巖溶地區(qū)鐵路橋梁樁基施工處理技術(shù)

張志躍

(中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西西安710032)

1 工程概況

馬家塘特大橋是昆明樞紐東南環(huán)線五個控制工程之一，是全線最長的橋，橋跨組成2[41×32+(40+64+40)+7×32+2×24+9×32］m，共有樁基472根，樁基深度最深64m，施工難度大。

段內(nèi)不良地質(zhì)為巖溶，特殊巖土為松軟土、軟土、膨脹土，施工中應(yīng)采取相應(yīng)措施確保施工安全。

2 樁基施工

主要施工過程是開挖表層人工土，然后進(jìn)行鉆孔，為了探明溶洞分布及發(fā)育程度，進(jìn)行釬探，最后針對溶洞(裂隙)大小及分布情況采用以下處理方法。

2.1 巖溶處理

2.1.1 小溶洞處理方法

對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補(bǔ)、嵌塞與跨蓋等方法處理。

2.1.2 大溶洞處理方法

對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板等結(jié)構(gòu)跨越?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面。梁式結(jié)構(gòu)在巖背，也可采用漿砌塊石等堵塞措施;石上的支承長度應(yīng)大于梁高1.5倍，也可采用漿砌塊石等堵塞措施。

2.1.3 交叉軟弱地質(zhì)處理方法

對于圍巖不穩(wěn)定、風(fēng)化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。

2.1.4 裂隙、樁底注漿處理方法

為了查清裂隙、樁底的分布、形狀、深度，以及它們的發(fā)育程度，可采用釬探的方法(采用釬探進(jìn)行驗槽，對查清土洞或塌陷的分布很有成效)。

應(yīng)根據(jù)土洞在地基中所處的位置、土洞大小及形狀、埋深、水文地質(zhì)條件等，綜合采取處理措施。

(1)挖填法:清除洞內(nèi)軟土后，鋪填塊石，上做碎石層，其上部用灰土或粘土夯實。一般對地下水形成的土洞，多以疏導(dǎo)為宜，避免堵截，又形成新的土洞，或使原土洞擴(kuò)大。一般適用于淺層土洞。

(2)灌填法:在洞體范圍的頂部地基基坑面上鉆孔，可采用多個鉆孔(但至少兩個以上，以便土洞排氣)，一般是將砂或礫石灌入洞內(nèi)，然后再灌入水泥漿，或直接灌入砼。適用于埋藏深、洞徑大的土洞。

3 樁基處理檢算

對58號墩樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢算，主要計算結(jié)果如下。

(1)墩頂位移

控制荷載:恒載+單孔重載+縱附

dY[＜dY］，墩頂位移符合要求。

(2)縱向水平線剛度

縱向水平線剛度K=257.98kN/cm

(3)單樁承載力

①荷載組合:恒載+雙孔重載

②荷載組合:恒載+雙孔重載+縱附(縱橫合成)

(4)樁側(cè)土壓力

荷載組合:恒載+雙孔重載+橫附(縱橫合成)

(5)群樁驗算

①荷載組合:恒載

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力 σdmax=432.96kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2104.30kPa

②荷載組合:恒載+雙孔重載

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力σdmax=504.53kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2104.30kPa

③荷載組合:恒載+單孔重載+縱附

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力 σdmax=517.05kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2525.16kPa

④荷載組合:恒載+雙孔重載+橫附

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力 σdmax=540.38kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2525.16kPa

⑤荷載組合:恒載+雙孔重載+橫附(縱橫合成)

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力σdmax=540.61kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2525.16kPa

⑥荷載組合:恒載+雙孔重載+縱附(縱橫合成)

樁群作為整體基礎(chǔ)，樁底平面處的最大壓應(yīng)力σdmax=572.32kPa

修正后樁底平面處的容許承載力[σ］=2525.16kPa

(6)樁身配筋及檢算

荷載組合 :恒載+雙孔重載+橫附(縱橫合成)

控制截面:y=0m

鋼筋直徑 φ=20mm

鋼筋種類GX:Q235

①最大彎矩與最大軸向力組合:

計算截面彎矩 M=142.84kN·m

計算截面軸向力 N=3340.39kN

截面半徑 r=0.625m

環(huán)形截面內(nèi)半徑 ro=0m

桿件計算長度 lo=7.30m

鋼筋中心至截面外緣的保護(hù)層厚度 a=0.070m

規(guī)范規(guī)定之最小配筋率 Umin=0.5%

彎矩增大系數(shù) η=1.013

考慮彎矩增大系數(shù)η后之偏心距 eo=0.043m

(小偏心)

鋼筋根數(shù) Gn=20

砼最大壓應(yīng)力 σh=3.306MPa

砼偏心受壓時之容許壓應(yīng)力 [σh］=13.000MPa

鋼筋最大壓應(yīng)力 σgi=32.268MPa

鋼筋最大拉應(yīng)力(小偏心時最小壓應(yīng)力) σgl=19.774MPa

鋼筋容許應(yīng)力 [σa］=160.000MPa

實際全截面配筋率 u=0.00512

考慮縱向撓曲穩(wěn)定的砼最大壓應(yīng)力 σw=2.567MPa

砼中心受壓時之容許壓應(yīng)力 [σa］=10.4MPa

②最大彎矩與最小軸向力組合:

計算截面彎矩 M=142.84kN·m

計算截面軸向力 N=683.94kN

截面半徑 r=0.625m

環(huán)形截面內(nèi)半徑 ro=0m

桿件計算長度 lo=7.30m

鋼筋中心至截面外緣的保護(hù)層厚度 a=0.070m

規(guī)范規(guī)定之最小配筋率 Umin=0.5%

彎矩增大系數(shù) η=1.004

考慮彎矩增大系數(shù)η后之偏心距 eo=0.210m

(大偏心)

截面內(nèi)偏心距 e=0.211m

鋼筋根數(shù) Gn=20

砼最大壓應(yīng)力 σh=1.234MPa

砼偏心受壓時之容許壓應(yīng)力 [σh］=13.000MPa

鋼筋最大壓應(yīng)力 σgi=11.539MPa

鋼筋最大拉應(yīng)力(小偏心時最小壓應(yīng)力) σgl=1.103MPa

鋼筋容許應(yīng)力 [σa］=160.000MPa

實際全截面配筋率 u=0.00512

中性軸位置 α=2.39365

裂縫最大寬度 Df=0.00mm

考慮縱向撓曲穩(wěn)定的砼最大壓應(yīng)力 σw=0.526MPa

砼中心受壓時之容許壓應(yīng)力 [σa］=10.400MPa

4 施工體會

我國的巖溶地區(qū)地基處理，尤其在處理溶洞、土洞或塌陷地基方面，取得了顯著的成績。但在以下方面還可以值得進(jìn)一步的探討和完善。

(1)在灌填(漿)法中，對灌漿孔的布置、灌漿壓力的確定等方面，爭取有較成熟的計算及理論依據(jù)。

(2)進(jìn)一步完善地基處理設(shè)計理論，改變目前理論相對落后于實踐的局面。

(3)施工工藝方面，研究探討更行之有效的方法。例如在溶洞灌漿中如何有效地避免漏漿，特別是在某些大溶洞、串珠狀溶洞地段的堵漏問題。目前國內(nèi)已有采用袋裝粘土及水泥填堵溶洞及防滲堵漏的成功經(jīng)驗。此外，還可多積累用高壓旋噴處理溶洞地基的經(jīng)驗。

(4)巖溶地基處理效果檢驗方面，除目前常用的監(jiān)測檢驗方法外，還可采用多種測試手段方法，如采用旁壓試驗、十字板剪切試驗等來檢驗地基處理的效果，并建立經(jīng)驗對比關(guān)系。

[1]張宏．灌注樁檢測與處理[M］．北京:人民交通出版社，2001

[2]周光燦．鉆探孔內(nèi)事故預(yù)防與處理一百例[M］．北京:地質(zhì)出版社，1986