桥涵水文地质条件对桩基础承载力的影响和策略研究

桥涵水文地质条件对桩基础承载力的影响和策略研究

张大伟 王锐 刘云峰

内蒙古自治区水利水电勘测设计院有限公司  内蒙古   010020

摘要：桩基础作为桥梁工程中的重要组成部分，其承载力直接关系到桥梁的安全与稳定。桥涵水文地质条件复杂多变，对桩基础承载力具有显著影响。因此，文章首先提出了桥涵水文地质条件概述，其次探讨桥涵水文地质条件对桩基础承载力的影响，最后提出相应的策略，以指导实际工程应用。

关键词：桥涵水文地质条件；桩基础；承载力；策略

1引言

桥梁工程作为重要的交通基础设施，其安全性和稳定性至关重要。桩基础作为桥梁工程的主要承重结构，其承载力受到多种因素的影响，其中桥涵水文地质条件是一个不可忽视的重要因素。桥涵水文地质条件复杂多变，包括地下水位、水质、土层性质、地质构造等，这些条件对桩基础的承载力具有显著影响。因此，研究桥涵水文地质条件对桩基础承载力的影响，并提出相应的策略措施，对于提高桥梁工程的安全性和稳定性具有重要意义。

2桥涵水文地质条件概述

2.1 地下水位

地下水位是桥涵水文地质条件中的重要因素之一。地下水位的高低直接影响桩基础的承载能力。当地下水位较高时，桩基础周围的土壤受到水的浸泡，土壤的物理力学性质发生变化，导致桩基础的承载力降低。此外，地下水位的变化还可能引起土壤的膨胀和收缩，对桩基础产生附加应力，进一步影响其承载力[1]。

2.2 水质

水质也是影响桩基础承载力的一个重要因素。水中含有的化学物质可能对桩基础产生腐蚀作用，降低其承载能力。例如，含有硫酸盐、氯离子等化学物质的水可能对混凝土桩基础产生腐蚀作用，导致其强度降低。

2.3 土层性质

土层性质对桩基础的承载力具有显著影响。不同性质的土层对桩基础的侧摩阻力和端阻力不同，从而影响其整体承载力。例如，软土地基的承载力较低，需要采取加固措施才能满足承载要求；而硬土地基的承载力较高，但可能存在岩石裂隙等问题，需要采取相应措施进行处理。

2.4 地质构造

地质构造也是影响桩基础承载力的一个重要因素。地质构造复杂多变，包括断层、褶皱、裂隙等，这些构造对桩基础的承载力具有显著影响。例如，断层可能导致桩基础产生不均匀沉降，影响其承载力；而裂隙则可能导致地下水渗漏，进一步影响桩基础的承载力。

3桥涵水文地质条件对桩基础承载力的影响分析

3.1 地下水位对桩基础承载力的影响

地下水位的高低直接影响桩基础的承载能力。当地下水位较高时，桩基础周围的土壤受到水的浸泡，土壤的物理力学性质发生变化，导致桩基础的承载力降低。此外，地下水位的变化还可能引起土壤的膨胀和收缩，对桩基础产生附加应力，进一步影响其承载力[2]。

3.2 水质对桩基础承载力的影响

水质中的化学物质可能对桩基础产生腐蚀作用，降低其承载能力。例如，含有硫酸盐、氯离子等化学物质的水可能对混凝土桩基础产生腐蚀作用，导致其强度降低。此外，水质的变化还可能引起土壤的物理力学性质发生变化，进一步影响桩基础的承载力。

3.3 土层性质对桩基础承载力的影响

不同性质的土层对桩基础的侧摩阻力和端阻力不同，从而影响其整体承载力。例如，软土地基的承载力较低，需要采取加固措施才能满足承载要求；而硬土地基的承载力较高，但可能存在岩石裂隙等问题，需要采取相应措施进行处理。

3.4 地质构造对桩基础承载力的影响

地质构造复杂多变，对桩基础的承载力具有显著影响。例如，断层可能导致桩基础产生不均匀沉降，影响其承载力；而裂隙则可能导致地下水渗漏，进一步影响桩基础的承载力。

4. 桥涵水文地质条件对桩基础承载力影响的策略

4.1 地下水位控制策略

地下水位的高低直接关系到桩基础周围土壤的物理力学性质，进而影响其承载能力。为了有效控制地下水位，可采取以下具体策略：

（1）排水井系统：在桥梁施工区域周围设置排水井，通过自然渗透或机械抽水的方式，将地下水位降低至设计要求的范围内。排水井的设计需考虑地下水的补给速度、施工周期以及周边环境的影响，确保排水效果的同时，不对周边生态环境造成破坏[3]。

（2）井壁抗渗处理：对于排水井及桩基周围的井壁，采用防水材料或技术进行抗渗处理，防止地下水通过井壁渗透，影响排水效果及桩基础稳定性。

（3）地基加固：针对因地下水位高而导致的地基软弱问题，可采用灌浆、注浆等加固技术。通过向地基中注入水泥浆、化学浆液等材料，填充孔隙，提高地基的密实度和承载能力，同时减少地下水的渗透作用。

4.2 水质改善策略

水质中的化学物质，如硫酸盐、氯离子等，对桩基础材料具有腐蚀作用，长期作用会显著降低桩的承载能力。因此，可采取以下提升桩基础耐久性的策略：

（1）化学处理：根据水质分析结果，选用适当的化学试剂，如中和剂、沉淀剂等，去除或降低水中的有害物质含量。化学处理需考虑处理成本、效果及对环境的潜在影响，确保处理后的水质符合桥梁工程要求。

（2）生物处理：对于某些可通过生物降解的污染物，可采用生物处理方法，如建设湿地系统，利用植物和微生物的净化作用，改善水质。生物处理方法环保且可持续，但处理周期较长，需结合工程实际情况选择。

（3）耐腐蚀材料应用：在桩基础设计中，优先考虑使用耐腐蚀材料，如不锈钢、玻璃钢、耐腐蚀混凝土等，以提高桩基础对恶劣水质的抵抗能力。同时，对桩基础表面进行防腐处理，如涂装防腐漆、镀锌等，延长其使用寿命。

4.3 土层加固策略

土层性质直接影响桩基础的侧摩阻力和端阻力，进而影响其整体承载力。针对不同类型的土层，可采取以下加固策略：

（1）土体加固：对于软土、淤泥质土等承载力较低的土层，可采用土钉墙、挤密处理（如振实、压实）、化学注浆等方法，提高土体的密实度和强度，增加桩基础的侧摩阻力。

（2）桩基加固：对于需要进一步提高承载力的桩基，可采用预应力桩、摩擦桩等加固技术。预应力桩通过张拉预应力钢筋，使桩身产生预压应力，提高桩的承载能力；摩擦桩则通过增加桩身与土层的接触面积，提高侧摩阻力。

（3）复合地基：在软土地基上，可采用复合地基技术，即在桩基础下方设置一层或多层加固层，如碎石垫层、水泥土搅拌桩等，形成桩-土共同承担荷载的复合地基，提高整体承载力[4]。

4.4 地质构造处理策略

地质构造，如断层、裂隙等，是桥梁工程中不可忽视的风险因素，它们可能导致桩基础产生不均匀沉降、漏水等问题，严重影响承载力。针对这些问题，可采取以下处理策略：

（1）断层处理：对于穿过桥梁施工区域的断层，需进行详细的地质勘察，评估其对桩基础的影响程度。根据评估结果，可采用断层注浆、断层填充等方法，填充断层裂隙，增强断层带的稳定性，减少其对桩基础的不利影响。

（2）裂隙处理：对于土层中的裂隙，同样需进行详细的勘探和评估。对于影响桩基础稳定性的裂隙，可采用裂隙注浆、裂隙填充等方法进行处理。注浆材料应具有良好的流动性和固化性能，确保填充效果。同时，需对处理后的裂隙进行监测，确保其稳定性。

（3）监测与预警：在地质构造复杂的区域，应建立完善的监测与预警系统，对桩基础及周围地质环境进行实时监测，及时发现并处理潜在的安全隐患。监测内容应包括桩基础的沉降、倾斜、裂缝等，以及地下水位、土压力等地质环境参数。

5结论

总之，桥涵水文地质条件对桩基础承载力具有显著影响。地下水位、水质、土层性质、地质构造等因素均会对桩基础的承载力产生影响。为了降低这些因素的影响，需要采取相应的策略，如降低地下水位、改善水质、加固土层、处理地质构造等。通过科学合理的策略措施，可以提高桥涵水文地质条件下桩基础的承载力，确保桥梁工程的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]不同建设条件下的常规桥涵设计分析[J]. 陈志远.运输经理世界,2022(23).

[2]山区公路小桥涵设计原则和优化对策研究[J]. 孟斌.四川建材,2023(01).

[3]溧阳塘马水库跨库桥梁的水文计算[J]. 张小林;马祥中;王鑫.江苏水利,2022(01).