云桂鐵路巖溶橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工處理總結(jié)

李萬(wàn)雄

(中鐵二院昆明公司，云南昆明 650200)

1 概述

云桂線云南段共137座橋梁，其中巖溶橋59座，涉及巖溶樁基710根，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育139根，巖溶中等發(fā)育213根，巖溶弱發(fā)育358根，主要為弱發(fā)育;從溶洞形態(tài)發(fā)育規(guī)律歸類，主要有巖溶裂隙型、單溶洞型、串珠式溶洞型以及復(fù)合型，其中，復(fù)合型形態(tài)占大部分，比例超過(guò)50%;溶洞大小，高度主要為0 m～1 m及1 m～2 m，這兩種規(guī)模的溶洞合計(jì)比例占60%以上。

2 巖溶對(duì)橋梁基礎(chǔ)危害及成因

鉆孔施工巖溶樁基主要的病害有漏漿、塌孔、斜孔、彎孔、卡鉆、混凝土流失、夾泥斷樁、地面塌陷、沉渣過(guò)厚等，影響施工的正常進(jìn)行;如果巖溶洞穴未處理到位，會(huì)造成基礎(chǔ)懸空，或由于樁底下伏溶洞頂板過(guò)薄，因重負(fù)荷而發(fā)生坍塌，引起橋墩破壞，另外，洞穴填充物的松軟和坍塌下沉，可造成基礎(chǔ)位移和沉降、橋墩傾斜等。巖溶對(duì)橋梁基礎(chǔ)的各種危害及成因如下。

2.1 漏漿、孔壁坍塌

漏漿是巖溶地區(qū)鉆孔施工最常見的問(wèn)題，當(dāng)沖孔至灰?guī)r裂隙溶洞帶時(shí)，如果裂隙溶洞相互貫通，將出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿大部分或全部漏失，從而使孔壁土層內(nèi)外的壓力失去平衡，將導(dǎo)致孔壁坍塌等事故發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起地表孔口坍塌或整體塌陷，嚴(yán)重危及人身安全，塌孔易使樁孔報(bào)廢，給施工帶來(lái)更大的困難。

2.2 斜孔、彎孔、卡鉆

產(chǎn)生斜孔的原因主要有:下伏基巖巖溶形態(tài)發(fā)育或巖面坡度大。在鉆孔過(guò)程中，如果施工人員為加快施工進(jìn)度而加大沖擊速度，容易致使沖擊錘頭向巖土中軟弱方向滑移，形成斜孔。彎孔的形成是由于在遇到豎向型不規(guī)則洞隙的位置沖擊時(shí)，沖擊軌跡容易沿洞隙發(fā)育位置形成彎孔。當(dāng)鉆孔施工至較大溶洞時(shí)，由于鋼絲繩未繃緊，在溶洞范圍內(nèi)打松錘，鉆錘傾倒，提錘時(shí)易被溶洞頂板巖石卡住，或因上部巖溶發(fā)育地段受沖擊振動(dòng)掉塊或掉入異物卡住沖擊錘，致使沖擊錘不能上提，形成卡鉆。

2.3 混凝土流失、夾泥斷樁

在有較大巖溶洞隙的樁孔中，由于沖孔過(guò)程中，巖溶洞隙未擠壓密實(shí)，在灌注混凝土?xí)r，混凝土在巖溶洞隙內(nèi)流失或坍落，如果施工措施不到位，會(huì)產(chǎn)生斷樁事故。

2.4 沒(méi)有探明的溶洞，給橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定帶來(lái)隱患

在受區(qū)域構(gòu)造、差異風(fēng)化、巖溶溶蝕等不可預(yù)見的地質(zhì)因素影響下，現(xiàn)有勘察技術(shù)水平客觀存在局限性，導(dǎo)致探明溶洞實(shí)際形態(tài)增加了難度，某特大橋16-2樁基比對(duì)檢測(cè)及鉆芯驗(yàn)樁發(fā)現(xiàn)該樁底以下0.5 m發(fā)現(xiàn)填充溶洞，如果各階段都沒(méi)發(fā)現(xiàn)有隱患的溶洞，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

3 巖溶地段橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工處理措施

綜上所述，根據(jù)巖溶地區(qū)的橋梁不同階段，不同的情況，應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)及處理措施，使巖溶對(duì)橋梁安全及施工的危害降至最低。

3.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘探

地質(zhì)勘察為探明及處理巖溶提供了依據(jù)，根據(jù)巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，制定合理的勘察原則，合理布置鉆孔位置及鉆孔數(shù)量，采用多種方法、多種手段(地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、淺層地震儀和鉆探等)，盡可能調(diào)查清楚溶洞的分布、特征、覆蓋層厚度等，分析已探明的溶洞形態(tài)，合理布置后續(xù)的鉆探工作，如施工揭示少量樁基巖溶地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)有差異，應(yīng)結(jié)合樁基地質(zhì)條件，分析溶洞、溶隙發(fā)育的空間形態(tài)、充填物情況，必要時(shí)補(bǔ)充勘探等工作，為設(shè)計(jì)和施工中巖溶處理提供依據(jù)。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)已經(jīng)探明的地質(zhì)情況，選擇合適的基礎(chǔ)類型，并為施工提供相應(yīng)的溶洞處理措施。由于巖溶地質(zhì)復(fù)雜性及無(wú)規(guī)律性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)地質(zhì)鉆探資料進(jìn)行綜合分析，根據(jù)具體的巖溶形態(tài)情況、橋墩的荷載以及下伏溶洞板頂覆蓋層的土質(zhì)、厚度和穩(wěn)定性等因素綜合考慮，一般采用明挖基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當(dāng)溶洞、溶槽、裂隙小且較少，覆蓋層不厚且承載力滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)溶洞頂板厚度足夠，可采用明挖基礎(chǔ)，注意需清除充填物，用C20混凝土回填密實(shí);當(dāng)溶洞發(fā)育、埋藏較深、溶洞頂板較薄，不能滿足樁底受力要求時(shí)，一般采用樁基礎(chǔ)，根據(jù)溶洞形態(tài)的統(tǒng)計(jì)，大部分的橋梁基礎(chǔ)適宜采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)情況和受力方式的不同，樁基礎(chǔ)分為嵌巖樁和摩擦樁。

3.2.1 嵌巖樁

對(duì)于嵌巖樁，計(jì)算公式為［P］=(C1×A+C2×U×h)×R，公式中各參數(shù)取值參照“鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”執(zhí)行?；紫路芏磿r(shí)，需保證溶洞頂板厚度足夠大，合理估算溶洞頂板作為持力層的厚度是巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，當(dāng)溶洞頂板巖層強(qiáng)度較高、整體性較強(qiáng)、洞跨較大時(shí)，應(yīng)以彎矩作為頂板破壞的主要控制因素來(lái)估算，此時(shí)最小設(shè)計(jì)持力層厚度為:H=［6M/(q［σ］)］×0.5，其中，q為溶洞頂板自重加上覆蓋層均布荷載;［σ］取灰?guī)r1/10容許抗壓強(qiáng)度;M為彎矩。當(dāng)溶洞頂板巖層完整、巖體強(qiáng)度高但洞跨較小時(shí)，則剪力是控制溶洞頂板破壞的主要因素，此時(shí):H=(q+p)/(τl)，其中，q為溶洞頂板自重加上覆蓋層均布荷載;p為樁尖對(duì)溶洞頂板的集中力;對(duì)于灰?guī)rτ取1/12容許抗壓強(qiáng)度;l為溶洞平面周長(zhǎng)。

3.2.2 摩擦樁

對(duì)巖性較差，巖石破碎、裂隙發(fā)育的樁基應(yīng)按摩擦樁來(lái)設(shè)計(jì)。摩擦樁計(jì)算公式為:公式中各參數(shù)的取值參照“鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”執(zhí)行。當(dāng)樁基進(jìn)入溶洞區(qū)，溶洞內(nèi)的填充物成分復(fù)雜，難以確定其極限摩阻力和樁底土的承載力，樁身的摩阻作用也與一般土與樁側(cè)之間的摩阻作用不同，故巖溶地區(qū)應(yīng)慎用摩擦樁，如果采用摩擦樁，則需根據(jù)具體情況變通規(guī)范公式，合理采用樁基土層及溶洞填充物的各項(xiàng)地質(zhì)指標(biāo)。

3.2.3 施工處理措施

對(duì)填充溶洞或半填充溶洞，采用拋填粘土夾片石處理，其中粘土占1/3計(jì)，片石占2/3計(jì);對(duì)于采用鉆孔樁的空溶洞，宜采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔，若洞壁斜度較大，應(yīng)考慮部分拋填片石數(shù)量。當(dāng)采用挖孔樁穿越空洞時(shí)，應(yīng)用M10漿砌片石成孔。對(duì)各種巖溶處理措施、適用條件、處理效果及注意事項(xiàng)見表1。

表1 施工中各種巖溶病害的處理措施、適用條件及效果

3.3 其他保證措施

施工前應(yīng)仔細(xì)研究圖紙，有針對(duì)性地做好準(zhǔn)備工作及采用合理的施工方法，有效的預(yù)防病害及安全事故發(fā)生;施工單位應(yīng)詳細(xì)記錄每個(gè)墩臺(tái)各樁施工情況、沖孔進(jìn)度并經(jīng)監(jiān)理單位確認(rèn)，有利于出現(xiàn)病害后分析病害產(chǎn)生的原因;施工單位、設(shè)計(jì)單位應(yīng)加強(qiáng)溝通，形成標(biāo)準(zhǔn)化的樁基驗(yàn)孔程序，驗(yàn)孔過(guò)程中應(yīng)加大分析力度。

4 結(jié)語(yǔ)

巖溶的隱蔽性和勘探的局限性決定了巖溶處理要設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合，才能有效推進(jìn)巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)的施工，為橋梁的安全穩(wěn)定提供保障。以詳細(xì)的地質(zhì)勘探為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用處理措施，施工中做好預(yù)防工作，根據(jù)揭示的地質(zhì)對(duì)出現(xiàn)的病害進(jìn)行及時(shí)有效處理，通過(guò)各階段的精心工作，相信能把巖溶對(duì)橋梁的危害降到最低。

［1］TB 10002.5-2005 J464-2005，鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］TB 10027-2001，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［3］鐵道工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.