桥梁桩基施工技术解析与案例
罗维
摘 要：桥梁以桩基支持结构的方式，早在中国汉朝即有记录。由于技术的进步，桩基材料的选用，由天然的木材进步到合成材料；桩基施工的方式，由纯人力夯击进化到利用各种打桩机及钻掘机来完成桩基的施作。对于地下工程而言，从地层成因、取样试验、结构设计直至现场施工，每个过程均有许多的不确定性，且完成后的成品检验大多属于非破坏性检验，不易获得准确的结构强度，因此不论是设计规范或是技术丛书对于地下结构物的设计，大多以经验公式配合较大的安全系数来确保结构的安全。而桩基的结构行为，基本上是研究桩体与土壤间的互制行为，除考虑土层的力学特性、施工方式造成的应力折减及地震时的动态参数等，配合承载结构的荷重，设计出适合的桩基尺寸。而于海中、河道上等属水中桩基施工工程，设计上除了上述需配合较大的安全系数以确保结构安全外，施工上另需考虑与其他工项接口的配合与动线的整体规划；基本上于水中桩基施工时承载摇管机上举力等施工活载重与机具静载重有回填土方及施工构台两种工法。
关键词：桥梁 桩基 施工 研究
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0068-02
以某水中基础为例，因考量孔壁不崩坍、地下水位过高、上层地质软弱、施工空间所限等因素，在设计时即采用全套管桩基，以确保桩基及整个桥梁结构的施工质量，以下将全套管桩基施工做简单介绍：桩基是为工程界经常采用的基础形式之一，主要功用在于利用桩体与土壤间的互制力支持结构体或将荷重经由桩身穿过软弱的地层而传递至承载层，以达到结构安全的目的，部分桩基也可能为承受水平或上浮力而打设，或为避免冲刷影响而打设（桥梁）。基于经济性及设备操作简易性的优势，国内钻掘式桩基普遍使用反循环桩基施工。其缺点包含：桩基垂直精度无法有效控制、桩基质量不稳定（坍孔）及稳定液善后处理的环保问题。
后全套管桩基工最大特色是在桩基孔开挖过程中，同时将钢制套管压入土层内，除借以保护孔壁不崩坍外，另可借由调整钢套管来控制桩孔开挖的精度，除施工质量稳定外，无稳定液善后处理问题。
1 全套管的施作原理
全套管樁基施工乃利用油压静态的方式将套管扭转压入土层中，借以保护孔壁避免坍塌，再利用旋钻机钻掘或用吊车配合抓斗取出管内土石，反复压入套管并持续挖掘或抓取土石，达到设计所要的深度后，清除桩底淤泥再予吊放钢筋笼，使用特密管灌浆并将套管分段取出，直至混凝土浇注达到桩头预定高程，完成桩体施筑[1]，具有低噪声、低震动及低污染的特性，适合使用于各类工程的桩基础施作。
2 施工所需作业空间
全套管桩基工法所需平面作业空间，从摇管机至吊车位置，约为直径20m内，因此在水中施工时若围堰宽度不足，尚需考虑打设构台或其他方式以满足作业平面空间；高度部分若无限高等特殊区域，考虑钢筋笼、套管等高度，一般吊车标准高度约为27m，若有特殊限高其高度应在9.5m以上。
3 围堰填土工法
利用土石等材料于液体周边填筑一高于液面的结构，以防止或减低物体的进出。围堰用途非局限于水利工程类别。利用现在的玄武岩及珊瑚礁在潮间带以人工堆栈筑成的捕鱼石墙，作为一种海中捕鱼陷阱，以防止或减低捕获的鱼只逃出。一般而言，围堰施作的时机，多与水中施工有关，而围堰的目的，即在构筑一临时性的截水墙，以较低渗透性的材料（如土石堰）减低渗流量，或利用贯入的壁体（如钢板桩）增加开挖区的水力坡度。而对工程用途而言，水中施工常因动线、机具、进度与安全性等综合考量，而因地制宜采用围堰或栈桥方式施作。围堰的施作方式也由传统的人工堆栈方式改为机械堆石或打桩机打桩方式施作，围堰材料更扩展至土石、钢板桩、消波块、沉箱等，让设计者有不同的选择。
目前围堰工法与材料可有多种选择，相对的结构行为也呈现多种不同组合，以土石为材料而成的围堰，多以重力式结构设计；以钢板桩方式施作，则以主被动土压力计算结果，配合挡土支撑设计，相关论述多以施工技术角度探讨[2]，以沉箱工法施作的围堰，围堰施筑完成，仅能阻绝或减低堰内液体渗流速率，并未改变堰内的工程条件。故仍须考虑堰内水中施工的问题，围堰填土即为解决堰内水中施工的一种概念，工程师欲利用土石容易取得的特点，将堰内的积水以机具抽排至堰外，再将具有承载能力的土石填筑于足够抵抗侧溃的堰内，形成一种优良的施工空间，此即于围堰中填土的目的[3]。
3.1 围堰填土的施作
围堰内填土可利用开挖后较适合土方，或于河中利用抽砂方式回填，唯回填时须将水位保持于回填面下，以保持土方的干燥，于面层再铺设碎石级配等较坚硬的承载层[4]，因主要运输道路皆使用施工便桥，因此须妥善规划施工顺序与施工动线[5]。
3.2 围堰填土的应用
围堰乃利用土石等材料于液体周边填筑一高于液面的结构，以防止或减低物体的进出，其概念广泛应用于渔捞、养殖业乃至工程界[6]。工程实务上对于围堰的应用多于河海工程，施作方式则以本研究所讨论的填土与构台方式为主要模式；围堰填土工法为利用土石或其他材料作为区隔两侧的堰堤，以填筑土石料后获得固定且具有承载能力的施工空间。
4 施工构台工法
4.1 设置构台的目的
围堰中设置构台的主要目的在于形成一种优良的施工空间，作为后续水中施工的机具架设与材料运输的场地[7]。
4.2 施工构台的形式与结构行为
施工构台为一临时性结构，乃利用钢材的劲度，组合成一钢接模式的结构，其结构行为与深开挖的挡土设施相似，其应力-应变分析，实为结构与土壤互制行为的模拟，以前多以假设支点法进行分析，随着地下工程的兴建，相关的研究与实务经验累积，逐渐以计算机程序分析取代人工计算模式[8]，近年来常用的开挖软件有RIDO、TORSA、SAP2000等。
5 结语
施工构台的施作步骤，基本上与施工便桥相同，依桩基施工时所需最大承载力，根据地质钻探资料，设计选用出立柱材料、贯入深度及其他纵梁、横梁的材料，并依设计尺寸、跨距施工；与便桥最大差异为除提供运输道路外，施工构台必须再考虑施工时的各项载重，因此所需荷重比便桥大得多，材料与尺寸相对也较大，又需足够的空间放置机具，通常为一整个平面结构，而一般便桥宽度仅为6～8m。
参考文献
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[7] 汪鑫，徐世平.桥梁桩基施工质量控制措施[J].科技创新与应用，2012（7）：131-132.
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