生的各项荷载的能力。采用优质胶带粘贴模板接缝，防止接缝处漏浆。混凝土开仓前必须对模板的高程、垂直度、平面位置进行校对，核对无误后方可进入下一道工序。

高温期浇筑混凝土前，应做好充分准备，备足施工设备，保证连续进行浇筑。混凝土从搅拌机到入模的时间及浇筑时间要尽量缩短，并尽快开始养护。混凝土浇筑宜选在一天温度较低的时间内进行。应加快混凝土的收光速度。收光时，可用喷雾器喷少量水防止表面裂纹，但禁止直接往混凝土表面洒水。混凝土浇筑前应将模板喷水润湿，浇筑宜连续进行。

混凝土终凝后，用浸湿的草袋或草帘覆盖，再覆盖薄膜，保持潮湿状态最少7 d。混凝土洒水养护时，也可拆模后将混凝土表面洒水湿润，立即采用双层薄膜覆盖，保湿养生。夏季施工混凝土保湿养护安排专人负责，质检员至少每日检查一次。各工点必须制作混凝土养护标牌。混凝土浇筑完毕后，在养护标牌上注明开始养护时间、结束时间，保证养护效果。