巖溶地區橋梁樁基的勘察設計分析探討

殷金龍

(廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東廣州 510060)

在對巖溶地區橋梁進行建設過程中，應嚴格進行前期地質勘察，并以勘察結果為基礎，對橋梁樁基進行合理設計，使橋梁穩定性進一步提高，保障巖溶地區橋梁施工質量。

1 巖溶地區橋梁樁基地質勘察技術

1.1 鉆探技術

鉆探技術是當前巖溶地區橋梁樁基地質勘察最常用的技術之一，該種技術幾乎不受地質影響，具有精確度較高的特點。在使用該技術對巖溶地區進行勘察過程中，勘察設計人員應以鉆探標準、流程以及目的為基礎，對勘察過程進行統籌規范，實時記錄鉆探變化情況，為后續施工奠定基礎。

1.2 地球物理勘探技術

使用專業勘察儀器對巖溶地區各地質的分布情況進行檢測，并得到勘察數據信息，該種技術即為地球物理勘探技術。地球物理勘探技術主要包含地震勘探法、放射性勘探法、聲波測量法、直流電法以及交流電法等，雖然其具有獲取數據信息量較大、操作簡單、適應性強、涉及范圍廣、使用效率高等優點，但是該種技術極易受到其他因素的干擾，導致勘探結果受到影響，因此，在勘探過程中，勘察設計人員應以巖溶實際地質為基礎，對勘探數據進行分析，使勘探結果的準確性得到進一步提高[1]。

1.3 高密度電法

高密度電法主要應巖土體的電性差異為依據對地質進行勘探。當前高密度電法觀測系統主要由高級電法處理軟件、多路電極轉換器以及多功能數字激電儀等組成，圖1 為觀測系統圖。在高密度電法勘探過程中，勘察設計人員應先對該區域施加一個電場，獲取電阻值，從而達到分析地質的情況。

圖1 高密度電法系統圖

1.4 靜力觸探和遙感技術

在對巖溶地區地質進行勘察過程中，靜力觸探不但可以分析該區域是否存在隱蔽土洞進行分析，還可以以現有的數據資料為基礎對隱蔽土洞位置進行分析，使用頻率較高。除此之外，在使用遙感技術對巖溶地區地質進行勘察過程中，可以利用電磁輻射對地下深層信息進行勘察，并將其傳送到地表，該種勘察方式可以使勘察效率進一步提高，該種檢測方式主要適用于裸露性巖溶地區[2]。遙感技術真實性較高，可以直觀地反映巖溶地區的地質，因此通過使用遙感技術進行勘察，可以了解巖溶地區的地質狀況以及地勢地貌，為橋梁樁基后續施工奠定基礎。

2 巖溶地區橋梁樁基設計要點

2.1 溶洞的主要處理方式

在對巖溶地區橋梁樁基進行建設過程中，若該地區存在大量的溶洞，勘察設計人員應對溶洞數量以及分布特點進行分析，并以規范要求和標準為基礎，對溶洞進行處理，溶洞的處理方式主要以下幾個方面。

2.1.1 常規沖孔方式

對規模較小的小裂隙、溶溝、溶槽、溶洞等進行處理過程中，通常只需使用常規沖孔方式進行處理。

2.1.2 溶洞拋填法

當溶洞單洞高度不大于5 m 時，可以使用溶洞拋填法進行處理。如果溶洞規模較大需要進行全面充填處理時，施工人員應在沖孔過程中投放整袋水泥、粘土以及片石，使溶洞內部形成泥漿護壁，保障鉆孔安全性。若果溶洞為半充填或無充填且沖孔過程存在護筒內泥漿液面突然下降的情況時，施工人員應立即將粘土和片石（體積比為1∶1）以及適量水泥放入鉆孔中，并再次進行沖口處理，待液面穩定后，應靜置一段時間，使溶洞表面形成穩定的泥漿護壁，經過多次回填、沖擊后，確保不存在漏漿問題時，便可繼續施工。

2.1.3 護筒跟進法

如果溶洞存在覆蓋層有沙礫層、淤泥質土，多層溶洞呈現出串珠狀，溶洞較大等特點時，施工單位可以采用護筒跟進法進行施工。通常護筒為鋼板，厚度大于10 mm，直徑應比樁徑大10～30 cm。在開孔之前，施工人員應先將一節鋼護筒打入溶洞內，在一邊沖孔一邊接護筒，在穿越溶洞發育段或易坍塌覆蓋層時，應對護筒進行震動或靜壓下沉處理。通常情況下，多層串珠狀溶洞可以使用2層或3層護筒進行處理，一般覆蓋層則可以使用單層護筒進行處理。

2.1.4 高壓旋噴法

使用鉆機進行鉆孔處理，并將帶有噴嘴的注漿管放入溶洞的制定位置處，使用高壓設備對溶洞進行旋噴處理，壓強應為20～40 MPa，一邊破壞、擾動、沖切土體一邊將鉆桿提升，將溶洞充填物或土體與漿液充分混合在一起，靜置一段時間后使漿液凝固，便可形成旋噴樁，使地基穩定性得到進一步提高，避免出現塌孔問題[3]。

2.2 樁底持力層安全厚度的主要計算方式

在對橋梁樁基進行設計過程中，為了保障橋梁樁基的穩定性，勘察設計人員應對樁底持力層安全厚度進行計算，當前常見的計算方式主要以下幾個方面。

2.2.1 以溶洞頂板彎矩控制情況為基礎進行計算

當巖溶地區溶洞頂板巖層具有大洞跨、高強度、厚層力、相對完整等特點時，此時主要控制對象為彎矩，因此在對橋梁樁基進行設計過程中，勘察設計人員應先對梁板受力條件進行分析，并以此為基礎，對最小設計持力層板厚進行計算，其計算公式如下。

式（1）中，M為彎矩；δ為灰巖容許抗壓強度的1/10，單位為MPa；q為溶洞頂板覆蓋土層荷載和自重和，單位為kN/m。

在使用該種計算方式進行計算時，頂板巖石相對完整，其計算過程還可以分為固端梁、懸臂梁以及簡支梁計算。如果溶洞頂板較為完整，但樁基底部位置存在裂縫時，當溶洞頂板四周相對完整，但樁基基底部位有裂縫分布時，勘察設計人員可以以懸臂梁為依據進行計算；當樁基底部位置較為完整，但溶洞頂板四周存在裂縫時，勘察設計人員可以以簡支梁為依據進行計算；當樁基底部和溶洞頂板都較為完整時，可以以固端梁為依據進行計算。

2.2.2 以剪切應力控制情況為基礎進行計算

當巖溶地區溶洞頂板巖層較為完整，且洞跨較小、巖體強度較大時，勘察設計人員可以以剪切應力控制為基礎對樁底持力層安全厚度進行計算，其計算公式如下。

式（2）中，l為溶洞周長，單位為m；τ為灰巖容許抗壓強度的1/12，單位為MPa；p為樁尖對溶洞頂板的作用力，單位為kN；q為溶洞頂板上覆蓋土層荷載和自重，單位為kN/m。

2.3 合理選擇橋梁基礎形式

2.3.1 摩擦樁

在對巖溶地區橋梁工程進行建設過程中，由于該區域地質條件較為特殊，因此通常會使用群樁或單排樁基礎進行施工。當溶洞上方覆蓋土層較薄時，由于其所提供的摩擦力相對較小，且具有頂板厚度小、溶洞分布較淺的特征，因此不可使用嵌巖樁進行施工[4]。為了保障橋梁基礎的穩定性，橋梁樁基應從穿過溶洞群。在對橋梁樁基進行設計過程中，勘察設計人員應以巖石抗剪強度以及試樁結果為基礎，對摩擦樁結構進行優化，并對樁身混凝土與周邊巖石之間的粘結性進行控制。當橋梁工程施工現場土層較厚，且土層下串珠式溶洞深不見底時，勘察設計人員可以使用群樁摩擦樁方式進行設計，此時樁基礎無需穿過溶洞。

2.3.2 嵌巖樁

（1）單排樁和群樁。在對橋梁工程進行施工過程中，若其存在樁基寬度較大、孔徑偏差、同一墩臺地基條件一致等特征時，可以選擇群樁和單排樁結構進行設計。在這種條件下，單樁軸向橫向穩定性以及軸向受壓容許承載力相對較高，符合橋梁結構規范和標準要求。

（2）獨柱單樁樁基。獨柱單樁樁基主要適用于寬度下、孔徑小的橋梁工程施工。與此同時，在對橋梁工程進行施工過程中，如果墩位下部溶洞分布密集、范圍較深、溶洞埋深較大且巖性完整性較好時，勘察設計人員應選擇獨柱單樁樁基進行設計。

2.4 采用擴大基礎和樁基礎的聯合基礎

在對大多數橋梁工程進行設計過程中，大部分橋墩都可以擴大基礎，但是在實際施工過程中，由于部分基礎巖石支撐面為巖溶地區，會導致基礎穩定性受到影響，因此在施工之前應先對溶洞進行處理，保障橋梁基礎結構施工質量[5]。例如：在某一橋墩進行開挖施工過程中，溶洞中填滿了上游的碎石子和泥沙，因此應對鉆孔樁強度和長度進行合理設計，并使用鋼筋對溶槽區域進行加固處理，使樁基上部和擴大基礎連接在一起，形成聯合基礎。

3 設計實例

3.1 工程概況

某大橋工程所處區域為巖溶地區，橋梁結構為7×20 m拱形組合梁，其全加寬值為0.8 m，全超高值為7%。橋梁里面的單面坡坡度為0.31%，為了使車輛行駛安全性進一步提高，在橋梁施工過程中，該橋梁為1個4孔一聯和1個3孔一聯橋面連續結構，并將伸縮縫設置在3號墩頂和橋臺前的相應位置處。

3.2 勘察結果

在對橋梁樁基設計之前，為了保障設計的合理性，勘察設計人員應對施工現場地質條件進行分析研究，通過對勘察結果進行分析可知：該工形組合梁大橋K2+609 m 位置下方為溶洞，溶洞具有體積較大的特點，該種地質結構會對橋梁施工穩定性和安全性造成較大的影響。

3.3 設計要點

勘察設計人員在對該橋梁工程樁基進行設計時，應以前期勘察結果為依據，選擇合理樁基進行設計，其設計要點主要有：根據勘察結果可知，為了保障橋梁工程的穩定性，上部結構設計具有重要意義。通過對多種上部結構性能進行比較，可知7 孔20 m 的拱形組合梁性能最佳，因此可使用該種方式對上部結構進行施工。與此同時，橋墩應為鋼筋混凝土圓形雙柱式橋墩，在對墩柱直徑進行設計過程中，勘察設計人員應以工程結構要求以及現場特征為依據，對各墩柱直徑進行確定。該工程所有樁基均為嵌巖樁。

4 結語

綜上所述，在我國經濟發展的過程中，交通發展速度也隨之增加，西南地區橋梁建設規模和數量也越來越多，由于西南地區存在巖溶發育不良、地形地貌復雜地質惡劣等特點，在對巖溶地區橋梁樁基進行勘察設計和施工過程中，采用常規施工方式對樁基進行施工，其樁基承載力、強度并不能滿足規范和標準要求。因此，勘察設計人員應選擇合適的勘察手段對巖溶地區地質進行勘察，并以勘察結果為依據，采取必要措施對溶洞等問題進行處理，并對樁底持力層安全厚度進行計算，最后選擇合理的橋梁樁基形式進行施工，使橋梁樁基施工質量和安全性得到進一步提高，從而達到提高橋梁整體施工質量的目的。