復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁基礎(chǔ)選型分析

李曉偉

(山西瑞通路橋新技術(shù)有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

依托工程為某跨江大橋，該地區(qū)受江水的影響，地層條件主要以粉砂、粉質(zhì)黏土為主，橋梁所在地區(qū)處于中緯度地帶，受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，該地方四季分明，降水較多，易形成臺(tái)風(fēng)或者內(nèi)澇的現(xiàn)象；橋位北岸的道路較寬，交通條件較為便利。

2 場區(qū)地質(zhì)條件分析

2.1 巖性分析

通過對場區(qū)進(jìn)行鉆孔取樣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在場區(qū)地帶的地層發(fā)育情況較為完整，第四系覆蓋層厚度較大、覆蓋范圍較廣，未見地層缺失。第四系沉積層的厚度一般大于240 m，主要組成為松散沉積物，該沉積物的組成較為復(fù)雜，沉積類型較多，主要有：沖洪積、沖海積、沖湖積。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造分析

該地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)較為活躍，海水侵蝕較為頻繁，各個(gè)地層之間呈現(xiàn)出整合或者假整合接觸的形式。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的方式為抬升落降。該地區(qū)早期的地質(zhì)構(gòu)造以擠壓為主，形成褶皺的同時(shí)還伴隨著斷裂、火山噴發(fā)等。

2.3 地震分析

橋梁的場區(qū)處于南黃海地震帶，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)發(fā)生過一次破壞性較大的地震，震中位置距離場區(qū)僅有20 km，通過對近年來繪制的等震線圖發(fā)現(xiàn)地震對該工程的影響烈度為Ⅵ級。

2.4 巖土體特征分析

工程項(xiàng)目所在地處于長江三角洲平原地帶，海陸構(gòu)造交替進(jìn)行，該地區(qū)的沉積物分布范圍較廣，分布厚度大于240 m，對項(xiàng)目所在的場地進(jìn)行鉆探發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)的地層發(fā)育完整、無缺失現(xiàn)象。

3 基礎(chǔ)方案分析

3.1 樁基礎(chǔ)

(1)作用原理。通過樁基將承臺(tái)的荷載傳遞到基底的持力層中去，工作過程中主要依靠樁和土體之間的摩擦力來抵消荷載帶來的沉降變形。承臺(tái)的主要作用是將自身荷載傳遞給樁基，使樁基協(xié)同受力。

(2)基礎(chǔ)特點(diǎn)。樁基礎(chǔ)自身具有沉降量小承載力高，對地形地質(zhì)條件要求不高，具有良好的穩(wěn)定性，有利于施工。樁基施工需要的土方開挖量較小，不需要做大量的排水和支擋設(shè)施。施工過程機(jī)械化程度較高、經(jīng)濟(jì)性較好。鉆孔樁可做成斜植，施工過程中噪音分貝低，基礎(chǔ)適用性廣泛，施工過程中工序較多，容易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，補(bǔ)救較為復(fù)雜。

(3)適用范圍。鉆孔灌注樁的入土深度比管樁大，摩擦樁的穩(wěn)定性較好，因此適用于土層較薄，巖層較厚的地區(qū)；與沉井或沉箱等基礎(chǔ)對比，鉆孔樁的沉入深度較淺，因此材料消耗較少，造價(jià)較低。

3.2 沉井基礎(chǔ)

(1)作用原理。沉井作為橋梁的基礎(chǔ)部位，吊放完成后可起到擋水的作用，同時(shí)還可作為支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行擋土。這種結(jié)構(gòu)可以節(jié)約材料，有利于施工進(jìn)行。沉井進(jìn)行浮運(yùn)時(shí)，可分為帶氣筒的和不帶氣筒的。帶氣筒的工作原理通過氣筒內(nèi)的壓縮氣體提供浮力；不帶氣筒的主要通過井壁排水產(chǎn)生浮力。

(2)基礎(chǔ)特性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉井后的基礎(chǔ)存在偏位的現(xiàn)象，可以通過氣筒以及抽空腔內(nèi)水來使基礎(chǔ)向上移動(dòng)，最后進(jìn)行重新定位。當(dāng)沉井著床后發(fā)現(xiàn)，基巖出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，很難對其進(jìn)行處理時(shí)應(yīng)采用的方式是將沉井基礎(chǔ)替換為復(fù)合基礎(chǔ)。對沉井進(jìn)行浮運(yùn)時(shí)，需要水上作業(yè)平臺(tái)，導(dǎo)致該基礎(chǔ)施工的費(fèi)用較高，工序較多。

(3)適用范圍。河水較淺，深度較小時(shí)，通過普通沉井即可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的施工，這種沉井存在的弊端是施工費(fèi)用較高；當(dāng)基礎(chǔ)存在透水性小的覆蓋層時(shí)，可對沉井下沉的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止沉井出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。

3.3 沉箱基礎(chǔ)

(1)作用原理。沉箱基礎(chǔ)由四周的箱體和底面組成，沒有頂面。沉箱和沉井基礎(chǔ)存在相似的結(jié)構(gòu)，但是沉箱基礎(chǔ)存在一個(gè)與外界隔離的箱室，頂部存在氣閥。

(2)基礎(chǔ)特性。沉箱基礎(chǔ)在工作過程中存在較大的氣壓，為保證施工的安全性，人工作業(yè)很難完成，導(dǎo)致施工的效率低，施工成本大。我國沉箱施工時(shí)，入水深度一般控制在35 m范圍內(nèi)。當(dāng)存在特殊地質(zhì)條件、施工存在特殊要求時(shí)，沉箱基礎(chǔ)很少使用。由于樁基的適用范圍廣，因此常通過沉箱基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)聯(lián)合使用來提高地基的承載能力。與此同時(shí)彌補(bǔ)了沉箱基礎(chǔ)單獨(dú)使用的弊端。

(3)適用范圍。對場區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件不明確、存在孤石等障礙物，且沉井基礎(chǔ)無法實(shí)現(xiàn)作業(yè)，樁基礎(chǔ)無法透過障礙物時(shí)，可采用沉箱基礎(chǔ)來進(jìn)行施工；當(dāng)場區(qū)內(nèi)的建筑物較多且結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，存在一些淺基礎(chǔ)時(shí)，沉箱基礎(chǔ)對構(gòu)造物的影響程度較小；當(dāng)沉井基礎(chǔ)在作業(yè)過程中發(fā)生意外情況時(shí)，導(dǎo)致井孔內(nèi)存在水或巖層出現(xiàn)傾斜情況，需要通過沉箱基礎(chǔ)來完成基礎(chǔ)施工；當(dāng)橋梁的地層土質(zhì)非常差，沉井或者沉管無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可通過沉箱基礎(chǔ)來完成。

3.4 復(fù)合基礎(chǔ)

(1)作用原理。復(fù)合基礎(chǔ)是通過管住基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、沉樁基礎(chǔ)等通過組合的方式進(jìn)行聯(lián)合使用，形成復(fù)合式的基礎(chǔ)形式。

(2)基礎(chǔ)特性。在橋梁的施工場地內(nèi)存在水量大流速快、沖刷嚴(yán)重、受荷較大的情況時(shí)，通過樁基與沉井進(jìn)行組合，充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)，使基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性得到提高，同時(shí)還能避免巖層產(chǎn)生傾斜的現(xiàn)象。復(fù)合基礎(chǔ)的使用還能有效避免承臺(tái)的修筑。

(3)適用范圍。沉井和樁基的聯(lián)合應(yīng)用不僅使基礎(chǔ)具有足夠的穩(wěn)定性和承載能力，還可以提供防撞的永久結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用范圍較廣，適用于所有工程地質(zhì)條件。

3.5 基礎(chǔ)選型判定

為了全面分析橋梁基礎(chǔ)形式的影響因素，通過層次分析法對各類因素進(jìn)行了分析總結(jié)。分析過程中目標(biāo)可分為三層：第一層目標(biāo)包括：價(jià)值工程、設(shè)計(jì)條件、工期和施工條件。第二層目標(biāo)包括：地層適應(yīng)性、受力性能、沉降量、技術(shù)成熟度、環(huán)境影響程度、施工安全程度、施工技術(shù)提升藥粟及材料、機(jī)具獲取難易；第三層目標(biāo)包括：水深、流速、承載力、整體剛度、地質(zhì)災(zāi)害、均勻性、安全儲(chǔ)備、彈性沉降、蠕變、和不均勻性。通過對三層目標(biāo)進(jìn)行分析，得到各自的權(quán)重，如表1所示。

表1 基礎(chǔ)類型權(quán)重值

通過對表1進(jìn)行分析看出：四種基礎(chǔ)的權(quán)重值最高的為復(fù)合基礎(chǔ)，最低的為鉆孔灌注樁，說明復(fù)合基礎(chǔ)是最適用也是最優(yōu)的基礎(chǔ)形式。

4 結(jié) 語

(1)目前我國橋梁基礎(chǔ)施工過程中主要使用的基礎(chǔ)形式有：樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、沉箱基礎(chǔ)以及復(fù)合基礎(chǔ)。其中復(fù)合基礎(chǔ)適用范圍較廣，適用于各種地質(zhì)條件。

(2)橋梁進(jìn)行基礎(chǔ)選型時(shí)：應(yīng)對地層特性、水文地質(zhì)條件、施工條件、工期、造價(jià)等各類因素進(jìn)行綜合分析。

(3)通過層次分析法對基礎(chǔ)選型進(jìn)行判定，最終結(jié)果表明：四種基礎(chǔ)形式中復(fù)合地基為最佳的選擇方式。