山區高速公路溶洞發育區的橋梁樁基設計

鄒霖，鄧宏斌（云南省交通規劃設計研究院,昆明650011）

山區高速公路溶洞發育區的橋梁樁基設計

鄒霖，鄧宏斌
（云南省交通規劃設計研究院,昆明650011）

在溶洞發育地區高速公路施工時，溶洞會對橋梁樁基承載力造成比較大的影響。溶洞發育地區施工時，常常會引起卡鉆、斜樁、塌孔、擴孔、埋鉆等問題。為了保證施工質量，需要合理地進行山區高速公路溶洞發育區的橋梁樁設計。論

文以實際工程為例，分析了巖溶對工程結構造成的影響，然后結合工程的實際情況對巖溶發育區橋梁樁基的設計措施進行了探討分析。

山區高速公路；溶洞發育區；樁基設計

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.026

1　工程概況

K41+213核桃溝1號大橋位于瀘西縣核桃溝老寨，公路橋梁設計荷載等級為I級，橋面的凈寬度為2伊11m,全橋左右幅各3聯：3伊29.5m+5伊29.5m+3伊29.5m，共6聯，上部結構使用預應力混凝土（后張）T梁，先簡支后連續梁。

2　橋梁樁基受巖溶的影響

2.1巖溶的實際變化

由于溶洞形式繁多，其主要包括大溶洞、巖面斜面陡坎、斜面溶洞、半邊溶洞、石柱、石筍以及溶溝槽等多種結構形式見圖1。

圖1　鉆孔內斜面陡坎、石筍、溶溝等示意圖

2.2溶洞對通過橋梁造成的影響

在橋梁實際施工過程中往往會受到巖溶的巨大影響，巖溶更會對橋梁結構的安全性和穩定性以及施工造成極大的影響作用，其表現主要是地基出現不均勻沉降。巖溶巖面的變化往往會使得上層覆蓋土質產生壓縮變形，進而使得水平方向上的土層厚度產生較大變化。對于土層較厚的溶槽來說，由于下部依然存在軟土，使得地基的不均勻性進一步加強。而灰巖溶洞的塌落使得巖體洞穴頂板會隨著溶洞的不斷發育而產生變化，導致穩定性降低甚至出現局部塌落現象。當淺埋、扁平狀、較大跨度的洞體等受到損傷時，多種結構面將會被切割，從而對上部基礎產生巨大威脅。由于地下水不易排出，使得巖溶水的動態變化對深水區域的橋梁安全性產生極大威脅。受到巖溶實際地形、位置、大小等多種不確定性因素的影響，在深水橋梁基礎鉆孔灌注樁施工過程中常常會出現突然失水、滲漏、掉鉆、卡鉆、偏孔以及彎孔和混凝土實際澆筑量急劇增加的多種潛在風險的影響。

3　巖溶發育區域橋梁樁基方案的設計

3.1制定樁基設計方案的重要性

在橋梁設計過程中，如果端承樁所處的位置為巖溶區時，一般會考慮將樁基直接穿過溶洞或者借助溶洞頂板的承載能力使其成為樁基持力層，而最終的選擇必須借助專業人員通過計算和分析完成。受到工程設計工期和施工任務的限制，一般采取直徑為溶洞頂板厚度5倍以上的樁基進行支撐，倘若難以滿足該種條件要求，則應當借助樁基穿過溶洞嵌入下層基巖的方式進行施工。但此時的樁身長度太長，使得施工難度增加，更造成了工程資源的巨大浪費[1]。若樁基沒有穿透下層溶洞，頂板厚度較小，則會在上部長時間載荷作用下出現頂板破裂的現象，進而出現橋梁沉降過大或者不均勻沉降，甚至會造成大橋倒塌。只有設計人員在進行實際設計時能夠根據詳盡的地質勘測報告進行準確計算，定制出適合于當前區域地質情況的地質設計施工方案，才能夠在保證橋梁結構安全的同時減少經濟投入。

3.2安全厚度的確定

在進行巖溶區域樁基基礎持力巖層的安全厚度估測時，通常會將持力層看做一個剛性底板，其實際受力將全部來自于樁基基礎的垂直性載荷。根據相關施工規定進行計算便可以獲得持力層頂板的實際獲得，如圖2所示。

豎向承載力計算公式如下：

式中，Ftd為樁底豎向受力值；βh為截面高度影響系數；ftd為持力層巖石抗剪強度的設計值；σpc,m為設置有預應力鋼筋板截面上預加力造成的混凝土有效平均壓力；Um為距離集中反力作用面h/2處被破壞的錐體截面面積的周長；h為頂板有效厚度；r0為結構重要系數值，取1.0。

圖2　嵌入溶洞頂板的樁基模型圖

結合實際測量得到的地質情況，ftd偏安全取值0.8MPa，應力擴散角取45毅。對樁底豎向位置進行設計時，為了保證安全，樁底極限抗壓強度取值為30MPa。那么樁底豎向力設計值大小為：

把上述得到的數值帶入到公式中后計算得到h逸2.8d，經過計算，可以得出當樁端下部溶洞頂板的厚度為樁徑2.8倍時，溶洞頂扳的承載力可以滿足樁身豎向荷載的要求。

3.3保證嵌巖深度的合理性

根據施工圖要求，樁基嵌入到巖層的深度要超過樁徑2倍，該種要求對于強巖溶區域樁底標高的確定產生了極大影響[2]。按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTGD 63—2007）中的要求驗證嵌巖深度。通過豎向承載力和樁身穩定性對其進行分析，發現合理的嵌巖深度不但保證了整體結構的安全性，還加快了工程建設速度，節省資金投入。

經過樁基擴大基礎、結構形式改變以及橋梁更改道路等多種優化設計后，總工程全線減少樁基141根，使得工程的總體質量和安全得到了有效保證。另外，采用該種方式加快了工程實際建設速度，減少了樁基溶洞處理的相關費用。因此，采取優化設計在避開樁基溶洞的過程中獲得了較為顯著的社會效益和經濟效益。

4　結語

綜上所述，在進行巖溶地區的公路橋梁樁基施工時，設計單位要在設計初期階段分析溶洞的分布規律以及溶洞的發育形狀。在進行施工時，要嚴格按照規定要求計算樁基受力情況。根據本文中的計算方法確定樁底持力層標高，保證施工的安全性。在實際施工時，當遇到比較復雜的樁基溶洞時，設計人員要認真檢查樁基實際開挖情況，并充分利用地質雷達、超前鉆等措施調整樁基長度。本工程項目施工完成后，通過進行靜載試驗證明，設計單位的方案是合理的、安全的。

【1】陳偉.巖溶山區高速公路橋梁樁基施工技術應用探討[J].山西科技，2010(6)：72-73.

【2】王春武.高速公路隧道開挖方案與支護方案類型及方案確定探析[J].四川建筑科學研究，2014（4）：201-205.

Design of Bridge Pile Foundation in Karst Area of MountainousExpressway

ZOULin,DENG Hong-bin
（YunnanTraffic PlanningandDesign Institute,Kunm ing 650011，China）

In thedevelopmentofkarstcavearea to carry outthe construction of thehighway,the cave w ill havea large impact on the bearing capacity of the bridge pile foundation.Karst development area construction,often caused by drilling,inclinedpile,holecollapse,ream ingandburyingetc..Inordertoguaranteetheconstructionquality,thedesignof thebridgepilein thekarstareaofmountainousexpressway isneeded.Taking thepracticalengineeringasanexample,this paperanalyzes the influenceofkarston theengineering structure,and then discusses thedesignmeasuresofbridgepile foundationinkarstarea.

mountainhighway;karstarea;designofpilefoundation

U412.36+6;U443.15

B

1007-9467（2016）11-0092-02

鄒霖（1982～），男，云南昆明人，工程師，從事道路橋梁設計與研究。

2016-04-22