巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

賴寧興

(福建建工集團(tuán)總公司，福建福州 350003)

1 概述

龍坊高架橋是某高速公路的一座跨越一個(gè)水電站引水渠的特大型橋梁，大橋全長(zhǎng)1 183 m，引橋?yàn)?0 m先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁，主橋?yàn)?7 m+3×100 m+57 m的剛構(gòu)—連續(xù)組合箱梁。由于受到實(shí)際地形及跨越引水渠的限制，橋梁15號(hào)～18號(hào)四個(gè)主墩，14號(hào)過(guò)渡墩和1號(hào)～13號(hào)引橋墩均位于溶洞區(qū);再加上橋梁橋高較高，最大橋高為59 m。因此此橋?qū)ξ覀儤蛄旱牡刭|(zhì)勘查、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、樁基礎(chǔ)施工都提出了一些特殊的要求。文章結(jié)合本橋梁的勘察、設(shè)計(jì)、施工闡述巖溶發(fā)育區(qū)的橋梁工程地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)和施工的一些措施，望能給類似工程的勘查、設(shè)計(jì)、施工有一定的指導(dǎo)意義。

2 巖溶區(qū)橋梁地質(zhì)勘探

為了能夠全面了解本橋的工程地質(zhì)情況，本工程在工程可行性研究及初勘的地勘基礎(chǔ)上綜合采用物探和逐樁鉆孔的方法進(jìn)行地質(zhì)勘查，得出地質(zhì)柱狀圖、地質(zhì)縱剖面圖、地質(zhì)橫剖面圖，從而全面、綜合的探索清楚此橋梁的地質(zhì)情況。

3 巖溶區(qū)樁基的設(shè)計(jì)

下面以龍坊高架橋主橋的17號(hào)橋墩為例闡述溶巖地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)。此主墩樁基的設(shè)計(jì)單樁頂承載力為23 150 kN，樁基采用4根直徑2.8 m接承臺(tái)的群樁設(shè)計(jì)。由地勘資料的柱狀圖可知橋墩處的粘土和碎石土較厚，且其摩阻力系數(shù)不高，并且主橋跨徑為100 m，跨徑大對(duì)樁基承載力要求高，但橋梁樁基所處的地質(zhì)柱狀圖顯示中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r埋深不是很深，強(qiáng)度達(dá)到50多兆帕，故設(shè)計(jì)時(shí)考慮主要按嵌巖樁設(shè)計(jì)。但地質(zhì)柱狀圖中描述中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，溶蝕發(fā)育，頂部、底部均見(jiàn)溶蝕面，巖芯破碎，呈塊狀，如純粹按嵌巖樁設(shè)計(jì)基巖不完整，橋墩高度較高，樁基嵌巖深度提出了較高的要求，要求在3倍樁徑以上，且要求溶洞頂板厚度在3倍樁徑以上，不能完全滿足承載力要求。但由于樁基的溶洞呈串珠狀分布且高度較大，個(gè)別樁基在40多米的深度范圍內(nèi)均難以形成滿足設(shè)計(jì)要求的完整中風(fēng)化巖層。因此，綜合考慮按照J(rèn)TG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［2］第5.3.4條關(guān)于支承在基巖上或者嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁，單樁軸向承載力容許值(公式中各符號(hào)物理意義詳見(jiàn)規(guī)范)。對(duì)于溶洞較發(fā)育且大直徑樁基，樁基基巖完整性難以明確的樁基，以公式中第二項(xiàng)的樁周基巖及第三項(xiàng)樁周圍土體摩阻力來(lái)提供樁基承載力而計(jì)算得到樁基長(zhǎng)度，將樁端的支撐力作為安全儲(chǔ)備來(lái)考慮。而上述樁基設(shè)計(jì)的基本條件是樁底2倍樁基范圍內(nèi)不存在大溶洞;對(duì)于較小的樁內(nèi)溶洞及能基本明確的樁底小溶洞，在樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中可以考慮大部分樁端承載力，從而達(dá)到減少樁長(zhǎng)的目的，以實(shí)現(xiàn)樁基設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

4 巖溶區(qū)樁基處理措施

為使溶洞橋梁樁基在施工期間能順利成孔、成樁，保證樁基在施工期間的安全和樁基質(zhì)量;為使溶洞區(qū)橋梁樁基在營(yíng)運(yùn)使用階段安全、保證地基承載力能滿足使用要求［1，3］?；谝陨蟽牲c(diǎn)龍坊高架橋的樁基進(jìn)行了一定的溶洞處理措施。

在溶洞發(fā)育區(qū)進(jìn)行樁基施工前期應(yīng)進(jìn)行足夠、完整的地質(zhì)勘查，然后認(rèn)真、科學(xué)的分析地質(zhì)勘查報(bào)告，做到對(duì)溶洞發(fā)育心中有數(shù)、溶洞處理心里有預(yù)處理方案。避免給溶洞區(qū)橋梁樁基的施工帶來(lái)意外，盡可能降低巖溶對(duì)樁基施工和使用階段的不利影響。施工過(guò)程中遇溶洞可采取如下幾種方法進(jìn)行處理:

1)對(duì)于小溶洞，施工過(guò)程中漏漿量少，可采取拋片石、碎塊加粘土塊、袋裝水泥或者灌注混凝土等方法，填堵溶洞，形成人工護(hù)壁;

2)對(duì)大溶洞(溶洞洞高大于5 m)或者多層(串珠狀)溶洞可采用雙層護(hù)筒護(hù)壁，護(hù)筒之間應(yīng)注漿處理，以確保施工安全。但不建議采用護(hù)筒跟到樁底的方法，那樣會(huì)大幅度減少樁基跟孔周圍土體或者巖體的摩阻力，從而降低了樁基使用階段的安全性;

3)對(duì)樁基單邊有溶洞及溶洞頂板極薄的樁基，在施工中可按3∶1比例拋填片石和粘土并反復(fù)沖擊成孔，從而達(dá)到密實(shí)溶洞的效果;

4)對(duì)于特別復(fù)雜溶洞地區(qū)，應(yīng)在樁基施工時(shí)進(jìn)行一定的預(yù)處理，如化學(xué)注漿法、噴射混凝土注漿，保證樁基施工時(shí)溶洞區(qū)有足夠密實(shí)的填充物。這種處理方式不僅保證了施工期間的安全，還可以確保樁基使用階段的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

由于我國(guó)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，在巖溶發(fā)育區(qū)修建橋梁是難免的，而溶洞區(qū)的橋梁樁基的設(shè)計(jì)和施工都有一定的特殊性及復(fù)雜性。文中所闡述的一些設(shè)計(jì)方法和施工措施對(duì)巖溶區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)和施工能有一定的借鑒和參考意義。

［1］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］何鵬祥.巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)及設(shè)計(jì)方法研究［D］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2002.