巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)若干問題分析探討

吳紅兵

摘 要：分析了巖溶地區(qū)地基地質(zhì)構(gòu)造及工程特點(diǎn)并提出設(shè)計(jì)應(yīng)密切結(jié)合地質(zhì)情況采用有針對(duì)性、有特色的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及處理方案。總結(jié)出一套有效的巖溶地區(qū)端承樁設(shè)計(jì)及施工的方法、處理措施與樁基質(zhì)量控制技術(shù)。為今后實(shí)際工程中節(jié)約基礎(chǔ)投資，縮減工期降低施工難度，杜絕設(shè)計(jì)和施工隱患，提高橋梁工程的安全性提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：橋梁工程 巖溶 樁基 設(shè)計(jì)

1.概述

巖溶問題是巖溶地區(qū)工程建設(shè)的突出問題，如果處理不當(dāng)將造成工程不必要的浪費(fèi)，往往會(huì)給橋梁修建以及日后的運(yùn)營埋下安全隱患。結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

2.巖溶區(qū)樁基設(shè)計(jì)一般原則

2.1地質(zhì)勘察及溶洞處置

當(dāng)溶洞規(guī)模較小時(shí)設(shè)計(jì)及施工中要根據(jù)工程實(shí)際采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法或粘土片石回填法進(jìn)行施工來有效保證樁基的施工質(zhì)量；采取一鉆孔一橋墩的控制技術(shù)措施往往是應(yīng)用在當(dāng)溶洞發(fā)育程度較低時(shí)；當(dāng)溶洞強(qiáng)發(fā)育時(shí)為了確保基礎(chǔ)布置的安全及可靠性通常采取的技術(shù)措施是一個(gè)鉆孔一個(gè)樁位進(jìn)行控制同時(shí)鉆孔的底面標(biāo)高至少應(yīng)達(dá)到溶洞不發(fā)育地層的一定深度的位置處的標(biāo)高為宜。

2.2樁基類型選擇

設(shè)計(jì)中樁基類型選擇按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》選用，橋梁工程設(shè)計(jì)中采用摩擦樁及端承樁這兩種樁基礎(chǔ)類型最為常見。

2.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線

結(jié)合地區(qū)巖溶工程地質(zhì)條件全面總結(jié)并研究巖溶地區(qū)橋梁樁基的地質(zhì)綜合勘察技術(shù)和物探方法，以提高巖溶地質(zhì)條件勘察的精確性。以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究巖溶地區(qū)樁基的嵌巖深度及樁基下溶洞頂板的穩(wěn)定性建立考慮溶洞影響的樁基設(shè)計(jì)承載力確定方法。結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬研究溶洞、巖體、樁基三者之間的關(guān)系開展樁基承載力實(shí)驗(yàn)方法研究。此外，依托在建路橋梁樁基的設(shè)計(jì)與施工，應(yīng)用已取得的研究成果指導(dǎo)巖溶地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)，并開展適合巖溶地區(qū)的各種樁基處理方法及適用范圍的研究，總結(jié)不同工況情況下樁基施工發(fā)生施工質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患的可能性及其應(yīng)對(duì)措施與應(yīng)急預(yù)案。

3.溶洞頂板穩(wěn)定性研究

3.1溶洞頂板穩(wěn)定性

溶洞頂板穩(wěn)定性取決于溶洞圍巖的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)有時(shí)甚至成為決定性因素，巖溶地區(qū)橋梁樁基穩(wěn)定性問題影響因素眾多其中頂板的穩(wěn)定性的影響因素主要有：①結(jié)構(gòu)面之間的粗糙度②頂板的裂隙發(fā)育程度③溶洞的高度④溶洞的跨度⑤樁基上部荷載的大小⑥巖層結(jié)構(gòu)面分布狀況⑦基樁的樁徑。目前作為公路路基溶洞的樁基處理及評(píng)價(jià)主要從兩個(gè)方面考慮：①以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞作為依據(jù)②以地表的變形控制為依據(jù)。因此，溶洞穩(wěn)定性研究具有十分重要的作用和實(shí)際工程意義，工程中也通常采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞作為巖溶地區(qū)橋梁樁基穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2巖溶地區(qū)樁基承載特性

當(dāng)頂板厚度增加到3d時(shí)，頂板的抗沖切能力顯著提高，同時(shí)也能達(dá)到樁土側(cè)摩阻力發(fā)揮所需的相對(duì)滑移距離。當(dāng)溶洞跨度為6d時(shí)，當(dāng)偏心距離在0～3d范圍內(nèi)時(shí)，樁基的各項(xiàng)承載力特性參數(shù)都沒有太大變化，同時(shí)樁側(cè)摩阻力也基本完全發(fā)揮。當(dāng)隨著偏心距離的增加其偏心距離達(dá)到4d時(shí)主要表現(xiàn)為其端承力大大增加同時(shí)樁基極限承載力也相應(yīng)地顯著提高。當(dāng)溶洞的洞壁位于樁端應(yīng)力擴(kuò)散角外樁基軸線距離大于3d時(shí)且溶洞中心偏離時(shí)壓應(yīng)力顯著減少，因此樁端承力在向下擴(kuò)散時(shí)主要由基巖承擔(dān)溶洞破壞不明顯。基本不用考慮溶洞對(duì)樁基極限承載力的影響的條件是當(dāng)偏心距離達(dá)到5d以上時(shí)。因此，在實(shí)際工程中提高樁基的極限承載力技術(shù)措施通常采用對(duì)樁端周圍的溶洞進(jìn)行選擇性的壓漿處理以及樁基的合理定位。

4.巖溶地區(qū)端承樁設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

4.1設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)控制

4.2溶洞洞高對(duì)樁基承載力的影響

當(dāng)溶洞形態(tài)復(fù)雜時(shí)可對(duì)部分溶洞壓漿處理應(yīng)避免不規(guī)則形溶洞在受力作用下的應(yīng)力集中效應(yīng)設(shè)計(jì)中可不考慮溶洞洞高對(duì)樁基承載力的影響。巖溶地區(qū)端承樁嵌巖深度可根據(jù)基巖的特點(diǎn)在1d～3d范圍內(nèi)取最優(yōu)化值確定應(yīng)遵循“宜淺不宜深，優(yōu)先保證頂板安全厚度”的原則盡量減小泥皮的不良影響發(fā)揮最大的樁身側(cè)摩阻力，當(dāng)頂板厚度接近臨界值時(shí)可適當(dāng)保留樁底一部分沉渣以減小樁端承力。

4.3表層土洞處理方法

鋼護(hù)筒跟進(jìn)法是處置淺層溶洞，特別是土洞的主要方法。對(duì)基樁處于單層或?qū)訑?shù)不多淺層溶洞區(qū)且洞高小于3m的淺層溶洞，當(dāng)鉆孔至距溶洞頂1m左右時(shí)，應(yīng)減小沖程，通過短沖程快速?zèng)_擊方式逐漸將洞頂擊穿，防止因沖程過大導(dǎo)致卡鉆。在鉆至地表以下、地下水位以上范圍內(nèi)的淺層溶洞頂前，預(yù)先準(zhǔn)備充足的小片石（片石直徑為10～20cm）、黏土（黏土做成球狀或餅狀，直徑為15～20cm）和水泥。根據(jù)溶洞的大小，回填片石和黏土的混合物，進(jìn)行反復(fù)沖砸補(bǔ)漏，片石和黏土混合物的比例為4：1。

4.4深部溶洞處理方法

4.4.1埋深大于10m且洞高小于5m的溶洞

溶洞為單個(gè)情況下，可以采用片石加黏土的反復(fù)沖孔，或灌注一定的低標(biāo)號(hào)混凝土，然后進(jìn)行沖孔。串珠狀溶洞情況下，可提前在樁基中心周邊0.5～1.Om的范圍內(nèi)采用溶洞壓漿技術(shù)或旋噴帷幕施工工藝。

4.4.2埋深大于10m且洞高大于5m的溶洞

在有充填物情況下，拋填片石與黏土。當(dāng)充填物為石質(zhì)時(shí)，回填物以填土為主；當(dāng)充填物為土?xí)r，回填物以片石為主。如果漏漿情況嚴(yán)重，拋填片石、黏土、水泥至孔底，并灌注C20水下混凝土加固孔壁。在單個(gè)溶洞無充填物情況下，可回填片石和黏土，以片石為主，或填充砼、壓漿。

4.4.3溶洞預(yù)處理endprint