公路橋梁巖溶區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法研討

鄒裕旺

北京彰圖工程技術(shù)有限公司 北京 100000

我國(guó)地域廣袤，存在的地質(zhì)條件也是復(fù)雜、多樣化的，這為現(xiàn)代基礎(chǔ)建設(shè)造成了不利影響。巖溶地區(qū)對(duì)于公路橋梁建設(shè)影響較大，在實(shí)際進(jìn)行建設(shè)施工的過(guò)程中，由于巖溶地層影響，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)發(fā)生損害，最終影響橋梁使用安全的問(wèn)題頻發(fā)，促使現(xiàn)代公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)此提升了重視程度。本文從巖溶地區(qū)地質(zhì)著手，對(duì)公路橋梁巖溶區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法展開(kāi)探討。

1 巖溶區(qū)地質(zhì)概述

1.1 巖溶特點(diǎn)

巖溶所指的是可溶性巖石，比如泥灰?guī)r、石灰?guī)r、大理巖、巖鹽、泥灰?guī)r等，長(zhǎng)期因?yàn)樗a(chǎn)生的物理、化學(xué)作用，而新城了暗河、溶溝、溶洞、石芽、落水洞、石筍、鐘乳石等地質(zhì)、地貌形態(tài)[1]。雖然可溶性巖石在強(qiáng)度上相對(duì)更高，但在其上進(jìn)行建筑基礎(chǔ)施工卻是極為困難，其在公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中具有以下特點(diǎn)：巖溶區(qū)域覆土層會(huì)因?yàn)樗臐撐g出現(xiàn)土洞發(fā)育；巖石的表層會(huì)出現(xiàn)溶溝、石筍、石芽、溶槽等存在；溶洞的分布沒(méi)有規(guī)律，豎向可存在數(shù)層溶洞；巖石面變化相對(duì)較大，經(jīng)?？梢?jiàn)鷹嘴石、巖石凌空面；溶洞的外部水源與地下水之間存在著水力聯(lián)系；巖層的表面位置，會(huì)因?yàn)榱严丁⑷懿?、溶溝地下水的積攢，導(dǎo)致殘積層經(jīng)常是軟塑的狀態(tài)。

1.2 巖溶地區(qū)對(duì)建筑基礎(chǔ)影響機(jī)理

巖溶區(qū)處在不同的位置時(shí)溶蝕速度有著快慢區(qū)別，和巖性、周?chē)叵滤乃畡?dòng)力、CO2含量等條件有直接關(guān)系，但相比于建筑物設(shè)計(jì)適用的年限而言，除了巖鹽、石膏等完全能夠進(jìn)行忽略。也就是說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，只用關(guān)注到巖溶區(qū)的實(shí)際狀況，對(duì)于其未來(lái)如何發(fā)展則可以不必深究。但在巖溶區(qū)中形成的土洞對(duì)于建筑造成的危害則相對(duì)較為嚴(yán)重。不過(guò)并非所有溶洞都定然有土洞，土洞發(fā)育主要是受到上覆土層自身的性質(zhì)，及其和下伏基巖溶洞聯(lián)通的水通道分布、地下水位變化、地下水流動(dòng)等影響。在長(zhǎng)期使用人工水源抽離的方式過(guò)程中，因?yàn)槿斯な沟叵滤乃唤档统潭容^自然變化更為劇烈，所導(dǎo)致的土洞發(fā)育也更為強(qiáng)烈，發(fā)生地面塌陷的可能性更大。在建筑物規(guī)模較小、上覆土層厚度、強(qiáng)度達(dá)成要求的情況下，基礎(chǔ)荷載導(dǎo)致的地基負(fù)擔(dān)應(yīng)力影響在范圍上較為有限，造成的深部基巖溶洞影響相對(duì)也更為小。也即是說(shuō)，在此情況下可忽略基礎(chǔ)造成的應(yīng)力影響。

2 巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法

在巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，一般有三種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，分別為擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行具體的應(yīng)用的過(guò)程中，要按照實(shí)際工程進(jìn)行選擇。為此在這里選擇擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩種方法應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供借鑒。

2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)方法

該設(shè)計(jì)思路是通過(guò)更大的基礎(chǔ)覆蓋面，來(lái)促使巖溶地區(qū)地質(zhì)影響降至最低，在實(shí)際應(yīng)用中也有分為三種，分別為換填加固地基、無(wú)需加固地基、砂樁加固地基：①對(duì)于不需要加固地基的設(shè)計(jì)方式，主要是在覆土層較厚、強(qiáng)度較高的情況下應(yīng)用。比如某橋梁基礎(chǔ)工程中，巖溶地層中含有大量亞黏土、黏土、卵石土等，并且在部分橋臺(tái)底層檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)有溶洞，溶洞的上層覆有土層較厚，同時(shí)頂板巖層相對(duì)更為完整。因此，這類(lèi)巖溶地層可以選擇不加固地基進(jìn)行基礎(chǔ)擴(kuò)大的設(shè)計(jì)方式；②換填加固地基。換填加固地基的方式相對(duì)較為局限，一般只是淺層的地基換填，在橋梁巖溶地區(qū)地基中應(yīng)用主要是集中在表層具有污染性地質(zhì)條件的情況下進(jìn)行局部換填。比如某橋梁工程，某處橋墩下方地層具有角礫黏土、灰?guī)r、亞黏土的溶洞情況下，同時(shí)存在軟土層，且為流塑狀，以此使得該處橋墩承載力相對(duì)較差，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降的問(wèn)題[2]。工程中選擇換填加固地基，置換亞黏土，換為普通砂礫，厚度根據(jù)換填材料的壓力分布角、頂面寬度、溶洞的填料荷載性進(jìn)行計(jì)算；③砂樁加固地基。在某橋梁基礎(chǔ)工程中，為暗板橋，地基溶洞相對(duì)較小，換填厚度小，可以選擇打入砂樁，并進(jìn)行砂礫墊層加鋪的方式使地基得到澆固。在該次工程中選擇采用樁徑為0.35m砂樁，樁基之間距離保持為0.9m，砂礫層加鋪厚度為0.3m，寬度則被設(shè)計(jì)為比之橋基礎(chǔ)更寬1m。

2.2 樁基礎(chǔ)方式

橋梁基礎(chǔ)選擇樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方式時(shí)，都是以橋梁上部機(jī)構(gòu)與地基結(jié)合得到保證的前提下進(jìn)行的，要根據(jù)橋梁基礎(chǔ)力學(xué)性能、基礎(chǔ)的變形狀況進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。同時(shí)也要兼顧到成樁中各類(lèi)條件造成影響，以經(jīng)濟(jì)成本為依據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)控制，保證樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)效果：①收集資料。選擇樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方式的情況下，要保證相應(yīng)的資料完善，尤其是巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)[3]。一般有巖土力學(xué)指標(biāo)和化學(xué)成分、地下水位、不良地質(zhì)，不良地質(zhì)有巖溶、土洞、滑坡等；橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載、規(guī)格、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、類(lèi)型等；橋梁施工區(qū)域的有關(guān)條件，主要為建筑、其后、交通等印象；為樁型設(shè)計(jì)方案提供的分析、比選材料；②重要內(nèi)容。按照橋梁區(qū)域巖溶的發(fā)育規(guī)律，比如大小、形狀、分布以及發(fā)展方向等，若是橋梁基礎(chǔ)沿線具有廣泛的裂隙、石芽情況，則說(shuō)明巖體在承載力不足，進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以通過(guò)對(duì)樁基底面積增加的方式，使樁體承載力提升；選擇人工挖孔灌注樁方法的情況下，要先進(jìn)行樁徑低于1m的鉆孔兩個(gè)，樁徑大于1m的鉆孔三個(gè)，鉆孔和鉆孔要以三角形態(tài)分布；選擇鋼筋混凝土護(hù)壁進(jìn)行支護(hù)的情況下，尤其在進(jìn)行駐地巖石風(fēng)鉆施工、溶洞清爆的情況下，要預(yù)防樁臂發(fā)生坍塌的情況；對(duì)于嵌巖深度進(jìn)行控制，硬質(zhì)巖石嵌巖深度要在30到70cm左右，軟質(zhì)嵌巖深度則要控制在60到100cm左右，進(jìn)行巖石表面的平整施工，上覆土層在厚度相對(duì)較為大的情況下，嵌巖的深度要控制在3m或以上；巖溶樁基承載性能是取決于材料、上部結(jié)構(gòu)變形值冗余，且要進(jìn)行巖溶特殊性綜合，以此使頂板厚度、持力層厚度等明確。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)兩種巖溶地區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，而未曾明確的復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)則是前兩種設(shè)計(jì)方法的結(jié)合，靈活的搭配幾種方法進(jìn)行應(yīng)用，能夠獲得良好的效果。