根式防生基础应用技术研究

　　摘要：根式基础作为一种防生结构，近年来在我国开展了一定的研究，并在部分工程得到了成功应用。结合相关理论分析、施工实践和应用实例，浅析根式基础的施工关键技术，为该新型技术的推广应用提供借鉴。
　　
　　关键词：根式基础，理论分析，施工技术
　　
　　1．前言
　　根式（沉井）基础是采用沉井预留顶推孔，待沉井下沉到设计标高后在土层中顶推预制的根键，使根键与沉井固结后形成一种仿生基础。
　　根式基础与常规的桩基、沉井等基础形式相比，具有材料强度利用率高、工程量减少25%左右、经济效益显著等优势。同时根式基础施工化整为零、较大型沉井施工相比，具有风险低，构件预制率高，质量易保证，工效高等特点，为大型桥梁尤其悬索桥锚碇提供了一种新型基础形式。该基础作为一种创新理念，甚至可以推广到水工、建筑等工程行业，具有良好的社会经济效益和推广应用价值。
　　2．根式基础工作原理理论分析
　　
　　
　　图1根式基础布置与结构示意图
　　
　　根式基础承载原理在于由于顶推根键的挤密和应力扩散作用充分调动了基础周边土体的承载潜力，使得抗压时基础底部得以“卸载”，其承载力得以提高；同时根键与土体的紧密嵌固作用使其抗拔承载力也得以提高。根式基础由于根键的挤密及弹性地基梁的作用使基础的抗水平承载力也得以提高。
　　对根式基础进行竖向荷载作用下的有限元分析表明：在根键分布段位置，塑性区明显向外扩张且沿着根键端部分布；根键包络范围内部土体随沉井一起移动，并未受到明显挤压，说明整体滑移面从井壁外侧扩张到根键端部，滑移体的直径明显扩大，根键相当于扩径作用。在沉井底部，由于受到挤压，土体也明显产生塑性区，且塑性区呈椭球形分布。
　　
　　图2根式基础竖向受力特性分析
　　3．根式基础施工关键技术
　　3.1沉井下沉技术
　　1.下沉系数计算。
　　沉井下沉前,应对下沉系数K进行了详细计算,并应针对沉井在浇筑过程中不稳定状态、部分节段在下沉过程中下沉系数偏小等情况制定相应的施工预案。
　　下沉系数计算公式为：K=(G+F3)/(F1+F2)
　　式中：G：沉井自重,kN；
　　F1：刃脚下地基土的正面反力，kN；
　　F2：侧壁摩阻力，kN；
　　F3：施工荷载,kN。
　　沉井在接高过程中下沉系数小于0.9时,可满足施工稳定性要求;在下沉过程中大于1.5时,下沉比较顺利;下沉系数大于1.1时,可下沉到位。
　　2.下沉辅助措施
　　1）导向架
　　导向架是沉井下沉过程中重要的限位纠偏措施。沉井前3节下沉时由于外露地面多,下沉时容易歪斜,所以利用刚度大的导向架并及时纠偏,是确保沉井准确下沉到位的前提条件。现场一般采用4根长20m的Φ630×10mm钢管桩作定位桩,入土12m以上，相邻钢管桩H350型钢相连作水平限位。
　　2）空气幕
　　空气幕气龛凹槽的形状采用棱锥形,用木契块预留,喷气孔均为直径Φ1mm的圆孔。为了防止气流从沉井上下泄漏,在井顶上部5m及刃脚以上3m范围内不布置气龛。气龛布置上疏下密,成梅花形分布。
　　3）加配重助沉
　　沉井在抓斗取土、空气幕助沉的情况下难以下沉时,在沉井顶面布置压重支撑型钢平台,平台顶堆放根键、钢筋或铁砂等重物以增大基础下沉系数,使根式基础下沉到位。
　　3.沉井下沉
　　1）首节沉井下沉施工
　　首节沉井浇筑完成并达到90%强度后,开始下沉施工。首节刃脚垫木抽除分4个区域,由4个小组对称同时进行。采用50t履带吊车悬1.4m3抓斗进行取土下沉施工。施工中应做到“勤测勤纠,随偏随纠”。
　　2）其他各节沉井下沉施工
　　井内出土主要采用抓斗取土工艺。第2、3节在实际下沉时依靠自重就能下沉;第4、5节在采用空气幕助沉的情况下可下沉到位;第6、7节浇筑后一次下沉，以后每接高一节,下沉前一节到位。
　　沉井下沉施工误差控制要求：
　　①沉井刃脚底面标高应符合设计要求；
　　②对于沉井底面、顶面中心与设计中心的偏差,允许纵横向偏差为沉井高度的1/50；
　　③沉井的最大倾斜度为1/50。
　　3.2根键预制
　　1.模板制作
　　根键钢套和模板加工应在钢结构加工厂进行,内外钢套在固定的钢桁架胎模上匹配加工,统一编号。
　　2.根键钢筋笼制作
　　根键钢筋笼应在专门场地提前预制,分类编号、挂标识牌后堆放在指定区域内。钢筋笼制作满足《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)的要求。
　　3.模板及钢筋笼安装
　　安装程序如下:根键底模安放在枕木上并调平垫实→安装内钢套及钢刃刀→安装钢筋笼(注意保护层厚度并与钢刃刀焊接)→焊接顶板→安装根键外模。
　　4.混凝土浇筑
　　根键混凝土一般采用细石子混凝土,坍落度控制为(140±20)mm,由混凝土罐车运至施工现场后利用吊斗浇筑,用直径215cm的小振捣棒振捣密实。鉴于根键钢筋紧密,混凝土浇筑要缓慢,勤振捣,确保混凝土振捣质量。
　　5.根键存放
　　根键吊装应采用专用夹具吊装,防止根键损伤。根键保湿养生达到吊装强度后(一般设计强度的70%),按内外钢套匹配的编号进行统一编号,按“先顶推在上、后顶推在下”的原则堆放,便于根键顶推时的吊装。
　　3.3根键顶推工艺
　　1.根键顶推前施工准备
　　根键预留孔清理干净,安装好橡胶止水带;将顶推平台整体下放至根键预留孔底口以下0.5m左右位置,便于根键就位;将钢支垫吊放至顶推平台上,千斤顶、油泵调试好并吊放至沉井顶面,待根键吊装到位后将千斤顶吊入沉井内准备顶推。
　　2.根键吊装
　　采用根键专用吊装夹具,由吊车将根键吊装至预留孔就位。根键尾部焊吊环,拴结调节绳便于调整根键位置,避免根键在吊装下放过程中碰撞沉井内壁。
　　3.根键顶推前调整

《根式防生基础应用技术研究》

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