云桂鐵路巖溶橋梁基礎設計及施工處理總結

李萬雄

(中鐵二院昆明公司，云南昆明 650200)

1 概述

云桂線云南段共137座橋梁，其中巖溶橋59座，涉及巖溶樁基710根，巖溶強烈發育139根，巖溶中等發育213根，巖溶弱發育358根，主要為弱發育;從溶洞形態發育規律歸類，主要有巖溶裂隙型、單溶洞型、串珠式溶洞型以及復合型，其中，復合型形態占大部分，比例超過50%;溶洞大小，高度主要為0 m～1 m及1 m～2 m，這兩種規模的溶洞合計比例占60%以上。

2 巖溶對橋梁基礎危害及成因

鉆孔施工巖溶樁基主要的病害有漏漿、塌孔、斜孔、彎孔、卡鉆、混凝土流失、夾泥斷樁、地面塌陷、沉渣過厚等，影響施工的正常進行;如果巖溶洞穴未處理到位，會造成基礎懸空，或由于樁底下伏溶洞頂板過薄，因重負荷而發生坍塌，引起橋墩破壞，另外，洞穴填充物的松軟和坍塌下沉，可造成基礎位移和沉降、橋墩傾斜等。巖溶對橋梁基礎的各種危害及成因如下。

2.1 漏漿、孔壁坍塌

漏漿是巖溶地區鉆孔施工最常見的問題，當沖孔至灰巖裂隙溶洞帶時，如果裂隙溶洞相互貫通，將出現孔內泥漿大部分或全部漏失，從而使孔壁土層內外的壓力失去平衡，將導致孔壁坍塌等事故發生，嚴重時會引起地表孔口坍塌或整體塌陷，嚴重危及人身安全，塌孔易使樁孔報廢，給施工帶來更大的困難。

2.2 斜孔、彎孔、卡鉆

產生斜孔的原因主要有:下伏基巖巖溶形態發育或巖面坡度大。在鉆孔過程中，如果施工人員為加快施工進度而加大沖擊速度，容易致使沖擊錘頭向巖土中軟弱方向滑移，形成斜孔。彎孔的形成是由于在遇到豎向型不規則洞隙的位置沖擊時，沖擊軌跡容易沿洞隙發育位置形成彎孔。當鉆孔施工至較大溶洞時，由于鋼絲繩未繃緊，在溶洞范圍內打松錘，鉆錘傾倒，提錘時易被溶洞頂板巖石卡住，或因上部巖溶發育地段受沖擊振動掉塊或掉入異物卡住沖擊錘，致使沖擊錘不能上提，形成卡鉆。

2.3 混凝土流失、夾泥斷樁

在有較大巖溶洞隙的樁孔中，由于沖孔過程中，巖溶洞隙未擠壓密實，在灌注混凝土時，混凝土在巖溶洞隙內流失或坍落，如果施工措施不到位，會產生斷樁事故。

2.4 沒有探明的溶洞，給橋梁結構穩定帶來隱患

在受區域構造、差異風化、巖溶溶蝕等不可預見的地質因素影響下，現有勘察技術水平客觀存在局限性，導致探明溶洞實際形態增加了難度，某特大橋16-2樁基比對檢測及鉆芯驗樁發現該樁底以下0.5 m發現填充溶洞，如果各階段都沒發現有隱患的溶洞，將產生嚴重后果。

3 巖溶地段橋梁基礎設計及施工處理措施

綜上所述，根據巖溶地區的橋梁不同階段，不同的情況，應采取相應的加強及處理措施，使巖溶對橋梁安全及施工的危害降至最低。

3.1 加強地質勘探

地質勘察為探明及處理巖溶提供了依據，根據巖溶地區的地質構造特點，制定合理的勘察原則，合理布置鉆孔位置及鉆孔數量，采用多種方法、多種手段(地質雷達、高密度電法、淺層地震儀和鉆探等)，盡可能調查清楚溶洞的分布、特征、覆蓋層厚度等，分析已探明的溶洞形態，合理布置后續的鉆探工作，如施工揭示少量樁基巖溶地質情況與原設計有差異，應結合樁基地質條件，分析溶洞、溶隙發育的空間形態、充填物情況，必要時補充勘探等工作，為設計和施工中巖溶處理提供依據。

3.2 基礎設計

根據已經探明的地質情況，選擇合適的基礎類型，并為施工提供相應的溶洞處理措施。由于巖溶地質復雜性及無規律性，設計時應對地質鉆探資料進行綜合分析，根據具體的巖溶形態情況、橋墩的荷載以及下伏溶洞板頂覆蓋層的土質、厚度和穩定性等因素綜合考慮，一般采用明挖基礎和樁基礎。當溶洞、溶槽、裂隙小且較少，覆蓋層不厚且承載力滿足設計要求，同時溶洞頂板厚度足夠，可采用明挖基礎，注意需清除充填物，用C20混凝土回填密實;當溶洞發育、埋藏較深、溶洞頂板較薄，不能滿足樁底受力要求時，一般采用樁基礎，根據溶洞形態的統計，大部分的橋梁基礎適宜采用樁基礎。根據地質情況和受力方式的不同，樁基礎分為嵌巖樁和摩擦樁。

3.2.1 嵌巖樁

對于嵌巖樁，計算公式為［P］=(C1×A+C2×U×h)×R，公式中各參數取值參照“鐵路橋涵地基和基礎設計規范”執行。基底下伏溶洞時，需保證溶洞頂板厚度足夠大，合理估算溶洞頂板作為持力層的厚度是巖溶地區樁基設計的關鍵問題，當溶洞頂板巖層強度較高、整體性較強、洞跨較大時，應以彎矩作為頂板破壞的主要控制因素來估算，此時最小設計持力層厚度為:H=［6M/(q［σ］)］×0.5，其中，q為溶洞頂板自重加上覆蓋層均布荷載;［σ］取灰巖1/10容許抗壓強度;M為彎矩。當溶洞頂板巖層完整、巖體強度高但洞跨較小時，則剪力是控制溶洞頂板破壞的主要因素，此時:H=(q+p)/(τl)，其中，q為溶洞頂板自重加上覆蓋層均布荷載;p為樁尖對溶洞頂板的集中力;對于灰巖τ取1/12容許抗壓強度;l為溶洞平面周長。

3.2.2 摩擦樁

對巖性較差，巖石破碎、裂隙發育的樁基應按摩擦樁來設計。摩擦樁計算公式為:公式中各參數的取值參照“鐵路橋涵地基和基礎設計規范”執行。當樁基進入溶洞區，溶洞內的填充物成分復雜，難以確定其極限摩阻力和樁底土的承載力，樁身的摩阻作用也與一般土與樁側之間的摩阻作用不同，故巖溶地區應慎用摩擦樁，如果采用摩擦樁，則需根據具體情況變通規范公式，合理采用樁基土層及溶洞填充物的各項地質指標。

3.2.3 施工處理措施

對填充溶洞或半填充溶洞，采用拋填粘土夾片石處理，其中粘土占1/3計，片石占2/3計;對于采用鉆孔樁的空溶洞，宜采用鋼護筒跟進成孔，若洞壁斜度較大，應考慮部分拋填片石數量。當采用挖孔樁穿越空洞時，應用M10漿砌片石成孔。對各種巖溶處理措施、適用條件、處理效果及注意事項見表1。

表1 施工中各種巖溶病害的處理措施、適用條件及效果

3.3 其他保證措施

施工前應仔細研究圖紙，有針對性地做好準備工作及采用合理的施工方法，有效的預防病害及安全事故發生;施工單位應詳細記錄每個墩臺各樁施工情況、沖孔進度并經監理單位確認，有利于出現病害后分析病害產生的原因;施工單位、設計單位應加強溝通，形成標準化的樁基驗孔程序，驗孔過程中應加大分析力度。

4 結語

巖溶的隱蔽性和勘探的局限性決定了巖溶處理要設計與施工相結合，才能有效推進巖溶地區橋梁基礎的施工，為橋梁的安全穩定提供保障。以詳細的地質勘探為基礎，基礎設計中合理運用處理措施，施工中做好預防工作，根據揭示的地質對出現的病害進行及時有效處理，通過各階段的精心工作，相信能把巖溶對橋梁的危害降到最低。

［1］TB 10002.5-2005 J464-2005，鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］.

［2］TB 10027-2001，鐵路工程不良地質勘察規程［S］.

［3］鐵道工程地質手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.