對于復雜水文地質條件下的橋梁基礎施工分析

楊 雄

中國水利水電第十一工程局有限公司基礎分局，河南鄭州 450001

我國逐漸成為影響全球的發(fā)展中大國，經濟的增長，軍事、工業(yè)、科技水平都處于世界前列。尤其是最近的十年，我國在各行各業(yè)都取得突飛猛進的成果，正因為我國的綜合實力的增加，對基礎建設工程的需要更加強烈，尤其是在橋梁建設領域，我國有長江和黃河兩條母親河，還有數(shù)不清楚的湖泊河流，因此對橋梁工程的需求量就非常大。但是同樣湖泊河流數(shù)量眾多，導致其種類也非常多，橋梁基礎結構設置具有多樣化，在復雜水文地質條件下進行基礎工程施工有著重要指導作用，橋梁建設的重點就是基礎，良好的基礎是橋梁建設成功的一半。橋梁基礎施工能夠提高正好工程的安全運行，它需要承受橋梁上方部分產生的所有荷載，同時將載荷以及下方結構傳給地基，所以，為了確保整體橋梁的安全系數(shù)，基礎和地基要有高強度、高剛度、整體的穩(wěn)定性，才能免于形成不均勻沉降或大的水平變位。橋梁基礎較一般的建筑物來說較深，原因有很多方面：載荷大、淺層的土松軟、防止水流沖刷等。

1 橋梁建設基礎工程施工技術的發(fā)展現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的橋梁建設基礎施工過程中，常常采用的方案為氣壓沉箱法。氣壓沉箱法是指在橋梁基礎施工過程中將壓縮空氣輸送到有頂蓋的沉箱系統(tǒng)內部排開打下水，根據橋梁基礎結構選用適當?shù)木\土方式，當沉箱受到一定力的作用會逐步下沉，技術人員要進行科學的規(guī)劃和設計，選用混凝土材料進行橋梁建設施工。錢塘江大橋橋墩建設，是茅以升先生發(fā)明的一種基礎的橋梁施工方法。但是在改革開放以后，我國在橋梁建設施工領域開始加大研究力度，對橋梁施工技術也取得了巨大的進步，氣壓沉箱法逐漸被新型鋼板樁圍堰技術代替，在水文地質條件下橋梁基礎施工是一項復雜的施工技術，技術人員在水中基坑施工時要從細節(jié)問題抓起，樹立安全保護意識，當水土擋在基坑外側時，就需要選用相應的鋼結構對外側水進行防護。鋼板樁圍堰在橋梁建設施工中得到了廣泛應用，在整個施工過程中各個鋼板樁之間要相互咬接，最后融合成一個封閉性的整體，能夠有效擋住外側的水土。在周邊地形施工中使用的槽鋼不是專門用作圍堰施工設備，很難將兩者緊密咬合緊密，通常采用拉森型鋼板樁進行施工防護，這就是所謂的拉森鋼板樁圍堰。拉森鋼板樁主要包括IV型、V型、VI型，IV型拉森鋼板樁是橋梁建設施工中比較常用的，國內的鋼材質量與國外的存著一定的差異，在大型圍堰結構中一般使用進口拉森鋼板樁。圍堰結構對橋梁圍堰內側進行安全保護，技術人員要根據圍堰的尺寸、深度選擇相應的鋼管進行支護。技術人員要不斷積累施工經驗，為橋梁基礎建造奠定了基礎條件。我國橋梁施工技術在不斷進步的同時綜合實力得到了巨大的提高，在江蘇長江大橋項目建設中我國采用了世界最先進的施工技術--大型的深水沉井系統(tǒng)，該系統(tǒng)是我國根據經驗以及研發(fā)團隊開發(fā)的最先進的施工技術。深水沉井系統(tǒng)幫助我國在橋梁基礎施工建設階段的重大突破和轉變，帶動著經濟水平的穩(wěn)定增長。

復雜水文地質條件下的橋梁基礎施工難點分析。受到不同地區(qū)降雨量不同、地質環(huán)境、巖層等影響，各個地區(qū)水文地質條件也存在很大的不同。所以編制的橋梁基礎建設方案也千差萬別，給施工帶來了很大的難度。當前我國復雜水文地質條件下的橋梁施工難點主要集中在以下幾個方面：

一是橋梁施工平臺搭建比較困難。在開展橋梁基礎施工過程中由于是一個復雜的工程，所以需要運用多種大型設備輔助開展施工，并且水文地質環(huán)境比較多年，所以在橋梁平臺搭建時難度非常大。二是基礎施工容易受到外界和內部條件影響增加施工難度。在進行橋梁基礎施工過程中，會受到施工外界氣候、流向等變化和影響以及施工過程中遇到的各種突發(fā)事件等。三是河流汛期階段，尤其是在南方春夏季節(jié)降雨量非常多，容易導致水流量、流速等發(fā)生較大的波動，所以水面的覆蓋面積不斷擴大，對施工的沖擊力也會造成很大的壓力，大大增加了施工難度和施工的復雜性，影響了整個施工進程。四是橋梁基礎施工地下環(huán)境的隱蔽性也是橋梁施工的難點之一，在進行基底建設時容易遇到裂縫等狀況，降低了橋梁的穩(wěn)定系數(shù)，并且橋梁基底建設往往在地下進行，所以安全隱患不容易發(fā)現(xiàn)，解決難度也比較大。

2 橋梁水上基礎施工技術

我國在橋梁施工技術中主要將現(xiàn)有的工程技術分為兩種，一種是深基礎施工技術，另一種是淺基礎施工技術。

淺基礎施工主要是指對水位較淺的部位進行的橋梁施工。水位較淺的部位，河面覆蓋面積相對較小，水流量也比較穩(wěn)定，所以橋梁基礎施工難度相對較低。施工部門可以根據前期勘察的現(xiàn)場情況，制定周密系統(tǒng)的施工方案。首先進行鉆孔平臺和鋼棧橋構建，隨后對鉆孔周邊進行單臂鋼圍堰設置，在施工過程中運用一定的方法對圍堰里面的水進行抽取，從而確保達到施工條件。采用這種方式進行施工，能夠大大提高施工效率和施工質量。但是還需要結合具體的水文地質條件等綜合考慮各種因素進行分析和研究，最終保證施工項目順利完工。淺基礎一般是由于工程工期限制和成本等因素的控制，無法進行審深基礎的施工，但是由于淺基礎施工存在著自身結構等問題，承載力也遠遠低于深基礎，因此我國已經開始用深基礎取代淺基礎施工，以避免淺基礎所導致的先天不足。所以下面我們就來分析一下深基礎施工情況。

深水基礎施工主要分成一般深水施工、超深水施工兩大部分。前者主要是指河流深度不高于十米的施工情況，施工方案和淺水施工方面比較一致。超深水基礎施工容易受到巖層、流速、水深度等方面的影響，所以大大增加了施工難度，因此需要結合施工現(xiàn)場具體情況進行全面分析和研究，從而更好地提高施工的實用性、經濟性和高效性。

2.1 管柱基礎

管柱基礎是一種直徑較大的空心圓形樁，內筑鋼筋混凝土材料作為橋梁基礎結構中的重要組成部分，能夠提高水文地質條件下橋梁施工的安全性能。管柱基礎可以穿越不同的土質覆蓋層，主要適用于深水區(qū)域或者巖面起伏等地域條件的基礎結構。管柱基礎施工一般采用預應力混凝土管柱或鋼管柱，管柱通過覆蓋層下沉到基本巖層，再在管柱內用大型鉆機鉆巖達到規(guī)定的深度，然后放置鋼筋骨架，使用管柱在巖壁中錨固。管柱基礎能夠提高橋梁施工的安全性和可靠性，在水文地質條件下能達到氣壓沉箱所不能達到的深度，能夠將各項損失降到最低，為人們創(chuàng)造更高的經濟效益，而且不受洪水災害的影響，可以常年施工，真正實現(xiàn)管柱基礎應用價值。

2.2 樁基礎

樁基礎主要應用于土層較深的持力層中，上部荷載需要經過樁然后傳送給達持力層擴散給地殼。而擠密樁地基的基礎性能相對較弱主要通過通過密集的樁把土擠壓密實，靠樁及樁間土聯(lián)合體共同承擔荷載。樁與樁間土抗力是按各自的壓縮模量來進行分配的。

2.3 沉井基礎

沉井基礎現(xiàn)在采用較少。具有整體結構全面、傳遞力可靠的優(yōu)勢特點，在跨度較大的深水地區(qū)具有重要應用價值。沉井基礎主要分為氣壓沉箱和開口沉井兩種橋梁施工方案，在沉井基礎施工過程中，開口沉井是一個無底無蓋的井筒，由多種零部件組成。技術人員要明確沉井基礎的施工流程，加大問題的研究力度，在井壁內挖土時井筒加壓會逐漸下沉，一節(jié)井筒快沉入土中再接一節(jié)，直至最后一節(jié)下沉到設計標高，定期清理井底，灌注一層水下混凝土把井底封住，再抽水并在井內填充混凝土，最后在頂上灌筑鋼筋混凝土蓋板。為了減少井壁與土間的摩擦力，技術人員要及時關注筒壁內預埋鋼管的高壓變化，創(chuàng)新制定出科學有效的橋梁施工技術，因為深井基礎的造價非常高，適用范圍小，所以我國目前還以鉆孔灌注樁技術為水上基礎的施工方法。

3 復雜水文條件下橋梁基礎施工技術研究

橋梁工程是一種綜合性的工程，它具有涉及專業(yè)多、涉及范圍廣泛、施工難度大等特點，因此對于橋梁的工程會受到很多因素影響。尤其以橋梁水上基礎為尤，會受到氣象條件、設備裝備條件、工程造價、施工人員素質、水文條件等多方面因素影響。在這些因素中，水文條件則是影響橋梁基礎施工技術的關鍵因素。

3.1 復雜條件下水上基礎施工技術研究

隨著我國科技水平迅速發(fā)展完善，如今橋梁施工技術在一定領域內已經成為一成不變的模式。其中水上基礎施工所涉及到的施工技術主要包含下列幾點。

3.1.1 土圍堰以及鋼圍堰

在橋梁施工中，圍堰憑借其獨特的特點優(yōu)勢，被廣泛使用。不管是鋼圍堰還是土圍堰，他們的施工原理大體上是一致的，即利用其它的介質把水隔離開，從而做出一個較安全的施工工程面。不過鋼圍堰和土圍堰也有較大的區(qū)別，鋼圍堰的性能和實用性大大高于土圍堰，但其缺點是成本高、對于施工技術水平要求高，所以鋼圍堰的使用領域并不是很廣泛。而土圍堰雖然成本不高，但是性能略低，所以并不適用于高質量高要求的橋梁工程。

3.1.2 雙臂鋼套箱

雙臂鋼套箱本質上來說鋼圍堰的一種，但其形制稍微存在不同之處，它主要應用于深水的高樁承臺中。吊箱圍堰和鋼套箱圍堰存在著明顯的區(qū)別，整理設計結構和計算方法相類似。吊箱圍堰在河床比較深，承臺底標高的水面下得到了應用，當水流較急時不適于鋼套箱下沉的地質情況。而鋼套箱比較適用于淺灘地帶，水流速較小且地質情況比較適于鋼套箱下沉的情況。技術人員要明確各項設計指標，將理論知識與實際情況有效結合，嚴格遵循河道部門的各項規(guī)章制度，才能提高橋梁施工建設的安全運行。

3.2 具體施工工藝選擇技術研究

以上幾種橋梁工程施工技術能夠對一般的工程進行施工，對于水上基礎施工能夠滿足要求。但是由于施工過程中會有很多干擾因素，正因為這些方面因素的限制，導致選擇施工工藝時需要多角度考慮，必須確保滿足工程質量還要控制在一定的成本目標。同時還要滿足工期自己工程進度控制。根據實際工作經驗和技術實踐可以總結出以下幾點結論。

（1）鋼吊箱。鋼吊箱圍堰是為承臺施工的阻水結構，其作用是通過吊箱圍堰側板和底板上的封地砼圍水，為承臺施工提供無水的干燥環(huán)境。同鋼圍堰相比，鋼吊箱圍堰具有施工工期短，水流阻力小、利于通航、不需要沉入河床、施工難度小、砼用量小等特點，因而在大跨深水橋梁中得到了廣泛的應用。鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰.鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式。其優(yōu)點為：強度高，容易打入堅硬土層；可在深水中施工，必要時加斜支撐成為一個圍籠。防水性能好；能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復使用，因此，它的用途廣泛。而且其造價相對較低，施工建造時間也短，可以滿足很多橋梁施工要求，因此應該合理選用此方法。

（2）淺水或者水量少的區(qū)域可以選擇筑島圍堰施工，節(jié)省成本同時能夠滿足施工技術要求。

（3）深水或者水量較大的區(qū)域可以選擇鋼圍堰施工技術，如果一些區(qū)域水量非常大，潮水兇猛，那么施工過程建議先下樁，然后在圍堰，這樣能夠保證圍堰的強度。然后在進行施工，保證施工安全，工程進度能保證。在軟弱的地質環(huán)境下，需要用鋼板樁圍堰。

4 復雜條件下鉆孔樁施工技術研究

在橋梁施工的基礎施工過程中，鉆孔樁技術是一種十分常見的施工技術，它在絕大部門的工作環(huán)境下都可以進行，外界預制條件的干擾非常小。根據對不同的橋梁施工指定合理的鉆孔樁直徑，因此鉆孔樁技術在橋梁施工中具有非常大的優(yōu)勢，雖然說鉆孔樁技術應用廣泛，但是一些特殊地質環(huán)境下，鉆孔樁技術不能夠滿足技術和安全方面的要求，同時對施工人員和后期使用都會造成嚴重的威脅。因此對于特殊地質環(huán)境下的橋梁基礎施工要特別注意，選取合適的施工技術是非常關鍵的。避免發(fā)生嚴重的施工事故。

4.1 深厚砂層地區(qū)施工技術分析

對于深厚的砂層區(qū)域施工過程需要注意很多問題，來降低施工故障提升施工安全。首先，對于難以保證的垂直度，是因為砂深厚，地下地址條件穩(wěn)定性相對較差，并且樁長度越長，越難保證其垂直度，導致坑里不能充滿混凝土，降低樁強度。其次，因為地址條件特殊導致的成孔時容易產生很多奇怪現(xiàn)象，比如泥漿雜質過多，不能保證樁強度。對于這些難點應該采取有效措施控制泥漿質量，嚴格控制泥漿外加材料的純度，符合泥漿使用條件才能進行施工。

4.2 沙卵石地區(qū)施工技術分析

對于在砂卵石地區(qū)的橋梁施工，需要考慮其復雜嚴峻的地質情況，在鉆孔施工時會遇到很多事故，如管孔涌砂、易塌孔等。為了減少上述危險事故的發(fā)生概率，需要在施工時采取以下幾點措施。

（1）確保泥漿合適的濃度。保證恰當優(yōu)質的泥漿濃度能夠防止管孔涌砂的質量事故出現(xiàn)，所以在此過程中，技術的關鍵即是確保有效的泥漿的濃度。在進行泥漿濃度配比時要嚴格按照操作規(guī)程進行，確保環(huán)境、溫度、水量等達到規(guī)定要求，在配比完成之后要進行反復檢驗和分析，確保濃度達到既定標準后投入橋梁基礎施工過程中。

（2）選用質量好的泥漿和良好的鋼護筒鉆入技術。此方法可以避免塌孔事故的發(fā)生。因此，采用高質量泥漿并確保鋼護筒全斷面如巖同樣是技術的關鍵。這就要求在進行泥漿材質選擇時嚴把質量關，嚴格審查資料提供部門的資質，對每一種材料進行嚴格的入場檢查、檢驗，經測驗合格后方可投入使用。

通過對復雜水文地質條件下的橋梁基礎施工情況進行分析可知，橋梁基礎施工是一項系統(tǒng)的復雜的工程，涉及到技術、設備、人員等很多因素，并且外部環(huán)境等也會影響施工進度和施工質量，所以要加強對施工技術人員的培訓和管理，不斷學習和研究新的施工技術和方法，提高責任心，從而更好地保證施工過程的有序推進。

5 結語

總而言之，通過對橋梁工程的基本現(xiàn)狀、復雜水文條件下施工技術等的研究，結合理論與實踐，可以得知，在復雜水文條件下，通過鉆孔樁的方式可以達到工程施工技術方面的要求，從而使工程質量達標。與此同時，對于泥漿的質量、濃度要求、鉆孔工藝的水平高度及技術要求等，也需要嚴控把關，只有同時在各方面滿足要求，創(chuàng)造科學合理的施工條件，才能帶動橋梁基礎施工的穩(wěn)定運行，并有效確保整個橋梁工程的質量水平。

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