談大連地區(qū)巖溶地貌橋梁工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

戚 晨 輝

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

談大連地區(qū)巖溶地貌橋梁工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

戚 晨 輝

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

分析了大連地區(qū)巖溶地貌的特點(diǎn)，探討了該地區(qū)橋梁工程樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合實(shí)例，論述了直接穿洞法與多樁固定法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出應(yīng)根據(jù)場地的地質(zhì)條件，做好實(shí)地勘察，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行橋梁樁基設(shè)計(jì)，才可保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。

巖溶地貌，橋梁工程，樁基

巖溶地區(qū)作為一種特殊的地形特點(diǎn)，其產(chǎn)生在地球表面的演變中具有十分繁多的原因，而對于不同的巖溶地貌產(chǎn)生的原因和影響均有不同，本文所闡述的巖溶地貌是以大連地區(qū)作為主要的分析對象，以此作為分析巖溶地貌中橋梁工程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

大連地區(qū)巖溶地貌主要的成分是震旦系石灰?guī)r，這種熔巖有著其獨(dú)特的特點(diǎn)：1)獨(dú)立性且發(fā)育成熟。巖溶大多形成小并且孤立封閉的溶洞，都是分別獨(dú)立，而且溶洞比較完善。2)土質(zhì)疏松。在每個(gè)獨(dú)立的溶洞中充滿了紅色的粘土、砂石等顆粒物質(zhì)。3)地下水豐富。由于大連地處偏北，地下水和海水相互連通，隨著每天的潮汐變化，地下水也在不斷的發(fā)生變化。

基于以上特點(diǎn)，要進(jìn)行大連地區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)就需要對當(dāng)?shù)氐牡孛策M(jìn)行深刻的研究和分析，不但對工程樁的建設(shè)提出很高的要求，而且對地下水腐蝕橋梁、抗震等功能需要進(jìn)行全面的分析。

1 巖溶地進(jìn)行工程橋梁樁的設(shè)計(jì)

巖溶地的形成是經(jīng)歷了數(shù)億年以來的地質(zhì)構(gòu)造所形成的地理變化，其上方的覆蓋物已經(jīng)形成了穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，出現(xiàn)巖層節(jié)理裂隙的幾率都會比較少，而且基本上都是小于90°。而在這上面進(jìn)行工程橋梁樁的設(shè)計(jì)，需要建立起一種新的平衡狀態(tài)，這種平衡主要是利用基樁在豎直方向產(chǎn)生了不同的分力，讓裂縫分割著巖體、巖塊，它們在兩側(cè)相互鑲嵌擠壓，最終形成一種穩(wěn)定均衡狀態(tài)。

在橋梁工程的建設(shè)中要形成這種均衡，需要考慮到土地塌陷嵌巖樁設(shè)計(jì)的長度、巖溶溶洞的大小、穿刺或填滿溶洞需要的材料等多種因素，這些都會導(dǎo)致整個(gè)施工工期的延誤，造成大量資源的浪費(fèi)等。

為保證整個(gè)工程進(jìn)度的實(shí)施，在經(jīng)過詳細(xì)分析當(dāng)前巖溶地的地理環(huán)境和地貌之后，筆者建議可以通過地基以及橋梁樁嵌巖樁的側(cè)阻力進(jìn)行控制，在進(jìn)行橋梁樁的建設(shè)過程中，通過分析巖溶軟弱夾層和分布的洞隙大小，計(jì)算出橋梁樁嵌巖樁的側(cè)阻力，從而得出整個(gè)橋梁樁的樁長，這種方法可以有效的節(jié)省工期，而且能夠保證整個(gè)工程的質(zhì)量。下文將會通過實(shí)例進(jìn)行分析筆者的主要觀點(diǎn)。

2 工程案例一

遼寧省濱海公路大連市開發(fā)區(qū)海濱大道K1+770.5電廠取水渠中橋1-33 m,交角90°,橋梁全寬38 m,雙向六車道,兩側(cè)各6.5 m人行道。上部結(jié)構(gòu)為33 m裝配式簡支箱梁,下部結(jié)構(gòu)為蓋梁接“通天柱”,設(shè)計(jì)樁徑為1.5 m,單排7根樁,單樁承載力要求[P]≥3 380 kN,0-4號樁工程地質(zhì)定墩鉆探(見表1)。

表1 0-4號樁工程場地巖土特性

為了能夠有效的在當(dāng)?shù)亟⑵饦蛄海藗冊谶M(jìn)行地質(zhì)勘探和巖石特征分析之后，提出了以下兩種具體方案：

1)直接穿洞。直接穿洞的主要原因在于該巖溶場地共有5層。如果能夠?qū)⑵涞冖趯尤躏L(fēng)化巖擊穿就可以將樁尖直接插入第④層弱風(fēng)化石灰?guī)r。這可以充分利用石灰?guī)r的側(cè)阻力，讓其在整個(gè)橋梁的固定和支持過程中起到支撐作用。但此種方案存在一定的不足，即有可能造成巖體的塌孔。

2)采用多樁固定。將原先的4根樁增加到8根，主要是通過多根樁來讓整個(gè)橋梁穩(wěn)固，但這也會存在一定的缺陷性，即造成整個(gè)工程工期延長，費(fèi)用、資源嚴(yán)重消耗。

在經(jīng)過詳細(xì)分析當(dāng)前橋樁工程場地巖土特征之后，決定采用第一種方案進(jìn)行，即不打洞，將樁尖嵌入第②層弱風(fēng)化石灰?guī)r2.5 m，當(dāng)然沒有穿透石灰?guī)r。利用地質(zhì)材料進(jìn)行計(jì)算，對于樁端阻力不予考慮，然后計(jì)算其承載力，依照《公路橋涵低級與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算的承載力為4 430 kN，然后按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算承載力為4 120 kN。

但在橋樁建設(shè)之后，施工單位進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)樁沉沒了1.0 m。經(jīng)過再次的檢驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)主要的問題是由于施工隊(duì)在建設(shè)過程中發(fā)生了超鉆，施工人員將樁基放置錯(cuò)誤導(dǎo)致了基樁向下移動了1.0 m。但這已經(jīng)影響到整個(gè)橋梁的整體設(shè)計(jì)，為了保證工程的實(shí)施，工程隊(duì)不得已采用了第二種方案進(jìn)行修復(fù)，通過多根樁的建設(shè)來修正原先建設(shè)的不足。但這已經(jīng)嚴(yán)重影響到施工的工期和進(jìn)度，也造成了資源的大幅度浪費(fèi)。

兩種方案的工程量比較見表2。

表2 兩種方案的工程量比較

從此次工程的施工過程進(jìn)行分析，可以看出由于對巖溶地貌的疏忽造成了原先計(jì)劃的橋梁橋樁的偏離，而且這對原先的巖洞造成了極大的破壞，其已經(jīng)無法承受原先預(yù)估的重量。雖然施工隊(duì)采用先進(jìn)的鉆孔技術(shù)，仍舊出現(xiàn)工程日期是第一次的將近兩倍的現(xiàn)象，另外頻繁塌孔也十分嚴(yán)重。

因此在分析整個(gè)大連地區(qū)的巖溶地貌上，不能夠簡單的地質(zhì)考察，得出一個(gè)簡單的參數(shù)就完成，而是需要通過結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)層，勘探出不同的承受參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性的施工方案，以便保證整個(gè)施工的順利進(jìn)行,避免人力原料的流失浪費(fèi)。

3 工程案例二

在位于開發(fā)區(qū)海濱大道的西部排洪渠中橋的工程中，就是另外一個(gè)施工較好的例子。其的角度為45°，整座橋的寬度為38 m，設(shè)計(jì)為雙向六車道，然后兩邊是6.5 m寬的人行道。橋的上部結(jié)構(gòu)是1-25 m裝配式簡支空心板，下邊是蓋梁接柱式墩樁基礎(chǔ)。樁基的設(shè)計(jì)樁徑是1.5 m，單排7根樁。

在施工之前，相關(guān)的工程隊(duì)對其地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的勘探，并通過實(shí)際的模型分析得出，該橋基巖面起伏大，地下還有溶洞，呈串珠狀分布，與前面中電廠渠水中橋工程極為相似，都是發(fā)育不完善的石灰?guī)r分布橋基下面。此類的地貌現(xiàn)象在大連地區(qū)并不罕見，甚至在整個(gè)遼寧省和東北的大部分都是一種巖溶、構(gòu)造和海岸形結(jié)合的地貌。為了能夠更好的進(jìn)行橋樁的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程隊(duì)所設(shè)計(jì)的模型采用了“嵌入式”的樁基方案。表3是該橋的工程地質(zhì)資料。

表3 1-5號樁工程場地巖土特性

采用該方案和上文案例一的樁基方案基本一樣，即不將其第④層弱風(fēng)化石灰?guī)r打透，而是嵌入2.5 m。采用此種方案之后大橋迅速穩(wěn)定的建成，也并沒有出現(xiàn)上例中的基樁下沉的現(xiàn)象。甚至在建成后多年，大橋的整體也并沒有出現(xiàn)大幅度的下沉現(xiàn)象。這說明了方案一的可靠性和安全性。

4 結(jié)語

工程設(shè)計(jì)事關(guān)重大，它不僅僅要求在實(shí)際中可以進(jìn)行操作，另外就是普及借鑒意義。一個(gè)好的設(shè)計(jì)思路能為整個(gè)社會做出巨大貢獻(xiàn)，服務(wù)于人們的便捷生活，那就是最大的受益。在巖溶地貌地區(qū)，橋梁樁基建設(shè)一直是困擾當(dāng)?shù)匕l(fā)展的重要問題，它不但造成大量的資金、材料的浪費(fèi)，而且會影響到整個(gè)工程的進(jìn)度。而通過因地制宜的方式，利用當(dāng)?shù)氐牡貏莸孛玻行У奶岢龈鞣N橋梁基樁的設(shè)計(jì)方案，才能夠真正從根本上解決橋梁建設(shè)中存在的各種問題。

[1] 張艷奇.巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2001.

[2] 李修虎.橋梁樁基在巖溶地區(qū)的施工技術(shù)研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2014.

[3] 沈 冰.巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2006.

[4] 尹國榮.巖溶地區(qū)勘察方法及橋梁樁基施工技術(shù)[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

Discussion on karst topography bridge engineering pile foundation design in Dalian region

Qi Chenhui

(ChinaRailwayWuhanSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Wuhan430034,China)

The thesis analyzes karst topography features in Dalian region,and explores bridge engineering pile foundation design methods in Dalian region. Combining with example,it discusses merits and defects of direct piercing method and multi-pile fixing method,and finally points out that:it is necessary to do well in field survey according to the field geology conditions and to carry out bridge pile foundation design,with a view to guarantee the design scheme scientific.

karst topography,bridge engineering,pile foundation

2015-10-08

戚晨輝(1987- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)36-0192-03

U443.1 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A