对于复杂水文地质条件下的桥梁基础施工分析

杨 雄

中国水利水电第十一工程局有限公司基础分局，河南郑州 450001

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。尤其是最近的十年，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。但是同样湖泊河流数量众多，导致其种类也非常多，桥梁基础结构设置具有多样化，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，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。在周边地形施工中使用的槽钢不是专门用作围堰施工设备，很难将两者紧密咬合紧密，通常采用拉森型钢板桩进行施工防护，这就是所谓的拉森钢板桩围堰。拉森钢板桩主要包括IV型、V型、VI型，IV型拉森钢板桩是桥梁建设施工中比较常用的，国内的钢材质量与国外的存着一定的差异，在大型围堰结构中一般使用进口拉森钢板桩。围堰结构对桥梁围堰内侧进行安全保护，技术人员要根据围堰的尺寸、深度选择相应的钢管进行支护。技术人员要不断积累施工经验，为桥梁基础建造奠定了基础条件。我国桥梁施工技术在不断进步的同时综合实力得到了巨大的提高，在江苏长江大桥项目建设中我国采用了世界最先进的施工技术--大型的深水沉井系统，该系统是我国根据经验以及研发团队开发的最先进的施工技术。深水沉井系统帮助我国在桥梁基础施工建设阶段的重大突破和转变，带动着经济水平的稳定增长。

复杂水文地质条件下的桥梁基础施工难点分析。受到不同地区降雨量不同、地质环境、岩层等影响，各个地区水文地质条件也存在很大的不同。所以编制的桥梁基础建设方案也千差万别，给施工带来了很大的难度。当前我国复杂水文地质条件下的桥梁施工难点主要集中在以下几个方面：

一是桥梁施工平台搭建比较困难。在开展桥梁基础施工过程中由于是一个复杂的工程，所以需要运用多种大型设备辅助开展施工，并且水文地质环境比较多年，所以在桥梁平台搭建时难度非常大。二是基础施工容易受到外界和内部条件影响增加施工难度。在进行桥梁基础施工过程中，会受到施工外界气候、流向等变化和影响以及施工过程中遇到的各种突发事件等。三是河流汛期阶段，尤其是在南方春夏季节降雨量非常多，容易导致水流量、流速等发生较大的波动，所以水面的覆盖面积不断扩大，对施工的冲击力也会造成很大的压力，大大增加了施工难度和施工的复杂性，影响了整个施工进程。四是桥梁基础施工地下环境的隐蔽性也是桥梁施工的难点之一，在进行基底建设时容易遇到裂缝等状况，降低了桥梁的稳定系数，并且桥梁基底建设往往在地下进行，所以安全隐患不容易发现，解决难度也比较大。

2 桥梁水上基础施工技术

我国在桥梁施工技术中主要将现有的工程技术分为两种，一种是深基础施工技术，另一种是浅基础施工技术。

浅基础施工主要是指对水位较浅的部位进行的桥梁施工。水位较浅的部位，河面覆盖面积相对较小，水流量也比较稳定，所以桥梁基础施工难度相对较低。施工部门可以根据前期勘察的现场情况，制定周密系统的施工方案。首先进行钻孔平台和钢栈桥构建，随后对钻孔周边进行单臂钢围堰设置，在施工过程中运用一定的方法对围堰里面的水进行抽取，从而确保达到施工条件。采用这种方式进行施工，能够大大提高施工效率和施工质量。但是还需要结合具体的水文地质条件等综合考虑各种因素进行分析和研究，最终保证施工项目顺利完工。浅基础一般是由于工程工期限制和成本等因素的控制，无法进行审深基础的施工，但是由于浅基础施工存在着自身结构等问题，承载力也远远低于深基础，因此我国已经开始用深基础取代浅基础施工，以避免浅基础所导致的先天不足。所以下面我们就来分析一下深基础施工情况。

深水基础施工主要分成一般深水施工、超深水施工两大部分。前者主要是指河流深度不高于十米的施工情况，施工方案和浅水施工方面比较一致。超深水基础施工容易受到岩层、流速、水深度等方面的影响，所以大大增加了施工难度，因此需要结合施工现场具体情况进行全面分析和研究，从而更好地提高施工的实用性、经济性和高效性。

2.1 管柱基础

管柱基础是一种直径较大的空心圆形桩，内筑钢筋混凝土材料作为桥梁基础结构中的重要组成部分，能够提高水文地质条件下桥梁施工的安全性能。管柱基础可以穿越不同的土质覆盖层，主要适用于深水区域或者岩面起伏等地域条件的基础结构。管柱基础施工一般采用预应力混凝土管柱或钢管柱，管柱通过覆盖层下沉到基本岩层，再在管柱内用大型钻机钻岩达到规定的深度，然后放置钢筋骨架，使用管柱在岩壁中锚固。管柱基础能够提高桥梁施工的安全性和可靠性，在水文地质条件下能达到气压沉箱所不能达到的深度，能够将各项损失降到最低，为人们创造更高的经济效益，而且不受洪水灾害的影响，可以常年施工，真正实现管柱基础应用价值。

2.2 桩基础

桩基础主要应用于土层较深的持力层中，上部荷载需要经过桩然后传送给达持力层扩散给地壳。而挤密桩地基的基础性能相对较弱主要通过通过密集的桩把土挤压密实，靠桩及桩间土联合体共同承担荷载。桩与桩间土抗力是按各自的压缩模量来进行分配的。

2.3 沉井基础

沉井基础现在采用较少。具有整体结构全面、传递力可靠的优势特点，在跨度较大的深水地区具有重要应用价值。沉井基础主要分为气压沉箱和开口沉井两种桥梁施工方案，在沉井基础施工过程中，开口沉井是一个无底无盖的井筒，由多种零部件组成。技术人员要明确沉井基础的施工流程，加大问题的研究力度，在井壁内挖土时井筒加压会逐渐下沉，一节井筒快沉入土中再接一节，直至最后一节下沉到设计标高，定期清理井底，灌注一层水下混凝土把井底封住，再抽水并在井内填充混凝土，最后在顶上灌筑钢筋混凝土盖板。为了减少井壁与土间的摩擦力，技术人员要及时关注筒壁内预埋钢管的高压变化，创新制定出科学有效的桥梁施工技术，因为深井基础的造价非常高，适用范围小，所以我国目前还以钻孔灌注桩技术为水上基础的施工方法。

3 复杂水文条件下桥梁基础施工技术研究

桥梁工程是一种综合性的工程，它具有涉及专业多、涉及范围广泛、施工难度大等特点，因此对于桥梁的工程会受到很多因素影响。尤其以桥梁水上基础为尤，会受到气象条件、设备装备条件、工程造价、施工人员素质、水文条件等多方面因素影响。在这些因素中，水文条件则是影响桥梁基础施工技术的关键因素。

3.1 复杂条件下水上基础施工技术研究

随着我国科技水平迅速发展完善，如今桥梁施工技术在一定领域内已经成为一成不变的模式。其中水上基础施工所涉及到的施工技术主要包含下列几点。

3.1.1 土围堰以及钢围堰

在桥梁施工中，围堰凭借其独特的特点优势，被广泛使用。不管是钢围堰还是土围堰，他们的施工原理大体上是一致的，即利用其它的介质把水隔离开，从而做出一个较安全的施工工程面。不过钢围堰和土围堰也有较大的区别，钢围堰的性能和实用性大大高于土围堰，但其缺点是成本高、对于施工技术水平要求高，所以钢围堰的使用领域并不是很广泛。而土围堰虽然成本不高，但是性能略低，所以并不适用于高质量高要求的桥梁工程。

3.1.2 双臂钢套箱

双臂钢套箱本质上来说钢围堰的一种，但其形制稍微存在不同之处，它主要应用于深水的高桩承台中。吊箱围堰和钢套箱围堰存在着明显的区别，整理设计结构和计算方法相类似。吊箱围堰在河床比较深，承台底标高的水面下得到了应用，当水流较急时不适于钢套箱下沉的地质情况。而钢套箱比较适用于浅滩地带，水流速较小且地质情况比较适于钢套箱下沉的情况。技术人员要明确各项设计指标，将理论知识与实际情况有效结合，严格遵循河道部门的各项规章制度，才能提高桥梁施工建设的安全运行。

3.2 具体施工工艺选择技术研究

以上几种桥梁工程施工技术能够对一般的工程进行施工，对于水上基础施工能够满足要求。但是由于施工过程中会有很多干扰因素，正因为这些方面因素的限制，导致选择施工工艺时需要多角度考虑，必须确保满足工程质量还要控制在一定的成本目标。同时还要满足工期自己工程进度控制。根据实际工作经验和技术实践可以总结出以下几点结论。

（1）钢吊箱。钢吊箱围堰是为承台施工的阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封地砼围水，为承台施工提供无水的干燥环境。同钢围堰相比，钢吊箱围堰具有施工工期短，水流阻力小、利于通航、不需要沉入河床、施工难度小、砼用量小等特点，因而在大跨深水桥梁中得到了广泛的应用。钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰.钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好；能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用，因此，它的用途广泛。而且其造价相对较低，施工建造时间也短，可以满足很多桥梁施工要求，因此应该合理选用此方法。

（2）浅水或者水量少的区域可以选择筑岛围堰施工，节省成本同时能够满足施工技术要求。

（3）深水或者水量较大的区域可以选择钢围堰施工技术，如果一些区域水量非常大，潮水凶猛，那么施工过程建议先下桩，然后在围堰，这样能够保证围堰的强度。然后在进行施工，保证施工安全，工程进度能保证。在软弱的地质环境下，需要用钢板桩围堰。

4 复杂条件下钻孔桩施工技术研究

在桥梁施工的基础施工过程中，钻孔桩技术是一种十分常见的施工技术，它在绝大部门的工作环境下都可以进行，外界预制条件的干扰非常小。根据对不同的桥梁施工指定合理的钻孔桩直径，因此钻孔桩技术在桥梁施工中具有非常大的优势，虽然说钻孔桩技术应用广泛，但是一些特殊地质环境下，钻孔桩技术不能够满足技术和安全方面的要求，同时对施工人员和后期使用都会造成严重的威胁。因此对于特殊地质环境下的桥梁基础施工要特别注意，选取合适的施工技术是非常关键的。避免发生严重的施工事故。

4.1 深厚砂层地区施工技术分析

对于深厚的砂层区域施工过程需要注意很多问题，来降低施工故障提升施工安全。首先，对于难以保证的垂直度，是因为砂深厚，地下地址条件稳定性相对较差，并且桩长度越长，越难保证其垂直度，导致坑里不能充满混凝土，降低桩强度。其次，因为地址条件特殊导致的成孔时容易产生很多奇怪现象，比如泥浆杂质过多，不能保证桩强度。对于这些难点应该采取有效措施控制泥浆质量，严格控制泥浆外加材料的纯度，符合泥浆使用条件才能进行施工。

4.2 沙卵石地区施工技术分析

对于在砂卵石地区的桥梁施工，需要考虑其复杂严峻的地质情况，在钻孔施工时会遇到很多事故，如管孔涌砂、易塌孔等。为了减少上述危险事故的发生概率，需要在施工时采取以下几点措施。

（1）确保泥浆合适的浓度。保证恰当优质的泥浆浓度能够防止管孔涌砂的质量事故出现，所以在此过程中，技术的关键即是确保有效的泥浆的浓度。在进行泥浆浓度配比时要严格按照操作规程进行，确保环境、温度、水量等达到规定要求，在配比完成之后要进行反复检验和分析，确保浓度达到既定标准后投入桥梁基础施工过程中。

（2）选用质量好的泥浆和良好的钢护筒钻入技术。此方法可以避免塌孔事故的发生。因此，采用高质量泥浆并确保钢护筒全断面如岩同样是技术的关键。这就要求在进行泥浆材质选择时严把质量关，严格审查资料提供部门的资质，对每一种材料进行严格的入场检查、检验，经测验合格后方可投入使用。

通过对复杂水文地质条件下的桥梁基础施工情况进行分析可知，桥梁基础施工是一项系统的复杂的工程，涉及到技术、设备、人员等很多因素，并且外部环境等也会影响施工进度和施工质量，所以要加强对施工技术人员的培训和管理，不断学习和研究新的施工技术和方法，提高责任心，从而更好地保证施工过程的有序推进。

5 结语

总而言之，通过对桥梁工程的基本现状、复杂水文条件下施工技术等的研究，结合理论与实践，可以得知，在复杂水文条件下，通过钻孔桩的方式可以达到工程施工技术方面的要求，从而使工程质量达标。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。

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