复杂地质条件下桥梁基础选型分析

李晓伟

(山西瑞通路桥新技术有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概况

依托工程为某跨江大桥，该地区受江水的影响，地层条件主要以粉砂、粉质黏土为主，桥梁所在地区处于中纬度地带，受亚热带季风气候的影响，该地方四季分明，降水较多，易形成台风或者内涝的现象；桥位北岸的道路较宽，交通条件较为便利。

2 场区地质条件分析

2.1 岩性分析

通过对场区进行钻孔取样，结果发现：在场区地带的地层发育情况较为完整，第四系覆盖层厚度较大、覆盖范围较广，未见地层缺失。第四系沉积层的厚度一般大于240 m，主要组成为松散沉积物，该沉积物的组成较为复杂，沉积类型较多，主要有：冲洪积、冲海积、冲湖积。

2.2 地质构造分析

该地区地壳运动较为活跃，海水侵蚀较为频繁，各个地层之间呈现出整合或者假整合接触的形式。构造运动的方式为抬升落降。该地区早期的地质构造以挤压为主，形成褶皱的同时还伴随着断裂、火山喷发等。

2.3 地震分析

桥梁的场区处于南黄海地震带，通过查阅资料发现：该地区发生过一次破坏性较大的地震，震中位置距离场区仅有20 km，通过对近年来绘制的等震线图发现地震对该工程的影响烈度为Ⅵ级。

2.4 岩土体特征分析

工程项目所在地处于长江三角洲平原地带，海陆构造交替进行，该地区的沉积物分布范围较广，分布厚度大于240 m，对项目所在的场地进行钻探发现：该地区的地层发育完整、无缺失现象。

3 基础方案分析

3.1 桩基础

(1)作用原理。通过桩基将承台的荷载传递到基底的持力层中去，工作过程中主要依靠桩和土体之间的摩擦力来抵消荷载带来的沉降变形。承台的主要作用是将自身荷载传递给桩基，使桩基协同受力。

(2)基础特点。桩基础自身具有沉降量小承载力高，对地形地质条件要求不高，具有良好的稳定性，有利于施工。桩基施工需要的土方开挖量较小，不需要做大量的排水和支挡设施。施工过程机械化程度较高、经济性较好。钻孔桩可做成斜植，施工过程中噪音分贝低，基础适用性广泛，施工过程中工序较多，容易出现断桩现象，补救较为复杂。

(3)适用范围。钻孔灌注桩的入土深度比管桩大，摩擦桩的稳定性较好，因此适用于土层较薄，岩层较厚的地区；与沉井或沉箱等基础对比，钻孔桩的沉入深度较浅，因此材料消耗较少，造价较低。

3.2 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。

3.3 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35 m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。

3.4 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。

3.5 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，如表1所示。

表1 基础类型权重值

通过对表1进行分析看出：四种基础的权重值最高的为复合基础，最低的为钻孔灌注桩，说明复合基础是最适用也是最优的基础形式。

4 结 语

(1)目前我国桥梁基础施工过程中主要使用的基础形式有：桩基础、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。

(2)桥梁进行基础选型时：应对地层特性、水文地质条件、施工条件、工期、造价等各类因素进行综合分析。

(3)通过层次分析法对基础选型进行判定，最终结果表明：四种基础形式中复合地基为最佳的选择方式。