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      巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

      2016-08-16 03:29:34宋光晟
      大科技 2016年17期
      關(guān)鍵詞:溶洞巖溶灌注樁

      宋光晟

      (重慶市萬(wàn)州區(qū)交通設(shè)計(jì)院 重慶市萬(wàn)州區(qū) 404000)

      巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

      宋光晟

      (重慶市萬(wàn)州區(qū)交通設(shè)計(jì)院 重慶市萬(wàn)州區(qū) 404000)

      巖溶地基對(duì)于公路橋梁的危害非常大,因此必須對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工予以高度重視。對(duì)此,本文首先介紹了巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn),然后對(duì)巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探究,以期提高巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工水平。

      巖溶區(qū);公路橋梁;施工

      1 引言

      巖溶指石灰?guī)r等可溶性的巖層在長(zhǎng)期流水溶解及剝蝕作用下,產(chǎn)生了特殊水文地質(zhì)和地貌現(xiàn)象。當(dāng)公路橋梁建設(shè)需要穿越巖溶地區(qū)時(shí),必須結(jié)合實(shí)際情況選用具體的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案,并且加強(qiáng)施工質(zhì)量控制,有效降低施工的難度和工程造價(jià)。

      2 巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      2.1 加固地基(擴(kuò)大基礎(chǔ))

      ①清爆施工方法,通過(guò)揭露溶洞充填物,能夠有效清除巖溶地基填充物,或者使充填物迅速風(fēng)干,以此提高地基強(qiáng)度。②如果溶洞在持力層范圍內(nèi),則應(yīng)該清除原有填充物,結(jié)合溶洞寬窄實(shí)際情況打入小鋼軌,并且使用混凝土進(jìn)行填塞處理,并且設(shè)置鋼筋混凝土蓋板進(jìn)行加固。③如果溶洞埋藏深度較小,并且有較厚的碎塊石堆積物,則可以采用壓漿施工方法,如果堆積物地基的主要組成為粘性土、砂類土等以細(xì)顆,則可以采用旋噴樁施工方法進(jìn)行加固處理。

      2.2 樁基礎(chǔ)

      對(duì)于巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)處理,最為有效的方法就是樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)處理辦法。在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中,應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):①如果公路橋梁地基以下溶洞較大,而且埋藏較深,但同時(shí)無(wú)法滿足頂板厚度檢算要求,則只能夠采用樁基礎(chǔ)處理辦法。如果巖面溶蝕高差在1m以上,或者巖溶洞穴平面、剖面尺寸在1m以上,則可溶性巖層埋深應(yīng)該控制在8m以上,如果地基巖層部分缺角,并且無(wú)法采取有效措施進(jìn)行嵌補(bǔ),則均可以采用樁基處理辦法。②鉆(挖)孔樁在穿過(guò)溶洞進(jìn)入完整基巖中的深度應(yīng)該控制在5倍樁徑以內(nèi),如果無(wú)法符合這項(xiàng)要求,則應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)資料重新進(jìn)行計(jì)算。③對(duì)于樁尖下伏溶洞處理辦法,還應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面:

      (1)如果溶洞頂板巖層完整性較高,而且強(qiáng)度較高,洞跨大于3倍樁徑,則可以根據(jù)頂板受彎矩合理估算頂板安全厚度:

      式中:q——指的是溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載,kN/m;

      [δ]——一般取灰?guī)r1/10容許抗壓強(qiáng)度,MPa;

      M指的是彎矩,綜合考慮頂板巖石的完整性,可以具體分為簡(jiǎn)支梁、懸臂梁、和固端梁。

      (2)如果溶洞頂板巖層的完整性較好,而且強(qiáng)度比較高,洞跨小于3倍樁徑,則可以根據(jù)頂板受剪應(yīng)力合理計(jì)算頂板安全厚度:

      式中:q——指的是溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載,kN/m;

      τ——對(duì)于灰?guī)r取1/10容許抗壓強(qiáng)度,MPa;

      p——指的是樁尖對(duì)溶洞頂板的集中力,kN;

      L——指的是溶洞平面周長(zhǎng),m。

      通常情況下,如果完整基巖頂板厚在10m以上,則對(duì)于基底以下溶洞可以不進(jìn)行處理。

      (3)在公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)該注意到樁基負(fù)摩擦力的影響。通常情況下,地基土石在受到擾動(dòng)后會(huì)在自身重力的作用下固結(jié)下沉,因此會(huì)產(chǎn)生向下的摩擦力,即負(fù)摩擦力,這就會(huì)導(dǎo)致樁基受到破壞。

      (4)當(dāng)樁穿過(guò)多層巖溶層,并且支立于堅(jiān)固的巖層上時(shí),不需要考慮多層巖溶層對(duì)樁側(cè)摩擦阻力的影響,因?yàn)閹r溶層與樁側(cè)之間的摩阻作用,在本質(zhì)上不同于一般土與樁側(cè)之間的摩擦阻力作用。

      3 巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)

      3.1 鉆成孔灌注樁施工技術(shù)

      3.1.1 鉆成孔灌注樁的施工原理

      鉆孔灌注樁施工方法有正循環(huán)鉆成孔法、反循環(huán)鉆成孔法。正循環(huán)鉆成孔法和反循環(huán)鉆成孔法大體相同,只是排渣方式不同。在正循環(huán)施工中,泥漿由泥漿泵輸進(jìn)鉆桿內(nèi)腔后,經(jīng)鉆頭的出漿口射出,帶動(dòng)鉆渣沿鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀空間上升到孔口溢進(jìn)沉淀池后返回泥漿池凈化,再循環(huán)使用。但是,正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí),孔壁之間的環(huán)狀斷面積大,而在巖溶地區(qū)樁基成孔時(shí),鉆渣的粒徑較大,故造成泥漿的上返速度低,排除鉆渣差。從使用效果來(lái)看,正循環(huán)鉆進(jìn)劣于反循環(huán)鉆進(jìn)。因此,巖溶地區(qū)的橋梁樁基常采用反循環(huán)鉆孔灌注樁施工。

      反循環(huán)鉆進(jìn)成孔的方法是,在施工的樁頂處埋設(shè)護(hù)筒,護(hù)筒的直徑比樁徑大15%左右,然后安置鉆機(jī)。鉆進(jìn)工作時(shí),轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)主動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn),從而使鉆頭鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中,沖洗液(水或泥漿)從鉆桿和孔壁的環(huán)狀間隙中流入鉆孔底部,并攜帶被鉆頭切削下來(lái)的鉆渣,由鉆桿內(nèi)腔返回地面,與此同時(shí),經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的沖洗液又返回鉆孔內(nèi)形成沖洗液循環(huán),這種沖洗液循環(huán)的鉆進(jìn)方法稱為反循環(huán)鉆進(jìn)。反循環(huán)鉆進(jìn)成孔按照沖洗液循環(huán)輸送鉆渣的方式,動(dòng)力來(lái)源和工作原理可分為泵吸、氣舉和噴射反循環(huán)鉆進(jìn)方法,而泵吸和氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)方法是常用的方法,其施工原理如圖1所示。

      3.1.2 鉆成孔灌注樁的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍

      該樁型成孔直徑大,一柱一樁,受力明確,施工方便,適用于單樁荷載大、地下有孤石或夾層分布、巖溶表面起伏大等情況,用這種樁能鉆穿孤石和夾層,將樁端可靠地支承在持力層上,樁端的嵌巖情況也好。但是,鉆孔樁不宜用在巖溶裂隙多,溶溝多的基巖中,因?yàn)槭┕ぶ腥菀自斐煽ㄣ@,鉆桿沿巖溶斜壁偏斜,以至打偏等現(xiàn)象。鉆孔成敗的關(guān)鍵是防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔較深時(shí),在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會(huì)向孔內(nèi)坍塌,甚至發(fā)生流砂現(xiàn)象。鉆孔內(nèi)若能保持比地下水位高的水頭,增加孔內(nèi)靜水壓力,能穩(wěn)定孔壁、防止塌孔。護(hù)筒除起這個(gè)作用外,同時(shí)還有隔離地表水、保護(hù)孔口地面、固定樁孔位置和起到鉆頭導(dǎo)向等作用。

      3.2 人工挖孔樁施工技術(shù)

      人工挖孔鉆灌注樁施工技術(shù)一般應(yīng)用于土體坍滑支護(hù)施工中,具體的施工順序?yàn)椋焊鶕?jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行放線,然后分段進(jìn)行開挖施工,確保土壁至少0.5m的直立狀態(tài),在孔底還需要開挖水坑,及時(shí)排除積水;護(hù)壁模板的高度可以根據(jù)土方開挖施工位置高度進(jìn)行確定,通常是4~8塊的1m組合鋼模板;通過(guò)設(shè)置操作平臺(tái),可以確保上下護(hù)壁能夠搭接良好;如果樁基的直徑比較大,并且土質(zhì)出現(xiàn)了滲水等問(wèn)題,則還可以在護(hù)壁中適當(dāng)配筋;當(dāng)護(hù)壁混凝土強(qiáng)度足夠時(shí),即可拆除模板,并且繼續(xù)開挖土方。通過(guò)循環(huán)上述施工方法,能夠有效達(dá)到設(shè)計(jì)深度要求。在進(jìn)行混凝土灌注前,可以使用小型吊運(yùn)工具緩慢放入鋼筋籠,然后再對(duì)孔內(nèi)土的厚度進(jìn)行測(cè)量,將最大塌落度控制在10cm以內(nèi)。需要注意的是,混凝土灌入需要使用混凝土導(dǎo)管垂直灌入,并且嚴(yán)格控制混凝土的離析現(xiàn)象。

      圖1 鉆成孔灌注樁的施工原理

      3.3 擴(kuò)大基礎(chǔ)施工對(duì)策

      擴(kuò)大基礎(chǔ)可以分為三種類型,分別是不需加固地基、換填加固地基以及砂樁加固地基,結(jié)合實(shí)際情況對(duì)地基進(jìn)行處理,能夠確保符合巖溶區(qū)公路橋梁的地基處理要求,提高地基承載力。在實(shí)際施工過(guò)程中,結(jié)合基巖強(qiáng)度和標(biāo)高,應(yīng)該依據(jù)以下原則進(jìn)行地基施工處理:①如果基坑位置巖體呈犬牙交錯(cuò)狀,或者呈石林狀,并且基巖層的強(qiáng)度較好,則可以根據(jù)基巖層的實(shí)際標(biāo)高,采用多補(bǔ)缺施工方法:徹底清除溶溝中的軟弱體,然后回填片石或級(jí)配砂礫,最后進(jìn)行混凝土注漿處理,這樣能夠有效充盈基礎(chǔ)以下及附近的溶洞和裂隙。②對(duì)于巖層完整且強(qiáng)度較好,左右側(cè)巖面高差懸殊的橋臺(tái)基礎(chǔ),可根據(jù)實(shí)際地形,將向橋臺(tái)在結(jié)構(gòu)縫處成錯(cuò)臺(tái)布置,并根據(jù)臺(tái)身高度及承載力要求調(diào)整基礎(chǔ)標(biāo)高尺寸。

      4 結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,隨著巖溶地區(qū)大規(guī)模高等級(jí)公路及橋梁的建設(shè),巖溶地區(qū)橋梁樁基的設(shè)計(jì)和施工方法研究己成為我國(guó)基樁研究的一個(gè)發(fā)展方向。本文首先對(duì)巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析,具體包括加固地基以及樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這兩點(diǎn),然后對(duì)巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探究。在實(shí)際施工過(guò)程中,首先需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察,根據(jù)實(shí)際情況選用具體的施工技術(shù),并加強(qiáng)施工質(zhì)量控制,這樣才能促進(jìn)巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工水平的提高。

      [1]胡震宇.巖溶地區(qū)公路橋梁鉆孔灌注樁成孔難點(diǎn)和施工技術(shù)研究[J].建筑知識(shí):學(xué)術(shù)刊,2014(04):444.

      [2]王旭東,汪貝貝.公路橋梁工程施工中巖溶樁基施工技術(shù)的探討[J].山東工業(yè)技術(shù),2014(23):109.

      [3]張秉旭.巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工[J].遼寧省交通高等??茖W(xué)校學(xué)報(bào),2014(01):25~27.

      U445.55

      A

      1004-7344(2016)17-0128-02

      2016-5-22

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