巖溶區公路橋梁基礎設計與施工

宋光晟

（重慶市萬州區交通設計院 重慶市萬州區 404000）

巖溶區公路橋梁基礎設計與施工

宋光晟

（重慶市萬州區交通設計院 重慶市萬州區 404000）

巖溶地基對于公路橋梁的危害非常大，因此必須對基礎設計與施工予以高度重視。對此，本文首先介紹了巖溶區公路橋梁基礎設計要點，然后對巖溶區公路橋梁基礎施工技術進行了詳細探究，以期提高巖溶區公路橋梁基礎設計與施工水平。

巖溶區；公路橋梁；施工

1 引言

巖溶指石灰巖等可溶性的巖層在長期流水溶解及剝蝕作用下，產生了特殊水文地質和地貌現象。當公路橋梁建設需要穿越巖溶地區時，必須結合實際情況選用具體的基礎設計方案，并且加強施工質量控制，有效降低施工的難度和工程造價。

2 巖溶區公路橋梁基礎設計要點

2.1 加固地基（擴大基礎）

①清爆施工方法，通過揭露溶洞充填物，能夠有效清除巖溶地基填充物，或者使充填物迅速風干，以此提高地基強度。②如果溶洞在持力層范圍內，則應該清除原有填充物，結合溶洞寬窄實際情況打入小鋼軌，并且使用混凝土進行填塞處理，并且設置鋼筋混凝土蓋板進行加固。③如果溶洞埋藏深度較小，并且有較厚的碎塊石堆積物，則可以采用壓漿施工方法，如果堆積物地基的主要組成為粘性土、砂類土等以細顆，則可以采用旋噴樁施工方法進行加固處理。

2.2 樁基礎

對于巖溶區公路橋梁基礎處理，最為有效的方法就是樁基礎樁基礎處理辦法。在樁基礎設計和施工過程中，應該注意以下幾點：①如果公路橋梁地基以下溶洞較大，而且埋藏較深，但同時無法滿足頂板厚度檢算要求，則只能夠采用樁基礎處理辦法。如果巖面溶蝕高差在1m以上，或者巖溶洞穴平面、剖面尺寸在1m以上，則可溶性巖層埋深應該控制在8m以上，如果地基巖層部分缺角，并且無法采取有效措施進行嵌補，則均可以采用樁基處理辦法。②鉆（挖）孔樁在穿過溶洞進入完整基巖中的深度應該控制在5倍樁徑以內，如果無法符合這項要求，則應該結合地質資料重新進行計算。③對于樁尖下伏溶洞處理辦法，還應該考慮以下幾個方面：

（1）如果溶洞頂板巖層完整性較高，而且強度較高，洞跨大于3倍樁徑，則可以根據頂板受彎矩合理估算頂板安全厚度：

式中：q——指的是溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載，kN/m；

[δ]——一般取灰巖1/10容許抗壓強度，MPa；

M指的是彎矩，綜合考慮頂板巖石的完整性，可以具體分為簡支梁、懸臂梁、和固端梁。

（2）如果溶洞頂板巖層的完整性較好，而且強度比較高，洞跨小于3倍樁徑，則可以根據頂板受剪應力合理計算頂板安全厚度：

式中：q——指的是溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載，kN/m；

τ——對于灰巖取1/10容許抗壓強度，MPa；

p——指的是樁尖對溶洞頂板的集中力，kN；

L——指的是溶洞平面周長，m。

通常情況下，如果完整基巖頂板厚在10m以上，則對于基底以下溶洞可以不進行處理。

（3）在公路橋梁基礎設計過程中，應該注意到樁基負摩擦力的影響。通常情況下，地基土石在受到擾動后會在自身重力的作用下固結下沉，因此會產生向下的摩擦力，即負摩擦力，這就會導致樁基受到破壞。

（4）當樁穿過多層巖溶層，并且支立于堅固的巖層上時，不需要考慮多層巖溶層對樁側摩擦阻力的影響，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擦阻力作用。

3 巖溶區公路橋梁基礎施工技術

3.1 鉆成孔灌注樁施工技術

3.1.1 鉆成孔灌注樁的施工原理

鉆孔灌注樁施工方法有正循環鉆成孔法、反循環鉆成孔法。正循環鉆成孔法和反循環鉆成孔法大體相同，只是排渣方式不同。在正循環施工中，泥漿由泥漿泵輸進鉆桿內腔后，經鉆頭的出漿口射出，帶動鉆渣沿鉆桿與孔壁之間的環狀空間上升到孔口溢進沉淀池后返回泥漿池凈化，再循環使用。但是，正循環回轉鉆進時，孔壁之間的環狀斷面積大，而在巖溶地區樁基成孔時，鉆渣的粒徑較大，故造成泥漿的上返速度低，排除鉆渣差。從使用效果來看，正循環鉆進劣于反循環鉆進。因此，巖溶地區的橋梁樁基常采用反循環鉆孔灌注樁施工。

反循環鉆進成孔的方法是，在施工的樁頂處埋設護筒，護筒的直徑比樁徑大15%左右，然后安置鉆機。鉆進工作時，轉盤帶動主動鉆桿旋轉，從而使鉆頭鉆進。在鉆進過程中，沖洗液（水或泥漿）從鉆桿和孔壁的環狀間隙中流入鉆孔底部，并攜帶被鉆頭切削下來的鉆渣，由鉆桿內腔返回地面，與此同時，經過過濾后的沖洗液又返回鉆孔內形成沖洗液循環，這種沖洗液循環的鉆進方法稱為反循環鉆進。反循環鉆進成孔按照沖洗液循環輸送鉆渣的方式，動力來源和工作原理可分為泵吸、氣舉和噴射反循環鉆進方法，而泵吸和氣舉反循環鉆進方法是常用的方法，其施工原理如圖1所示。

3.1.2 鉆成孔灌注樁的優缺點以及適用范圍

該樁型成孔直徑大，一柱一樁，受力明確，施工方便，適用于單樁荷載大、地下有孤石或夾層分布、巖溶表面起伏大等情況，用這種樁能鉆穿孤石和夾層，將樁端可靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖情況也好。但是，鉆孔樁不宜用在巖溶裂隙多，溶溝多的基巖中，因為施工中容易造成卡鉆，鉆桿沿巖溶斜壁偏斜，以至打偏等現象。鉆孔成敗的關鍵是防止孔壁坍塌。當鉆孔較深時，在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會向孔內坍塌，甚至發生流砂現象。鉆孔內若能保持比地下水位高的水頭，增加孔內靜水壓力，能穩定孔壁、防止塌孔。護筒除起這個作用外，同時還有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和起到鉆頭導向等作用。

3.2 人工挖孔樁施工技術

人工挖孔鉆灌注樁施工技術一般應用于土體坍滑支護施工中，具體的施工順序為：根據圖紙設計要求進行放線，然后分段進行開挖施工，確保土壁至少0．5m的直立狀態，在孔底還需要開挖水坑，及時排除積水；護壁模板的高度可以根據土方開挖施工位置高度進行確定，通常是4～8塊的1m組合鋼模板；通過設置操作平臺，可以確保上下護壁能夠搭接良好；如果樁基的直徑比較大，并且土質出現了滲水等問題，則還可以在護壁中適當配筋；當護壁混凝土強度足夠時，即可拆除模板，并且繼續開挖土方。通過循環上述施工方法，能夠有效達到設計深度要求。在進行混凝土灌注前，可以使用小型吊運工具緩慢放入鋼筋籠，然后再對孔內土的厚度進行測量，將最大塌落度控制在10cm以內。需要注意的是，混凝土灌入需要使用混凝土導管垂直灌入，并且嚴格控制混凝土的離析現象。

圖1 鉆成孔灌注樁的施工原理

3.3 擴大基礎施工對策

擴大基礎可以分為三種類型，分別是不需加固地基、換填加固地基以及砂樁加固地基，結合實際情況對地基進行處理，能夠確保符合巖溶區公路橋梁的地基處理要求，提高地基承載力。在實際施工過程中，結合基巖強度和標高，應該依據以下原則進行地基施工處理：①如果基坑位置巖體呈犬牙交錯狀，或者呈石林狀，并且基巖層的強度較好，則可以根據基巖層的實際標高，采用多補缺施工方法：徹底清除溶溝中的軟弱體，然后回填片石或級配砂礫，最后進行混凝土注漿處理，這樣能夠有效充盈基礎以下及附近的溶洞和裂隙。②對于巖層完整且強度較好，左右側巖面高差懸殊的橋臺基礎，可根據實際地形，將向橋臺在結構縫處成錯臺布置，并根據臺身高度及承載力要求調整基礎標高尺寸。

4 結語

綜上所述，隨著巖溶地區大規模高等級公路及橋梁的建設，巖溶地區橋梁樁基的設計和施工方法研究己成為我國基樁研究的一個發展方向。本文首先對巖溶區公路橋梁基礎設計要點進行了分析，具體包括加固地基以及樁基礎設計這兩點，然后對巖溶區公路橋梁基礎施工技術進行了詳細探究。在實際施工過程中，首先需要對施工現場進行現場勘察，根據實際情況選用具體的施工技術，并加強施工質量控制，這樣才能促進巖溶區公路橋梁基礎設計施工水平的提高。

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1004-7344（2016）17-0128-02

2016-5-22