复杂地质条件下桥梁基础选型分析

复杂地质条件下桥梁基础选型分析

胡伟

贵州苏交科工程勘察设计有限公司贵州省贵阳市   550081

摘要：在最近的十年，我国在各行各业都取得突飞猛进的成果，正因为我国的综合实力的增加，对基础建设工程的需要更加强烈，尤其是在桥梁建设领域，我国有长江和黄河两条母亲河，还有数不清楚的湖泊河流，因此对桥梁工程的需求量就非常大。由于桥梁隐蔽结构建设具有独特的优势特点，在桥梁基础施工过程中难免会遇到各式各样的突发情况，对桥梁施工进度和综合质量都造成一定得影响。文章通过对复杂水文地质条件下的桥梁基础施工进行了简要分析，并结合长期积累的桥梁施工经验进行了探讨，提出了科学有效的桥梁施工技术方案。

关键词：复杂地质条件；桥梁基础；选型分析

引言

我国逐渐成为影响全球的发展中大国，经济的增长，军事、工业、科技水平都处于世界前列。在复杂水文地质条件下进行基础工程施工有着重要指导作用，桥梁建设的重点就是基础，良好的基础是桥梁建设成功的一半。桥梁基础施工能够提高正好工程的安全运行，它需要承受桥梁上方部分产生的所有荷载，同时将载荷以及下方结构传给地基，所以，为了确保整体桥梁的安全系数，基础和地基要有高强度、高刚度、整体的稳定性，才能免于形成不均匀沉降或大的水平变位。桥梁基础较一般的建筑物来说较深，原因有很多方面：载荷大、浅层的土松软、防止水流冲刷等。

1桥梁建设基础工程施工技术的发展现状

在传统的桥梁建设基础施工过程中，大型桥梁基础常常采用的方案为气压沉箱法。气压沉箱法是指在桥梁基础施工过程中将压缩空气输送到有顶盖的沉箱系统内部排开打下水，根据桥梁基础结构选用适当的井运土方式，当沉箱受到一定力的作用会逐步下沉，技术人员要进行科学的规划和设计，选用混凝土材料进行桥梁建设施工。钱塘江大桥桥墩建设，是茅以升先生发明的一种基础的桥梁施工方法。但是在改革开放以后，我国在桥梁建设施工领域开始加大研究力度，对桥梁施工技术也取得了巨大的进步，气压沉箱法逐渐被新型钢板桩围堰技术代替，在水文地质条件下桥梁基础施工是一项复杂的施工技术，技术人员在水中基坑施工时要从细节问题抓起，树立安全保护意识，当水土挡在基坑外侧时，就需要选用相应的钢结构对外侧水进行防护。钢板桩围堰在桥梁建设施工中得到了广泛应用，在整个施工过程中各个钢板桩之间要相互咬接，最后融合成一个封闭性的整体，能够有效挡住外侧的水土。

2复杂地质条件桥梁桩基设计

2.1黄土覆盖层场地桥梁桩基设计

在我国的桥梁基础设计规范中对桩基的设计形式做出了规定，即除了特殊设计需要采用同类型桩基，不得在一个地段的设计当中同时使用端承桩与摩擦桩。现行的规范对于地质与桩基形式采用之间的关系并不明确，没有对什么情况下使用摩擦桩，什么情况下使用端承桩做出明确的规定，因此在实际的勘察中往往把碎石土、块石以及强风化岩当做桥梁桩基的持力层，作为桩基持力层的一般都是中风化以上的岩层。在的实际情况下，应当促使勘察设计报告中对黄土覆盖层是否能够当做摩擦桩的持力层做出评价。如果覆盖层大于40m或者桩基的长宽比大于20时设计摩擦桩依据规范规定进行。

2.2软质岩和强风化岩地带

由于软质岩的硬度较小，因此在承载力满足设计要求的前提下，桩长要适当伸长，一般要在3d～5d之间，最大的嵌岩深度不宜超过7d。结合我省几条公路的岩土地勘报告对岩土参数的取值情况，软质岩的侧阻力大约在120kPa之间，单轴抗压强度大于10MPa。在软岩和风化岩地段采用摩擦桩时应当注意各个桩基之间的沉降差异。

3基础方案分析

3.1沉井基础

(1)作用原理沉井作为桥梁的基础部位，吊放完成后可起到挡水的作用，同时还可作为支挡结构进行挡土。这种结构可以节约材料，有利于施工进行。沉井进行浮运时，可分为带气筒的和不带气筒的。带气筒的工作原理通过气筒内的压缩气体提供浮力;不带气筒的主要通过井壁排水产生浮力。(2)基础特性。当发现沉井后的基础存在偏位的现象，可以通过气筒以及抽空腔内水来使基础向上移动，最后进行重新定位。当沉井着床后发现，基岩出现倾斜现象，很难对其进行处理时应采用的方式是将沉井基础替换为复合基础。对沉井进行浮运时，需要水上作业平台，导致该基础施工的费用较高，工序较多。(3)适用范围。河水较浅，深度较小时，通过普通沉井即可实现基础的施工，这种沉井存在的弊端是施工费用较高;当基础存在透水性小的覆盖层时，可对沉井下沉的方式进行调节，防止沉井出现倾斜的现象。

3.2沉箱基础

(1)作用原理。沉箱基础由四周的箱体和底面组成，没有顶面。沉箱和沉井基础存在相似的结构，但是沉箱基础存在一个与外界隔离的箱室，顶部存在气阀。(2)基础特性。沉箱基础在工作过程中存在较大的气压，为保证施工的安全性，人工作业很难完成，导致施工的效率低，施工成本大。我国沉箱施工时，入水深度一般控制在35m范围内。当存在特殊地质条件、施工存在特殊要求时，沉箱基础很少使用。由于桩基的适用范围广，因此常通过沉箱基础和桩基础联合使用来提高地基的承载能力。与此同时弥补了沉箱基础单独使用的弊端。(3)适用范围。对场区内的地质条件不明确、存在孤石等障碍物，且沉井基础无法实现作业，桩基础无法透过障碍物时，可采用沉箱基础来进行施工;当场区内的建筑物较多且结构形式较为复杂，存在一些浅基础时，沉箱基础对构造物的影响程度较小;当沉井基础在作业过程中发生意外情况时，导致井孔内存在水或岩层出现倾斜情况，需要通过沉箱基础来完成基础施工;当桥梁的地层土质非常差，沉井或者沉管无法实现时，可通过沉箱基础来完成。

3.3复合基础

(1)作用原理。复合基础是通过管住基础、桩基础、沉井基础、沉桩基础等通过组合的方式进行联合使用，形成复合式的基础形式。(2)基础特性。在桥梁的施工场地内存在水量大流速快、冲刷严重、受荷较大的情况时，通过桩基与沉井进行组合，充分利用各自的优点，使基础的承载能力和稳定性得到提高，同时还能避免岩层产生倾斜的现象。复合基础的使用还能有效避免承台的修筑。(3)适用范围。沉井和桩基的联合应用不仅使基础具有足够的稳定性和承载能力，还可以提供防撞的永久结构。其应用范围较广，适用于所有工程地质条件。

3.4基础选型判定

为了全面分析桥梁基础形式的影响因素，通过层次分析法对各类因素进行了分析总结。分析过程中目标可分为三层:第一层目标包括:价值工程、设计条件、工期和施工条件。第二层目标包括:地层适应性、受力性能、沉降量、技术成熟度、环境影响程度、施工安全程度、施工技术提升藥粟及材料、机具获取难易;第三层目标包括:水深、流速、承载力、整体刚度、地质灾害、均匀性、安全储备、弹性沉降、蠕变、和不均匀性。通过对三层目标进行分析，得到各自的权重。

结束语

目前我国桥梁基础施工过程中主要使用的基础形式有:沉井基础、沉箱基础以及复合基础。其中复合基础适用范围较广，适用于各种地质条件。与此同时，对于泥浆的质量、浓度要求、钻孔工艺的水平高度及技术要求等，也需要严控把关，只有同时在各方面满足要求，创造科学合理的施工条件，才能带动桥梁基础施工的稳定运行，并有效确保整个桥梁工程的质量水平。

参考文献

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［2］杨超，戴国亮，龚维明，王磊，谭萍．基于层次分析法和模糊综合评价的琼州海峡大桥基础选型研究［J］．建筑技术，2019，50(05):589－592．

［3］蒋凡．复杂地质条件下桥梁基础选型研究［D］．南京大学，2017．