結合工程實例探討巖溶地區橋梁樁基安全

王 俊 媛

(朔州高速公路有限公司，山西 朔州 036000)

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結合工程實例探討巖溶地區橋梁樁基安全

王 俊 媛

(朔州高速公路有限公司，山西 朔州 036000)

介紹了山西省高速公路的地質概況，結合工程實例，從巖溶地區橋梁勘察、樁基的設計、樁基長度的計算等方面，探討了巖溶地區橋梁樁基施工前的注意事項，從而保證巖溶地區橋梁樁基的安全性。

巖溶地區，橋梁，樁基，高速公路

1 工程背景

山西省地處中部地區，交通戰略位置十分重要，全省高速公路規劃“三縱十二橫十二環”，高速公路網規劃總規模將達到7 258 km。而巖溶在省內分布廣泛，全省面積15.67×104km2，其中溶巖裸露面積約2.6×104km2，占全省面積的16.6%。因此大量規劃和在建的高速公路不可避免的穿越巖溶地區，對巖溶地區樁基下伏溶洞穩定性分析和處置顯得尤為重要，而省內對該問題的研究基本處于空白。

陽城至濟源高速公路陽城至蟒河(省界)段位于山西省晉城陽城縣境內，全線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為80 km/h，整體路基寬度采用25.5 m，橋涵設計汽車荷載等級采用公路—Ⅰ級。

陽城至蟒河(省界)高速公路沿線主要不良地質巖溶，同時全線橋梁數量較多，且巖溶地區橋梁樁基設計施工難度大等特點。

在考慮下伏巖溶位置、形態以及樁徑、豎向荷載等對樁體位移及受力等影響因素作用情況下，分析下伏巖溶區樁基礎的承載機理及工作性狀，提出適用于下伏巖溶區樁基礎承載力的分析計算方法，形成一整套適用于山西巖溶地區樁基礎設計施工的實用技術和理論，確保高速公路下伏巖溶區結構物設計及施工的安全，顯得尤為重要。

為了保證樁基受力，省內巖溶地區橋梁樁基施工一般對樁基底灰巖地層一定范圍進行檢測，以判別是否存在溶洞。摩擦樁檢測深度為樁基底以下6 m范圍，嵌巖樁檢測深度為樁基底以下10 m范圍，再根據《巖溶地質雷達探測報告》的要求繼續下挖(鉆)成孔。但是這種方法很好的保證了工程，但是增加了相當的工程造價。

已建成高速公路霍州至永和關東段，為路線跨越汾河設計的汾河特大橋，地質情況相當復雜，河床下地質除溶洞外還存在與之結構相似的暗河，實際施工過程中河灘內樁基均出現多次漏漿，難以成孔，采用拋投粘土、片石、水泥的方式進行回堵，并進行二次沖孔，導致工期嚴重延遲，費用大量增加。后根據實際情況采用了逐樁鉆探，并結合必要的雷達、超聲波探測，探明溶洞或者暗河的位置和形態。根據勘察結果制定相應方案：對豎向跨越較小，橫向空間較大的采用樁基套筒穿越；對豎向跨越較大，橫向空間較小的溶洞多采用片石、水泥回填后二次沖孔；對豎向跨域較大，橫向空間也較大的溶洞多采用樁基套筒穿越。對各種溶洞位置和形態進行分類后制定相應的方案，在一定程度上節約了部分成本，相應的延長了施工時間，因此溶洞地區構造物前期的地質勘查就顯得尤為重要，直接關系到后期的施工進度和施工成本，當然也直接影響到橋梁結構的安全。

巖溶地區橋梁安全是建立在勘察的基礎之上，勘察的深度和精度直接關系到樁基設計方案的制定，進而影響到橋梁結構的安全。

2 巖溶地區橋梁勘察

樁基的詳細勘察除應滿足現行國家標準GB 50021巖土工程勘察規范和現行行業標準JTG C20公路工程地質勘察規范有關要求外，巖溶地質條件相對簡單且無大型溶洞的情況下，當發現或可能存在危害工程的洞體時，應加密勘探點；特別是基樁點附近發育多層溶洞或巖溶地質條件極其復雜的情況下，基樁勘探點可適當增加至3個～4個。

巖溶勘察多采用工程物探、鉆探等相結合的方法，按照可行性勘察、初步勘察和詳細勘察三個階段進行，并要達到以下要求：

1)可行性研究勘察需探明巖溶洞體發育條件，并對其危害程度和發展趨勢作出初步判斷，對路線建設場地的穩定性和工程建設的安全性做出初步評價。

2)初步勘察應探明巖溶洞體及其伴生土洞、塌陷的分布、發育情況和規律，并按穩定性和適宜性進行分區。

3)詳細勘察應探明擬建工程范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規模、埋深、巖溶堆填物性狀和地下水特征等，對橋梁樁基設計和巖溶治理提出建議。

4)巖溶地區工程地質勘探可以“三選一”+鉆探+“二選一”，其中“三”指“電法勘探、地震勘探、地質雷達”，“二”指“管波探測法、層析成像技術”。在大多情況下，建議采用地質雷達+鉆探+管波探測法。

在工程地質測繪和調查的基礎上，應以物探與鉆探相結合，查明橋梁樁基附近及其應力影響范圍內巖溶地質現象，主要包括如下內容：

1)巖溶發育與地層巖性、地質構造、水文地質條件及新構造運動的關系。

2)覆蓋層的成因、類型、分布、厚度、土質名稱、地層結構。

3)基巖的巖性、地質年代、地層層序、分布范圍、埋設和基巖面起伏變化情況。

4)褶皺、斷裂、節理的類型、規模、性質、分布范圍和產狀。

5)土洞、巖溶洞隙、暗河的分布范圍、規模及其穩定性。

6)地下水的類型、分布、富水程度、埋藏條件、水位變化及運動規律。

7)巖溶病害的形成原因、分布和發育規律。

8)當地已經形成的治理巖溶的成功經驗。

9)查明溶洞填充類型，并揭示填充物的種類和分布情況。

10)鉆孔應鉆穿溶洞進入穩定巖土層，端承樁要求勘探深度應深入初步估算樁端平面以下不小于3倍～5倍樁徑；摩擦樁基礎勘探應深入初步估算樁端平面以不小于1倍～3倍樁身設計直徑但不得小于4 m；在該深度內遇巖溶洞穴應在底板穩定基巖內再鉆進3 m～5 m。

3 巖溶地區橋梁樁基的設計

巖溶地區的樁基設計原則應符合下列規定：

1)巖溶地區樁基應按照承載能力極限狀態以及正常使用極限狀態進行設計。2)巖溶地區樁基設計應驗算在樁基組合效應作用下溶洞頂板穩定性，確定其頂板安全厚度。3)巖溶地區的樁基，可采用鉆、沖孔灌注樁，但在技術允許情況下宜考慮使用回轉鉆孔灌注樁或干作業螺旋鉆孔灌注樁；當上部荷載不大時，且表層土洞發育非常強烈，可采用小直徑預應力混凝土管樁，但樁端必須尋找到較好的巖層；當單樁荷載較大，巖層埋深較淺時，宜采用端承型樁。4)當嵌巖樁樁端持力層較破碎，基巖巖溶裂隙發育強烈時，宜采用灌注樁后注漿技術進行加固處理。5)當基巖面起伏很大且埋深較大時，宜采用支承于巖面上的端承樁。6)當基巖埋深較深、基巖下溶洞發育強烈，樁端沒有較好的持力層，可采用摩擦型群樁，并采用后注漿技術對樁端進行加固。

4 巖溶地區橋梁樁基長度的計算

1)溶洞對樁基承載力特性的影響分別通過其對端阻力的折減系數和其對總側摩阻力的折減系數來確定。基于樁基規范經驗公式法(現行JGJ 94建筑樁基技術規范)，修正后的巖溶地區單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]，可按下式計算：

2)當河床巖層有沖刷時，樁基須嵌入巖基，嵌巖樁按樁底嵌固設計。其應嵌入基巖中的深度，可按下式計算：

其中，h為樁基嵌入基巖中的有效深度，不應小于0.5m；MH為在基巖頂面處形成的彎矩，kN·m；frK為巖石飽和單軸抗壓強度標準值，kPa；β為系數，β=0.5～1.0，根據巖層側面構造而定，節理發育的取小值，節理不發育的取大值；d為樁身直徑，矩形樁進行相應的換算，m。

5 結語

巖溶地區橋梁樁基的以上三點：詳盡的勘察、合理的設計方案、精密的數據計算逐步落實的情況下，可以有效的保證橋梁結構的安全。但是巖溶地區橋梁樁基的施工也是極其重要，設計方案的合理可行要通過施工的驗證才能得到最終的效果，因此巖溶地區橋梁的安全在設計、施工的每一個環節都要嚴格把關。

[1] 程 嘩，趙明華，曹文貴，等.高速公路地質雷達探測溶洞成果精度提高方法的探討[J].公路，2004(2)：89.

Discussion on the bridge pile foundation safety of karst area combining with the engineering example

Wang Junyuan

(ShuozhouHighwayLimitedCompany,Shuozhou036000,China)

This paper introduced the geological situation of Shanxi highway, combining with the engineering examples, from the bridge investigation, pile foundation design, pile foundation length calculation and other aspects in Karst area, discussed the matters needing attention before ridge pile foundation construction in karst area, so as to ensure the safety of bridge pile foundation in Karst area.

karst areas, bridge, pile foundation, highway

1009-6825(2017)17-0163-02

2017-04-06

王俊媛(1974- )，女，工程師

U443.15

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