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