復雜地質條件下橋梁基礎選型分析

李曉偉

(山西瑞通路橋新技術有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

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

2 場區地質條件分析

2.1 巖性分析

通過對場區進行鉆孔取樣，結果發現：在場區地帶的地層發育情況較為完整，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雜，沉積類型較多，主要有：沖洪積、沖海積、沖湖積。

2.2 地質構造分析

該地區地殼運動較為活躍，海水侵蝕較為頻繁，各個地層之間呈現出整合或者假整合接觸的形式。構造運動的方式為抬升落降。該地區早期的地質構造以擠壓為主，形成褶皺的同時還伴隨著斷裂、火山噴發等。

2.3 地震分析

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

2.4 巖土體特征分析

工程項目所在地處于長江三角洲平原地帶，海陸構造交替進行，該地區的沉積物分布范圍較廣，分布厚度大于240 m，對項目所在的場地進行鉆探發現：該地區的地層發育完整、無缺失現象。

3 基礎方案分析

3.1 樁基礎

(1)作用原理。通過樁基將承臺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。承臺的主要作用是將自身荷載傳遞給樁基，使樁基協同受力。

(2)基礎特點。樁基礎自身具有沉降量小承載力高，對地形地質條件要求不高，具有良好的穩定性，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施。施工過程機械化程度較高、經濟性較好。鉆孔樁可做成斜植，施工過程中噪音分貝低，基礎適用性廣泛，施工過程中工序較多，容易出現斷樁現象，補救較為復雜。

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

3.2 沉井基礎

(1)作用原理。沉井作為橋梁的基礎部位，吊放完成后可起到擋水的作用，同時還可作為支擋結構進行擋土。這種結構可以節約材料，有利于施工進行。沉井進行浮運時，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的壓縮氣體提供浮力；不帶氣筒的主要通過井壁排水產生浮力。

(2)基礎特性。當發現沉井后的基礎存在偏位的現象，可以通過氣筒以及抽空腔內水來使基礎向上移動，最后進行重新定位。當沉井著床后發現，基巖出現傾斜現象，很難對其進行處理時應采用的方式是將沉井基礎替換為復合基礎。對沉井進行浮運時，需要水上作業平臺，導致該基礎施工的費用較高，工序較多。

(3)適用范圍。河水較淺，深度較小時，通過普通沉井即可實現基礎的施工，這種沉井存在的弊端是施工費用較高；當基礎存在透水性小的覆蓋層時，可對沉井下沉的方式進行調節，防止沉井出現傾斜的現象。

3.3 沉箱基礎

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

(2)基礎特性。沉箱基礎在工作過程中存在較大的氣壓，為保證施工的安全性，人工作業很難完成，導致施工的效率低，施工成本大。我國沉箱施工時，入水深度一般控制在35 m范圍內。當存在特殊地質條件、施工存在特殊要求時，沉箱基礎很少使用。由于樁基的適用范圍廣，因此常通過沉箱基礎和樁基礎聯合使用來提高地基的承載能力。與此同時彌補了沉箱基礎單獨使用的弊端。

(3)適用范圍。對場區內的地質條件不明確、存在孤石等障礙物，且沉井基礎無法實現作業，樁基礎無法透過障礙物時，可采用沉箱基礎來進行施工；當場區內的建筑物較多且結構形式較為復雜，存在一些淺基礎時，沉箱基礎對構造物的影響程度較小；當沉井基礎在作業過程中發生意外情況時，導致井孔內存在水或巖層出現傾斜情況，需要通過沉箱基礎來完成基礎施工；當橋梁的地層土質非常差，沉井或者沉管無法實現時，可通過沉箱基礎來完成。

3.4 復合基礎

(1)作用原理。復合基礎是通過管住基礎、樁基礎、沉井基礎、沉樁基礎等通過組合的方式進行聯合使用，形成復合式的基礎形式。

(2)基礎特性。在橋梁的施工場地內存在水量大流速快、沖刷嚴重、受荷較大的情況時，通過樁基與沉井進行組合，充分利用各自的優點，使基礎的承載能力和穩定性得到提高，同時還能避免巖層產生傾斜的現象。復合基礎的使用還能有效避免承臺的修筑。

(3)適用范圍。沉井和樁基的聯合應用不僅使基礎具有足夠的穩定性和承載能力，還可以提供防撞的永久結構。其應用范圍較廣，適用于所有工程地質條件。

3.5 基礎選型判定

為了全面分析橋梁基礎形式的影響因素，通過層次分析法對各類因素進行了分析總結。分析過程中目標可分為三層：第一層目標包括：價值工程、設計條件、工期和施工條件。第二層目標包括：地層適應性、受力性能、沉降量、技術成熟度、環境影響程度、施工安全程度、施工技術提升藥粟及材料、機具獲取難易；第三層目標包括：水深、流速、承載力、整體剛度、地質災害、均勻性、安全儲備、彈性沉降、蠕變、和不均勻性。通過對三層目標進行分析，得到各自的權重，如表1所示。

表1 基礎類型權重值

通過對表1進行分析看出：四種基礎的權重值最高的為復合基礎，最低的為鉆孔灌注樁，說明復合基礎是最適用也是最優的基礎形式。

4 結 語

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

(2)橋梁進行基礎選型時：應對地層特性、水文地質條件、施工條件、工期、造價等各類因素進行綜合分析。

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