橋梁樁基礎在巖溶地質條件下應用

摘 要：分析不同類型橋梁基礎的特點及適應條件，巖溶地質橋梁基礎的處理辦法和橋梁樁基礎的應用，以及施工過程的技術措施。

關鍵詞：橋梁基礎；巖溶地質；樁基礎

中圖分類號：TU312 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0266-02

1 引言

橋梁基礎設計與施工質量的好壞，是整座橋梁質量的根本問題，只有掌握橋梁基礎的分類、特點，掌握基礎的適用范圍，才能使專業人員設計和施工時更好地注意發揮各類基礎的特長，才能更合理選擇適宜的基礎，確保建成的橋梁能安全、經濟、舒適、高效地使用，尤其是在巖溶地質這個特殊的環境下。

2 基礎分類、特點

基礎根據埋置深度分為淺基礎和深基礎兩大類。基礎埋置深度小于5m的稱為淺基礎：埋置深度太于5m，則稱為深基礎。基礎埋置在土層內深度雖較淺，但水下部分較深稱為深水基礎。

2.1 淺基礎特點、分類

天然地基淺基礎特點是施工簡單，不需大型的機具設備，比較經濟，在中、小型橋梁上使用較廣泛。淺基礎根據受力條件及構造可分為剛性基礎和柔性基礎兩大類。剛性基礎：基礎內不需配置受力鋼筋，這種基礎稱為剛性基礎。特點是穩定性好、施工簡便、能承受較大的荷載。缺點是自重大，受地形限制。柔性基礎：必須在基礎中配置足夠數量的鋼筋，這種基礎稱為柔性基礎。特點是整體性能較好，抗彎剛度大，對上部結構產生的附加應力比較小。缺點是柔性基礎主要是用鋼筋混凝土澆筑，鋼筋和水泥用量較大，施工技術要求較高。

2.2 深基礎特點、分類

深基礎特點是承載力高、穩定性好、埋置深度大、工期短、適應大型及大跨度橋梁的建設。常用深基礎有樁基礎、氣壓沉箱基礎、沉井基礎等。

樁基礎是一種常用的深基礎，它是由若干根樁和承臺兩個部分組成 樁基礎的作用是將承臺以上結構物傳來的外力通過承臺，由樁傳到較深的地基持力層中去。樁基礎的特點是承載力高，穩定性好、沉降量小而均勻，具有較好的適應性。樁的施工方法種類較多，主要的是鉆孔法和打人法。目前常用的有鉆孔灌注樁．挖孔灌注樁、打人樁；沉箱是一個有蓋無底的箱形結構物，人在壓人壓縮空氣的工作室內挖土，沉箱在自重作用下沉人土中。沉箱的優點是整體性強，穩定性好，能承受較大的荷載，在下沉過程中能處理障礙物，基底的處理和質量能得到保證。缺點是氣壓沉箱費用高，要有一套完整的設備，人在高壓下工作效率低．進度慢，施工組織較復雜；沉井基礎在橋梁工程中較為廣泛的應用，它是以井內挖土，依靠自身重量克服井壁摩阻力后下沉至設計標高，然后經過砼封底，并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺或其他結構物的基礎。沉井基礎特點是埋置深度可以很大、整體性強、穩定性好，能承受較大的垂直荷載。

3 巖溶地質橋梁基礎的處理辦法

由于溶洞的規模和類型不同，它們對橋梁穩定性的影響程度也不同，當然對其處理的方法也應有所不同。

3.1 加固地基(擴大基礎)

(1)當溶洞頂覆蓋較薄，可采用清爆的方法，揭露溶洞充填物，以便清除、換填，或使充填物風干，提高地基的強度。

(2)若溶洞位于持力層范圍內時，清除覆土及原填充的土質，視溶洞寬窄分別打入小鋼軌，用漿砌片石或混凝土填塞，設置鋼筋混凝土蓋板或基礎內部加鋼筋網。

(3)對于溶洞埋藏不深，洞中有較厚的碎塊石堆積物，可采用壓漿的方法使其固結。對于粘性土、砂類土等以細顆粒為主的堆積物地基，可采用旋噴樁方法加固。

(4)若溶洞位于基底以下一定距離，且符合完整頂板厚度與跨長之比小于2．0，或溶洞跨長大于8 m、但厚跨比值大于2．0；頂板巖層完整性較好，溶洞形態大小探測清楚，一般認為地基不需加固。

3.2 樁基礎

樁基礎是處理橋梁巖溶地基最有效的方法。設計與施工時應注意的基本原則如下。

(1)當橋梁地基下的溶洞較大，埋藏較深，但又不滿足頂板厚度檢算要求時，只能采用樁基礎。當巖面溶蝕高差大于1 m或巖溶洞穴平面、剖面尺寸大于1 m者，可溶性巖層埋深在8 m以上，基底巖層部分缺角且無法嵌補，明挖或水下施工壓漿有困難等情況均可使用樁基處理。

(2)鉆(挖)孔樁在穿過溶洞進入完整基巖中深度不得小于5倍樁徑，若實際值小于此項要求時，應結合地質資料進行加深或驗算。

(3)對于樁尖下伏溶洞，是采取穿過溶洞還是樁尖立于溶洞頂，須根據檢算和經驗設計。一般情況若完整基巖頂板厚大于10 m 且頂板厚與溶洞孔徑之比大于2時，基底以下溶洞可以不處理，否則應該采用樁基穿過溶洞。

(4)設計時應重視樁基負摩擦力的影響。一般地基土石在擾動之后都會在自重的作用下固結下沉，特別是由于大量開采地下水而導致地基軟弱層相對樁基固結下沉，因而產生一個向下的摩擦力，即負摩擦力，從而增加了樁基所承受的軸向荷載，甚至可能導致樁基破壞。

（5）當基樁穿過多層巖溶層支立于堅固的巖層上時，不應考慮多層巖溶層對樁側起摩阻作用，因為巖溶層與樁側之間的摩阻作用，在本質上不同于一般土與樁側之間的摩阻作用。

4 巖溶地質橋梁樁基礎的應用

4.1 支承樁及嵌巖樁

支承樁及嵌巖樁安全性高、抗震性好，是首選的樁基類型。當覆蓋土層的摩阻力不足以提供樁基的豎向承載力，或不能滿足沉降要求時，須采用支承樁或嵌巖樁，樁基的承載力可按規范公式計算。此類樁基的設計難點是如何確定樁底巖層的厚度，通常認為樁底有連續3倍樁徑的完整巖體是安全的，但無定量的理論依據。

4.2 摩擦樁

在巖溶地區采用摩擦樁有兩種情況：一種是覆蓋層的摩阻力足以提供樁基的豎向承載力，樁基不進入溶洞區；另一種則是樁底進入溶洞區并終孔在薄頂板或充填物中的情況，此時計人覆蓋層及溶洞充填物和溶洞巖體的摩阻力。前一種與普通樁基的設計計算沒有太大區別，但要注意保證樁底與溶洞間土層及巖體的厚度；后一種摩擦樁的計算則要根據具體情況變通應用規范公式，設計的難點是：合理選取溶洞區樁側土的極限摩阻力及樁底支承力如何計入。

4.3 打入樁

在巖溶地區采用打入樁， 目前并不是常規方法，但在合適的條件下也是一個很好的方案。打人樁避免了鉆孔樁施工時的塌孔風險，及多次回填或其它措施(如鋼護筒)帶來的費用增加。打人樁基礎通常為群樁，可采用預制預應力高強混凝土管樁，也可采用鋼管樁，對于管樁應避免樁底直接打到巖面，且都應注意巖面傾斜等不利情況。

5 巖溶地質橋梁樁施工的技術措施

基于以上的分析，巖溶地區橋梁樁基施工的技術措施主要包括以下幾個方面：

（1）巖溶地區樁基施工，必須根據不同的地質條件遵循相應的處理原則。對于巖溶，首先應對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。然后根據地質鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。對每種處理方案，都要進行仔細的計算。

（2）對于上覆土層較厚、地下水較豐富的摩擦樁，采用鉆孔法為宜。當鉆進到達溶洞頂板時，沖擊鉆頭操作要平穩，盡可能少碰撞孔壁，并減少沖程懸距(不大于0.80 m) ，慢慢穿過并及時采取防護措施，按一定比例投入黃土和片石來封堵，防止漏漿。

（3）樁基穿過多層溶洞或暗河，拋填粘土袋及片石用沖錘擠填樁外溶洞空間，采用2 層、3 層鋼護筒防塌孔是較好的選擇。在橋施工時，因該地區巖溶裂隙發育，當鉆孔進入巖層后發生漏漿時，及時加強護壁。

參考文獻

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