跨河橋梁樁基設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

熊依成

華維設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330029

1 工程概況與地質(zhì)條件分析

跨河橋梁全長(zhǎng)共530m，主橋跨徑3m×35m+3m×35m，該橋梁為梁拱組合體鋼箱拱橋，橋的寬度在22.5m左右。整個(gè)施工區(qū)域地形平坦開(kāi)闊，沒(méi)有活動(dòng)性斷裂發(fā)育情況，橋梁構(gòu)造比較穩(wěn)定，地區(qū)內(nèi)地震發(fā)生頻率低，適宜建造橋梁樁基工程。經(jīng)過(guò)工程前期勘察發(fā)現(xiàn)，在勘探深度范圍內(nèi)土層主要為震旦系灰?guī)r，對(duì)橋梁右主墩的位置處進(jìn)行鉆孔，發(fā)現(xiàn)充填物黏土即溶洞地質(zhì)，同時(shí)伴隨著堅(jiān)硬的含砂礓石和風(fēng)化碎石，溶洞高度在4.49～11.4m范圍內(nèi)。在該區(qū)域進(jìn)行樁基施工，主要存在以下難點(diǎn)：卡鉆和掉鉆現(xiàn)象；孔壁坍塌事故；巖溶發(fā)育區(qū)域，地質(zhì)鉆孔取樣的地質(zhì)條件無(wú)法真實(shí)反映樁位巖溶和裂隙的實(shí)際情況。

2 跨河橋梁樁基的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 樁基方案優(yōu)化

因基巖風(fēng)化帶存在溶洞地質(zhì)，且跨河橋梁施工位置的基巖埋深比較大，施工時(shí)不宜采用嵌巖樁施工方法。選用30～50m的樁長(zhǎng)和1～2m的樁徑施工，以端承摩擦樁作為施工案例，不同條件下單樁的軸向受壓承載力也會(huì)不同。比如樁長(zhǎng)45m，樁徑1m時(shí)，受壓承載力為4480kN；樁徑2m時(shí)，承載力為9923kN。經(jīng)過(guò)分析得知，當(dāng)樁徑增加或減少0.5m的時(shí)候，承載力容許值也會(huì)增減55%左右；當(dāng)樁長(zhǎng)增加或減少5m的時(shí)候，承載力容許值會(huì)增減12%左右。樁徑越大，樁端承載力就越大；樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，樁端承載力的所占比例就會(huì)越低。要求施工單位按照跨河橋梁的實(shí)際施工情況科學(xué)選擇樁的長(zhǎng)度和直徑，保障樁基施工穩(wěn)定。

2.2 樁基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

2.2.1 樁基設(shè)計(jì)

（1）摩擦樁樁基設(shè)計(jì)。按照跨河橋梁的結(jié)構(gòu)要求，采用單排樁或者群樁施工方案。如果溶洞分布比較強(qiáng)，且頂板比較薄，此時(shí)將無(wú)法滿(mǎn)足嵌巖樁的施工要求，當(dāng)樁基穿過(guò)溶洞群時(shí)可以按照摩擦樁的情況計(jì)算樁的長(zhǎng)度。如果樁身混凝土可以和巖石膠接，且試樁后樁基抗剪強(qiáng)度較強(qiáng)，巖石摩阻力與普通土的摩阻力更大。但巖石裂縫處存在裂隙水與巖溶水，施工時(shí)可能面臨滲水或者漏漿的問(wèn)題，底部的沉淀土無(wú)法有效清除。面對(duì)這一情況，在樁基設(shè)計(jì)工作中無(wú)需關(guān)注樁端抗力帶來(lái)的作用，只需按照摩擦樁來(lái)設(shè)計(jì)樁的長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算后根據(jù)溶洞情況及時(shí)補(bǔ)樁。

（2）嵌巖樁樁基設(shè)計(jì)。對(duì)于不同地質(zhì)條件，應(yīng)合理選擇樁基類(lèi)型，單排樁與群樁可用于大孔徑橋梁樁基施工，以此提升樁基容載力，保持橋梁的橫向穩(wěn)定性。為了使各個(gè)樁基的受力均勻，樁底應(yīng)同時(shí)位于統(tǒng)一的巖層，底部基巖厚度不宜超過(guò)4m，巖石抗壓強(qiáng)度不宜低于3MPa。

2.2.2 樁基施工技術(shù)

本工程決定按照地質(zhì)實(shí)際情況選用兩種樁基施工方法。

（1）鉆孔樁施工技術(shù)。由于施工處巖溶裂隙發(fā)育，且具有較強(qiáng)的連通性，鉆孔灌注樁時(shí)帶有一定的漏漿問(wèn)題，施工單位決定針對(duì)不同溶洞類(lèi)型采取相應(yīng)的施工措施。對(duì)于一般溶洞的漏漿和卡鉆問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合泥漿面實(shí)際情況做好護(hù)臂工作，以便及時(shí)補(bǔ)漿。以1：1的比例回填土施工，等待泥漿面穩(wěn)定后繼續(xù)鉆進(jìn)，在鉆頭和溶洞之間有1m間距時(shí)，建議采用短沖程快頻沖擊是奇偶號(hào)拍賣(mài)行。針對(duì)溶洞塌孔問(wèn)題，可采取雙層鋼護(hù)筒施工技術(shù)，先使用直徑比較大的鉆孔，配合外護(hù)筒沖鉆到溶洞頂部1m的位置，再使用小鉆頭繼續(xù)沖擊洞頂，1：1的比例回填土，直到密實(shí)。

（2）挖孔樁施工技術(shù)。為了保障施工安全，對(duì)于洞穴較小的樁位可以采用挖孔樁工藝，節(jié)省施工時(shí)間，以便面對(duì)地質(zhì)變化時(shí)及時(shí)補(bǔ)救。挖孔時(shí)關(guān)注施工進(jìn)展，做好記錄工作，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖層，有必要加強(qiáng)護(hù)臂，做好孔內(nèi)的排水工作。終孔標(biāo)高超過(guò)2m時(shí)應(yīng)擴(kuò)孔，將樁基底部設(shè)計(jì)為錐臺(tái)型，加大樁底面積，提升樁基的承載能力［1］。

2.3 鋼護(hù)筒施工工藝

使用強(qiáng)度較大的鋼板卷預(yù)制鋼護(hù)筒，在焊接鋼護(hù)筒時(shí)預(yù)留厚度在10mm左右的鋼帶，底部架設(shè)底部最少為12mm的鋼帶，最大程度上提高鋼護(hù)筒剛度，確保施工工藝合理可靠。。建議在跨河橋梁樁基施工現(xiàn)場(chǎng)拼接護(hù)筒，要求鋼護(hù)筒分段設(shè)計(jì)制作，拼接時(shí)垂直度偏差允許值在1cm/m以?xún)?nèi)，保證焊縫連續(xù)，不能有漏水的情況出現(xiàn)。結(jié)合工程實(shí)際情況科學(xué)設(shè)計(jì)鋼護(hù)筒內(nèi)徑和長(zhǎng)度，按照溶洞與基巖面位置的施工要求明確單層鋼護(hù)筒與內(nèi)層鋼護(hù)筒的埋設(shè)深度。要求鋼護(hù)筒的內(nèi)徑必須超過(guò)護(hù)筒樁徑20cm，外層鋼護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)超過(guò)內(nèi)層鋼護(hù)筒外徑至少20cm，以此達(dá)到工程施工需要，保障鋼護(hù)筒施工質(zhì)量。如果樁基施工時(shí)需要多層鋼護(hù)筒施工，應(yīng)按照相隔20cm的距離依次向外設(shè)置，并按照溶洞的實(shí)際分布情況保障內(nèi)徑設(shè)置合理。如果鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度不超過(guò)10m，建議使用10mm壁厚的鋼護(hù)筒；如果長(zhǎng)度在10～20m之間，建議使用12mm厚度的鋼護(hù)筒；如果長(zhǎng)度超過(guò)了20m，建議使用14mm厚度的鋼護(hù)筒。成樁時(shí)，當(dāng)鋼護(hù)筒沉到溶洞底部，應(yīng)使用C15混凝土封底，等待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求，樁基直徑?jīng)_錘，沖孔到樁底的設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，隨后清孔并防止鋼筋籠，最后澆筑混凝土。

3 總結(jié)

針對(duì)存在巖溶區(qū)域的跨河橋梁樁基工程，建議施工單位選擇樁徑較大且承載力較強(qiáng)的樁基材料，優(yōu)化樁基施工方案，科學(xué)進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的樁基施工技術(shù)，做好鋼護(hù)筒施工步驟，從而提高工程經(jīng)濟(jì)效益。