某公路橋梁樁基問題及處理方案分析

作者簡介：王林杰（1997—），助理工程師，主要從事公路橋梁設(shè)計(jì)工作。

摘要：嵌巖樁是橋梁樁基常用的一種樁基類型，但經(jīng)常由于地質(zhì)勘探不明朗、巖面起伏較大，存在夾層或者孤石，以及橋梁樁基施工不規(guī)范等引起橋梁樁基檢測不合格，經(jīng)常出現(xiàn)三類樁或四類樁。文章介紹了廣州增城區(qū)北繞線建設(shè)工程地質(zhì)情況，闡述了原樁基采用嵌巖樁的設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘及成因分析后，認(rèn)為該工程地質(zhì)條件不足以按照嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。對此，提出兩種處理方案，綜合比較后選擇加兩根D=1.2 m扁擔(dān)樁的方案進(jìn)行處理，并對橋梁的承臺結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整。研究表明，在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘察，要做到一樁一孔，保證地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，為設(shè)計(jì)人員提供充實(shí)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；樁基工程；夾層；持力層；嵌巖樁

中圖分類號：U443.15

0 引言

中（微）風(fēng)化花崗巖在工程中常常作為嵌巖樁的持力層，但中（微）風(fēng)化巖面起伏大，經(jīng)常存在夾層和孤石。趙杰等^[1]以深圳某高層建筑為例對嵌巖樁入巖界面判斷進(jìn)行了探討，提出“一看，二摸，三觀察”的判斷方法；袁以堂等^[2]以廣西某高速公路為例對不同施工方式的橋梁樁基缺陷的成因和處理措施進(jìn)行了研究，提出“壓漿法，鑿除法”等處理措施；虞夢澤^[3]以某山區(qū)橋梁工程為例，對橋梁樁基孔壁坍塌進(jìn)行分析和處理。

本文依托實(shí)際工程，對于樁基施工中遇到的問題及其處理方案進(jìn)行了探討。

1 項(xiàng)目背景

廣州增城區(qū)北繞線建設(shè)工程全長27.1 km。項(xiàng)目起于荔新公路，途經(jīng)荔湖街、朱村街、荔城街和增江街，終點(diǎn)接廣汕公路荔三路口，采用設(shè)計(jì)時速80 km，雙向六車道，整體式路基寬40 m的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，項(xiàng)目內(nèi)有大橋7 237.4 m/15座，中小橋706 m/14座，設(shè)計(jì)樁基有數(shù)千根，設(shè)計(jì)樁基均為鉆孔灌注樁，采用沖擊鉆或旋挖鉆進(jìn)行施工。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)侵入體主要為二疊系（P）花崗巖，青灰色、肉紅色、灰白色，細(xì)粒或中粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石和云母，按風(fēng)化程度不同自上而下分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化，其中全強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般在5～35 m。

本文主要介紹該項(xiàng)目某橋梁樁基遇到的問題以及處治情況。該項(xiàng)目某跨線橋13^#橋墩平面位置及一般構(gòu)造示意圖如圖1、圖2所示。13^#墩的大、小樁號側(cè)上部結(jié)構(gòu)為30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁和40 m的現(xiàn)澆箱梁，橋面寬度為16.25 m，柱式墩，樁基礎(chǔ)，13^#橋墩原設(shè)計(jì)為雙柱式帶蓋梁橋墩，樁基直徑均為1.8 m。

2 地質(zhì)情況及樁基設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)情況

該項(xiàng)目某跨線橋13^#橋墩地質(zhì)勘察階段，采用交錯布置的方式布置鉆孔，其中13^#-0樁基未布置原位地質(zhì)鉆孔，而在13^#-1處布置。13^#-0樁基距離13^#-1鉆孔距離為8.95 m，13^#-1鉆孔顯示，在標(biāo)高-10.07 m處進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖，灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀和碎塊狀，錘擊聲響，巖質(zhì)較硬，鉆孔至底標(biāo)高-22.07 m均為中風(fēng)化花崗巖。13^#-0樁基距離13^#-4鉆孔距離為19.8 m，13^#-4鉆孔顯示在標(biāo)高-16.81～-15.61 m處為中風(fēng)化花崗巖，-23.11～-16.81 m為微風(fēng)化花崗巖，-28.21～-23.11 m處為中風(fēng)化花崗巖。其余鉆孔均距離13^#-0較遠(yuǎn)，實(shí)際參考意義不大。

2.2 樁基施工情況

2.2.1 嵌巖樁入巖判斷方法

（1）結(jié)合地質(zhì)資料，查看樁基有無原位地質(zhì)鉆孔，如果有原位地質(zhì)鉆孔，則結(jié)合地質(zhì)鉆孔描述、巖樣和沖孔記錄判斷是否入巖；如果沒有原位地質(zhì)鉆孔，則參考附近幾個地質(zhì)鉆孔并結(jié)合巖樣和沖孔記錄判斷是否入巖。

（2）巖樣判斷。對于鉆孔灌注樁，常見的施工方法有沖擊鉆施工，旋挖鉆施工。

沖擊鉆施工的巖樣判斷：主要通過顏色和強(qiáng)度進(jìn)行判斷。中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖顏色多呈青灰色，中風(fēng)化花崗巖裂隙面常見褐色鐵染。中風(fēng)化和微風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度較高，用手難以折斷。

旋挖鉆施工的巖樣判斷：旋挖鉆巖樣塊徑大，可用手掰，或者將巖樣互相碰撞，巖樣不破碎。可明顯判斷是否到達(dá)中風(fēng)化巖面。

（3）沖孔記錄。由于沖擊鉆和旋挖鉆施工的沖擊速度不同，判斷標(biāo)準(zhǔn)也不相同。常見的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖沖擊速度為30 cm/2 h，中風(fēng)化花崗巖沖擊速度為20 cm/2 h，微風(fēng)化花崗巖沖擊速度為10 cm/2 h。旋挖鉆強(qiáng)風(fēng)化花崗巖沖擊速度為100 cm/2 h，中風(fēng)化花崗巖沖擊速度為30 cm/h，微風(fēng)化花崗巖沖擊速度為20 cm/h。

2.2.2 樁基終孔情況

13^#墩樁頂標(biāo)高為18.367 m，鉆孔灌注樁樁徑d=1.8 m。橫橋向兩個地質(zhì)鉆孔13^#-1和13^#-4的平面距離為19.8 m，中風(fēng)化花崗巖巖面相差5.54 m。

根據(jù)巖石渣樣、沖孔記錄表和周邊的地質(zhì)鉆孔資料，建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位一致確認(rèn)，13^#-0樁基在標(biāo)高-5 m處進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖，根據(jù)“中風(fēng)化花崗巖嵌巖深度≥2d（d為樁基直徑），微風(fēng)化花崗巖嵌巖深度≥1.5d（d為樁基直徑）”的原則終孔。終孔前，每2 h取一次巖樣，并做好沖孔記錄，巖樣未發(fā)生變化，在標(biāo)高-8.6 m處監(jiān)理工程師現(xiàn)場確認(rèn)終孔。

2.3 樁基抽芯檢測問題

根據(jù)抽芯檢測結(jié)果顯示，樁底持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，13^#-0樁基持力層不符合嵌巖樁設(shè)計(jì)要求。

3 成因分析及處理措施

3.1 地質(zhì)補(bǔ)勘及成因分析

持力層不滿足嵌巖樁要求的原因，初步判斷是此處地質(zhì)條件復(fù)雜，在樁基下面存在孤石或者夾層，導(dǎo)致樁基最終持力層在強(qiáng)風(fēng)化巖中。為了能夠準(zhǔn)確尋找原因，綜合考慮工程造價和處治時間，做出合理的補(bǔ)救措施方案，經(jīng)過研討本次補(bǔ)鉆的大致思路如下：由于橫橋向13^#-1樁基的鉆孔和13^#-0樁基的抽芯可供該項(xiàng)目地質(zhì)參考，同時考慮后期補(bǔ)救措施方案對補(bǔ)勘鉆孔加以利用，決定在13^#-0原孔位順橋向布設(shè)鉆孔13^#-0a和13^#-0b，鉆孔間距為7.5 m，詳見圖3。

3.1.1 地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘，13^#-0a鉆孔顯示在標(biāo)高-8.59～-5.09 m處存在微風(fēng)化夾層，標(biāo)高-19.79～-8.59 m處為強(qiáng)風(fēng)化巖，此處地層無完整的中（微）風(fēng)化巖面作為嵌巖樁的持力層。同時，地質(zhì)補(bǔ)勘的GSK13^#-0b鉆孔顯示，在標(biāo)高-4.19 m處見中風(fēng)化巖，從標(biāo)高-13.99 m～-4.99處均為微風(fēng)化巖。如圖4、圖5所示。

3.1.2 原因分析

根據(jù)后期補(bǔ)鉆的地質(zhì)鉆孔顯示，此處地形條件特殊，距離7.5 m的兩個鉆孔地質(zhì)條件相差較大，且存在微風(fēng)化夾層，造成對嵌巖樁入巖界面的判斷不正確，且此處地質(zhì)條件不足以按照嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 處理方案

鑒于原有樁已不能滿足承載力要求，因此需要對樁基進(jìn)行調(diào)整。針對實(shí)際情況提出以下方案：方案一：加兩根D=1.2 m扁擔(dān)樁；方案二：在13^#-0原位沖鉆。見表1。

綜合比較方案一和方案二，最終決定采用方案一，加兩根D=1.2 m扁擔(dān)樁。13^#-0a樁基位置存在微風(fēng)化花崗巖夾層，且穿透夾層后無中（微）風(fēng)化花崗巖作為持力層，按照嵌巖樁設(shè)計(jì)已不能滿足要求，于是對13^#-0a樁基按照摩擦樁在標(biāo)高-20 m處終孔。13^#-0b樁基在標(biāo)高-4.19 m處見中風(fēng)化巖石，在標(biāo)高-4.99～-13.99 m均為微風(fēng)化花崗巖，持力層滿足嵌巖樁設(shè)計(jì)要求，綜合考慮13^#-0b按照嵌巖樁在標(biāo)高-6.59 m處終孔。

變更為扁擔(dān)樁后，對該橋梁的承臺結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整，見圖6。

4 結(jié)語

（1）地質(zhì)勘察工作至關(guān)重要，現(xiàn)有的工程鉆孔布置大多是一墩柱一鉆孔交錯布置，遇到復(fù)雜地質(zhì)情況時，不能清晰地探明地質(zhì)情況。由于線性工程的復(fù)雜性，有些場地并未清理，勘察階段存在部分鉆孔尚未鉆探的情況。此時應(yīng)盡量增加鉆探孔的數(shù)量，在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)做到一樁一孔，保證地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，為設(shè)計(jì)人員提供充足的依據(jù)。

（2）對于特殊復(fù)雜地質(zhì)條件，已探明附近存在夾層或者孤石的，應(yīng)優(yōu)先按照摩擦樁進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，如果摩擦樁樁長過長，再考慮嵌巖樁的設(shè)計(jì)。

（3）嵌巖樁入巖判斷應(yīng)充分考慮周邊的總體地質(zhì)情況和附近已經(jīng)施工的樁基地質(zhì)巖面情況，加強(qiáng)對現(xiàn)場鉆探的管理，每2 h打撈一次巖樣，并測量孔深，保存好巖石樣本和沖孔記錄，為判斷是否入巖提供依據(jù)。

（4）扁擔(dān)樁應(yīng)用時，經(jīng)常由于工程質(zhì)量導(dǎo)致原來的樁基達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力要求，或者樁基質(zhì)量出現(xiàn)問題，需要對原樁基進(jìn)行加固，此時可以采用兩根直徑較小的樁基代替原來的一根樁基。

（5）施工過程中應(yīng)把控質(zhì)量，在樁基施工前應(yīng)該做好技術(shù)交底，確保每個墩柱的樁基施工都有鉆孔作為參考。如果沒有地質(zhì)鉆孔參考，應(yīng)及時反饋勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行補(bǔ)鉆。

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