復(fù)雜地質(zhì)條件下的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

胡國斌

（浙江易通特種基礎(chǔ)工程股份有限公司，浙江寧波 315800）

0 引言

在當(dāng)今社會，進(jìn)行橋梁的建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都需要根據(jù)各個(gè)不同的類型進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。而根據(jù)不同的橋梁類型，橋梁建設(shè)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)變化，因而，為了能夠科學(xué)的對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作人員需要對各種橋梁的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)和深層的了解，并且在施工中重視施工技術(shù)的運(yùn)用。

1 公路橋梁的基本類型

由于經(jīng)常在困難的地形上進(jìn)行高速公路的建設(shè)，因此，公路橋梁建設(shè)作為至關(guān)重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程具有重要意義，高速公路的建設(shè)可能會對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生驚人的影響。目前，由于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，從而逐步促進(jìn)了交通流量的增加，新的公路橋梁應(yīng)能應(yīng)對現(xiàn)階段不斷增加的交通流量，經(jīng)過長時(shí)間的作業(yè)后保持相對穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，開展以公路橋梁為中心的設(shè)計(jì)和施工工作勢在必行。

通過對橋梁工程的分析得出，由于結(jié)構(gòu)體系的不同，可分為幾種基本類型，如斜拉橋、鋼橋、梁橋、懸索橋、拱橋等。在當(dāng)前開展的大多數(shù)公路橋梁的實(shí)體施工中，重點(diǎn)使用的施工材料是鋼筋、混凝土等，但石板橋梁和土橋的施工重點(diǎn)是在旅游景點(diǎn)建造一些橋梁項(xiàng)目。關(guān)于公路橋梁的設(shè)計(jì)和施工，主要是確定各種類型橋梁的特征及其施工要素等問題。這種基礎(chǔ)、少量的建筑材料、外部美和復(fù)雜性都是由它的性質(zhì)和優(yōu)勢承擔(dān)的，但拱橋?qū)χ車h(huán)境的要求較高，我們需要在平坦的區(qū)域才能安裝一座拱橋，以便根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際對其標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。懸索橋通常僅適用于大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目或大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目，在這些項(xiàng)目中，由于其造價(jià)過高，施工過于困難，故非常罕見。盡管梁式橋具有好看的外觀、極強(qiáng)的耐久性和良好的適應(yīng)性的獨(dú)特優(yōu)勢，但它僅適用于具有中小型橋梁功能的建筑，因?yàn)槠淇缭侥芰^弱。鋼架橋施工不需要大量混凝土，并且結(jié)構(gòu)較小，但需要使用大量鋼材，從而增加了項(xiàng)目的總成本。雖然斜交橋具有卓越的越界能力，但由于其尺寸較小，最有可能出現(xiàn)在一些無支架的施工中，但由于其高施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，斜交橋僅用于中大型橋梁工程[1]。

2 在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的基本原則

2.1 技術(shù)創(chuàng)新原則

在橋梁施工中引入合適的數(shù)字化和信息化施工技術(shù)，可以取得更合理和準(zhǔn)確的成果。例如，在道路橋梁設(shè)計(jì)中引入數(shù)字地圖技術(shù)，不僅可以產(chǎn)生三維的路線效果，還建立了道路橫向縱向剖面，還可以使道路和橋梁的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，優(yōu)化道路設(shè)計(jì)。作為公路橋梁建設(shè)現(xiàn)代化的必然趨勢，具有更先進(jìn)的自動化、更精確的精度和更多樣的圖形信息的優(yōu)勢。

2.2 生態(tài)環(huán)保原則

現(xiàn)在，隨著綠色環(huán)境概念的發(fā)展，目前公路橋梁的建設(shè)已不再是傳統(tǒng)的穩(wěn)定安全需要，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，新的標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，但在公路橋梁的實(shí)際工程建設(shè)中，導(dǎo)致建筑工地周圍的土壤侵蝕，可能造成植被和生物量損失，并可能對景觀造成無法修復(fù)的損害。因此，在實(shí)際的公路橋梁設(shè)計(jì)中，要確保生態(tài)穩(wěn)定、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)和安全穩(wěn)定的關(guān)系，避免進(jìn)一步的環(huán)境污染，無論是道路綠化工程的道路建設(shè)，還是投入使用后，都要盡量減少人類活動對沿線環(huán)境的不利影響。

2.3 安全性原則

在社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，橋梁是占據(jù)去重要位置的基礎(chǔ)設(shè)施，其質(zhì)量直接關(guān)系到生命和財(cái)產(chǎn)的安全，因此，安全原則應(yīng)始終處于其概念和建設(shè)的前沿。在橋梁設(shè)計(jì)和施工中，安全原則明確地表達(dá)在以下兩點(diǎn)上。

（1）在公路和橋梁建設(shè)中，施工人員的人身安全始終受到山區(qū)和危險(xiǎn)地區(qū)等不發(fā)達(dá)地區(qū)的影響，因此必須始終優(yōu)先考慮。

（2）公路橋梁的自我安全，充分保證公路橋梁質(zhì)量的先決條件是嚴(yán)格監(jiān)督和管理建筑材料以及合理的設(shè)計(jì)施工方案[2]。

3 公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 提升工程構(gòu)造配筋率

在當(dāng)前社會的橋梁基礎(chǔ)施工中，混凝土材料的應(yīng)用范圍非常普遍，但在施工中出現(xiàn)裂縫病害也是很常見的，并且裂縫間隙會由于缺乏科學(xué)合理的管理方法而出現(xiàn)越來越大的情況，并破壞了橋梁的安全。面對這些問題，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼筋混凝土層的設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，并且在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足施工要求的前提下，設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋混凝土的厚度，并根據(jù)增加配筋的構(gòu)造方法，有效地緩解外部環(huán)境的侵蝕，并且能夠?qū)ぷ餍屎唾|(zhì)量的提高產(chǎn)生促進(jìn)作用[3]。

3.2 降低公路橋梁的超載率

在使用公路橋梁時(shí)，過載的可能性很大，這會對橋梁構(gòu)成相當(dāng)高的威脅。并且，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，橋梁超載問題日益嚴(yán)重，與橋梁本身的性能密切相關(guān)。主要有3點(diǎn)原因。①橋梁施工比較短，其綜合性能將在長期工作中下降。②在其發(fā)展的現(xiàn)階段中，原設(shè)計(jì)沒有得到充分的調(diào)整，適應(yīng)性下降，實(shí)際通行量高于先前的設(shè)計(jì)估算。③有效地緩解外部環(huán)境的侵蝕從根本上提高工作效率和質(zhì)量。并且橋梁的超載損傷是持續(xù)存在，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，考慮到這一點(diǎn)，認(rèn)為在短時(shí)間內(nèi)，公路橋梁的設(shè)計(jì)過程需要與公路車輛的需求完全兼容，并對未來車輛流量的增加進(jìn)行了更深入的研究，從而對公路橋梁的超載情況進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。

3.3 加強(qiáng)表面鋪裝層的防水設(shè)計(jì)

任何一個(gè)工程設(shè)計(jì)過程，在道路和橋梁中都有著至關(guān)重要的作用，在對橋梁進(jìn)行鋪裝時(shí)，對混凝土有很高的要求，因此，我們在進(jìn)行道路混凝土橋梁的設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土的鋪設(shè)需要我們建立在相關(guān)的實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置網(wǎng)格以避免混凝土結(jié)構(gòu)的老化，從而對整體質(zhì)量和工程產(chǎn)生影響。關(guān)于路面防水層的設(shè)計(jì)，不僅需要設(shè)計(jì)防水層，而且還需要考慮實(shí)際荷載。在設(shè)計(jì)道路和橋梁排水管時(shí)，應(yīng)考慮管道本身的結(jié)構(gòu)，并改善其廢水排水的性能。

4 橋梁建設(shè)基礎(chǔ)工程施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

氣壓沉箱法是傳統(tǒng)橋梁基礎(chǔ)施工中的常見技術(shù)。在施工過程中，將氣壓式沉箱的壓縮空氣送入上部沉箱系統(tǒng)內(nèi)部排水，在橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)所選擇的適當(dāng)開挖方式進(jìn)行挖掘，當(dāng)沉箱逐漸下沉?xí)r，由科學(xué)家、施工技術(shù)人員對混凝土橋梁的建材進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并進(jìn)行橋梁施工。錢塘江大橋橋墩施工是茅以生先生發(fā)明的一種橋梁基礎(chǔ)施工方法。在橋梁建設(shè)中，廣泛使用了鋼板樁，在整個(gè)施工過程中，單個(gè)樁體被平滑在一起，并最終整合到一個(gè)能夠有效阻擋地面外表面的封閉組件中。用于外部地形建設(shè)的槽鋼不是專門作為筑壩設(shè)備使用的，也很難相互放置，施工防護(hù)一般采用拉森式鋼板樁，被稱為拉森鋼板樁大壩。隨著橋梁施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們的整體強(qiáng)度得到了很大的加強(qiáng)[4]。

5 橋梁水上基礎(chǔ)施工技術(shù)

就橋梁施工技術(shù)而言，我國將當(dāng)前的工程技術(shù)分為深部施工技術(shù)和淺部施工技術(shù)兩種類型。淺基礎(chǔ)施工主要是指在淺水地區(qū)修建橋梁。在河流覆蓋面積相對較小、水流相對穩(wěn)定的淺灘地區(qū)進(jìn)行橋梁建造，因此，基礎(chǔ)施工難度相對較小。建筑部門可以根據(jù)早些時(shí)候調(diào)查的地點(diǎn)情況，制定設(shè)計(jì)合理、系統(tǒng)的施工方案。先修建鉆機(jī)平臺和鋼桁架橋，然后是將單臂鋼沿鉆孔周邊進(jìn)行設(shè)置，并且在圍堰施工過程中采用一定的方法抽水，保證了施工條件的滿足。

5.1 管柱基礎(chǔ)

在橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成中，管柱基礎(chǔ)是一個(gè)大直徑的內(nèi)里填筑鋼筋混凝土的圓樁，因而，在橋梁基礎(chǔ)施工中，水文地質(zhì)條件下橋梁施工的安全性得到有效加強(qiáng)。而管柱基礎(chǔ)是能夠在深水區(qū)和巖石地帶進(jìn)行應(yīng)用的橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且能夠在不同土層中進(jìn)行穿梭。因此，橋梁施工的安全和可靠性在管柱基礎(chǔ)建設(shè)中得到加強(qiáng)，并且，管柱基礎(chǔ)能夠在地下達(dá)到的深度是氣壓力沉箱無法披靡的，它在水文地質(zhì)條件下進(jìn)行應(yīng)用，能使損失最小化，創(chuàng)造出不受洪水影響的經(jīng)濟(jì)效益，并且施工便捷，不受季節(jié)限制，管柱基礎(chǔ)的應(yīng)用價(jià)值在橋梁基礎(chǔ)施工中得到了有效體現(xiàn)。

5.2 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)的應(yīng)用是上層必須通過樁傳遞，然后將力層傳遞到地面，并延伸到地面地殼，樁基礎(chǔ)主要在其較深的土壤層中進(jìn)行建設(shè)。擠密樁基礎(chǔ)主要是通過擠密樁的擠密作用使地基受壓，因此，擠密樹樁壓縮的核心是性能較低，荷載在支撐地面和層間地面之間共享。因此，根據(jù)各自的壓縮模量進(jìn)行土抗力的分配。

6 復(fù)雜水文條件下橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

橋梁項(xiàng)目的施工會產(chǎn)生很多的因素，對其施工進(jìn)程產(chǎn)生影響，如涉及的專業(yè)人員較多、覆蓋面廣、施工難度大等，因此，橋梁施工是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工程。而在建造水上橋梁時(shí)，會受到各個(gè)方面因素的影響，對其橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響，例如，氣象條件、設(shè)備條件、工程造價(jià)、施工人員素質(zhì)、水文條件等[5]。

6.1 土圍堰以及鋼圍堰

由于其獨(dú)特的優(yōu)勢，圍堰被廣泛用于建造橋梁。圍堰分為兩種，一種是鋼圍堰，另一種是土圍堰，盡管材質(zhì)不同，但其建筑理念基本上是相同的，主要是使用各種方式將水進(jìn)行分隔，從而建立更安全的建筑面。然而，土圍堰和鋼圍堰之間存在著巨大的差異，后者比土圍堰具有更多的性能和實(shí)用性，但它的缺點(diǎn)是不能廣泛使用，因?yàn)殇搰叩慕ㄔ斐杀痉浅０嘿F，技術(shù)上的要求高。雖然在土壤中筑堤的成本并不高，但其性能相當(dāng)?shù)?，因此不適用于高質(zhì)量和高要求的橋梁[5]。

6.2 具體施工工藝選擇技術(shù)研究

通過對其施工技術(shù)在建設(shè)過程中的實(shí)際應(yīng)用的研究分析，得出了在橋梁建造中施工技術(shù)的具體應(yīng)用。

（1）鋼吊箱圍堰箱是一種能有效分水、便于基底結(jié)構(gòu)施工的裝置，主要應(yīng)用方法是通過吊箱圍堰及其側(cè)板和擋水板與底板連接，為無水施工及取水臺結(jié)構(gòu)的操作提供方便。鋼吊箱圍堰與鋼圍堰相比，具有通航方便、水流阻力小、施工方便、不需進(jìn)入河床、施工難度小、混凝土用量小的特點(diǎn)，因此，通因此通常用于深水橋梁。能夠在深水區(qū)域進(jìn)行建造，如有必要，增加一個(gè)傾斜的支架，使之成為一個(gè)具有良好的防水性能的籠子；這些區(qū)域可酌情形成各種外部屏障，可以以多種方式重復(fù)使用，適用范圍廣泛。此外，相對較低的成本和較短的施工時(shí)間可以滿足建造大量橋梁的需要，因此應(yīng)合理選擇這種辦法。

（2）淺水區(qū)或水量稀少的區(qū)域可選擇建造筑島圍堰，這樣可以節(jié)省必要的費(fèi)用，并滿足施工技術(shù)要求的同時(shí)提高施工效率。

（3）在深水區(qū)或水域較大的地區(qū)，可選擇采用鋼圍堰施工技術(shù)，如果某些水域的水流很大、潮汐強(qiáng)烈，則建議首先在這些地區(qū)建造樁基，然后在這些地區(qū)建造鋼圍堰，從而讓圍堰強(qiáng)度得到保證。然后進(jìn)行施工，以確保施工安全和工程進(jìn)度。在脆弱的地質(zhì)環(huán)境中，需要建造鋼板樁圍堰。

7 復(fù)雜條件下鉆孔樁施工技術(shù)研究

鉆孔樁技術(shù)是橋梁施工過程中非常普遍的施工技術(shù)，可以在大多數(shù)部門的工作環(huán)境中實(shí)施，并且外面條件沒什么阻礙。當(dāng)根據(jù)橋梁在不同合理直徑的鉆孔上施工時(shí)，鉆孔技術(shù)在橋梁施工中有很大的優(yōu)勢，盡管鉆井技術(shù)應(yīng)用廣泛，但在某些特殊的地質(zhì)環(huán)境中，鉆孔技術(shù)是一種不符合技術(shù)和安全要求的技術(shù)，其后果是對建筑工人的使用構(gòu)成重大影響[6]。

因此，深砂地區(qū)的施工過程需要高度重視，以減低工程出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高施工的安全性。①由于砂體較深，所以很難實(shí)現(xiàn)垂直，地下地址條件相對不穩(wěn)定，且樁長越長，保證其垂直阻力就越困難，因此坑內(nèi)無法填充混凝土，導(dǎo)致樁強(qiáng)度降低。②由于成孔引起的特殊地質(zhì)條件，容易產(chǎn)生大量的泥漿雜質(zhì)等奇異現(xiàn)象，無法保證樁身的受力。針對這些困難，在嚴(yán)格控制污泥和材料的純度的同時(shí)，必須采取有效的污泥質(zhì)量控制措施，遵守泥漿使用條件，方可施工。

8 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前的社會發(fā)展中，我國的交通業(yè)迎來了發(fā)展的高速時(shí)期，對現(xiàn)代社會形態(tài)產(chǎn)生了巨大的影響，在這種情況下，道路橋梁的建設(shè)正在加強(qiáng)。只有這樣，才能提高我國公路橋梁建設(shè)的總體水平，有效保障公路橋梁的安全穩(wěn)定，避免隨之而來的安全問題，從而導(dǎo)致信任危機(jī)和安全事件的出現(xiàn)。在施工過程中，綜合應(yīng)用和監(jiān)控施工技術(shù)，工作人員必須全方位管理，從質(zhì)量意識、責(zé)任意識和安全意識出發(fā)，在任何情況下都不能放棄細(xì)節(jié)管理，有效地保障公路橋梁建設(shè)質(zhì)量，推動公路事業(yè)的發(fā)展，有效促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。