研究橋梁設計中的樁基設計

李 鵬

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

1 工程概況

某橋梁上部結(jié)構(gòu)為預應力連續(xù)箱梁和預制箱形板，跨徑組合為30 m+50 m+30 m，由于橋梁所在范圍內(nèi)存在溶洞，所以為了躲避溶洞，其左右兩幅分開單獨布置，每幅的寬度為8.5 m。橋梁下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，基礎為挖孔灌注樁，樁徑在1.5～1.8 m范圍內(nèi)，共布置60根樁，樁長的最大值為45 m。橋梁所在地區(qū)的地質(zhì)條件比較復雜，基巖有很大的起伏，且?guī)r溶十分發(fā)育，有多處暗河與溶洞。上覆地層以第四系沖洪積層為主，下覆基巖以下二迭系灰?guī)r與第三系角礫巖為主，地層從上到下依次為：第四系沖洪積層，主要分布有人工填土層、耕植土層、粉質(zhì)粘土層、碎石土層和淤泥質(zhì)粘土層，其厚度在0.4～19.8 m范圍內(nèi)；角礫巖層，巖溶發(fā)育，可見較大的溶洞及溶孔，還分布有溶蝕裂隙，厚度在0～10 m范圍內(nèi)；灰?guī)r層，為塊狀構(gòu)造，有25°～45°的傾角，表面有很大的起伏，溶蝕現(xiàn)象較為嚴重，無論是溶溝還是溶蝕裂隙都比較發(fā)育，厚度也相對較大。通過地質(zhì)鉆探可知，該段存在一個傾角為85°的斷層，其表面傾向于西側(cè)，落差不小于5 m，處于斷層上部的巖層較為破碎。該橋梁有36根樁都處在溶洞區(qū)中，為此，在施工中還額外增加了一定數(shù)量的溶洞樁基。樁基設計在這種復雜的地質(zhì)條件下顯得尤為重要，必須引起相關(guān)人員的高度重視，保證設計的合理性與可行性，為之后的樁基施工奠定良好基礎，保證樁基質(zhì)量。

2 地質(zhì)勘探

對該橋梁工程的樁基開展地質(zhì)勘探時，需要在明確巖溶發(fā)育情況的基礎上確定巖溶形態(tài)及其空間分布規(guī)律?？碧竭^程中，先進行物探，以物探成果為依據(jù)確定巖溶情況，然后在各基礎內(nèi)進行鉆孔。針對該橋的實際情況，為每個樁基都布置了地質(zhì)孔，并充分結(jié)合了物探方法，取得了良好效果。通過實踐可知，考慮到樁基的直徑比勘探孔要大很多，某些沒有進行物探，只采用鉆孔的方法對溶洞樁基進行了勘探，這樣無法完全揭示出實際的巖溶發(fā)育情況及其分布規(guī)律，尤其是直徑超過1.5 m的樁基，在必要的條件下需要通過一樁三孔來確定溶洞實際分布狀況，同時在樁基孔實際施工過程中，在基巖表面出露之后，于其周圍進行布孔，以此查明樁基所在位置范圍內(nèi)地質(zhì)地層情況。

3 樁基設計

(1)對于分布在巖溶地區(qū)的樁基，如果樁體從溶溝或溶槽當中的填充土中穿過支立在巖層表面，則可以采用支立在普通巖層時所用的分析方法來完成樁體內(nèi)力分析和計算。對于樁體自身軸向容許承載力，需要以巖層穩(wěn)定性為依據(jù)來確定，包括巖層強度與縫隙分布情況等。當溶洞頂板厚度相對較小，但溶洞當中底面深度很大，同時溶洞中的填充土保持密實與穩(wěn)定時，由于強度足夠，所以樁底可以從溶洞頂板中穿過支立在填充土層當中，無需直立在溶洞底板，按照這種設計的樁基，屬于摩擦樁。

(2)如果橋梁墩臺以下地基分布上下連接的溶洞，則要在掌握溶洞最下層實際分布情況的基礎上，將鉆孔樁的樁徑確定為1.5 m以上。如果在上面連接的溶洞體積都很小，但存在填充物，則可而在鉆孔到空洞部位以后，采用壓漿的方法進行加固填充，在壓入的漿液達到凝固以后，再向下進行鉆孔和壓漿，直到設計要求的樁長。而如果溶洞體積很大，或無法確定溶洞真實體積，并且溶洞中的填充物質(zhì)未能保持密實，或根本沒有填充物，則要先進行鉆孔，然后通過鉆孔進行壓漿或拋石來填充空洞，之后再采用與上述相同的方法不斷下鉆和壓漿，直到設計要求的樁長。然而，需要注意的是，此時要嚴格按照柱樁來分析計算，除非可以保證壓漿達到密實或空洞內(nèi)存在密實的填充，否則不允許對樁周摩擦力進行計算。

(3)在設計過程中要對樁基負摩擦力可能造成的影響予以高度重視。通常情況下，地基土石一旦受到擾動，將在自身重力持續(xù)作用下發(fā)生固結(jié)下沉的現(xiàn)象，尤其是因為對地下水的大量開采使地基軟弱層范圍內(nèi)樁基產(chǎn)生固結(jié)下沉，會產(chǎn)生向下分布的摩擦力，這一摩擦力就是負摩擦力，該摩擦力的產(chǎn)生與作用，將使樁基受到的沿軸向分布的荷載明顯增大，嚴重時將使樁基被不同程度的破壞。對此，在設計過程中就要考慮在中性點的上部設置鋼套管或者是油毛氈，將其作為隔離層，用于消除或減小負摩擦力可能造成的影響。解決負摩擦力實際上和解決樁基破壞基本相同，所以采用相同的方法即可。

(4)如果樁基從多個巖溶層中穿過在堅固巖層表面支立時，可不考慮巖溶層可能對樁側(cè)造成的作用及影響，反而可以將這種作用作為一種安全儲備。這是因為巖溶層和樁側(cè)產(chǎn)生的摩阻作用從本質(zhì)上將與土體和樁側(cè)所產(chǎn)生的摩阻完全不同。若多層巖溶和樁側(cè)可以粘結(jié)成一個完整的整體，則樁身軸向荷載怎樣分配至每個單一的巖層，會使一個極其復雜的問題，極有可能在某個巖溶層和樁身之間的粘結(jié)部位，由于受力集中先產(chǎn)生摩阻破壞現(xiàn)象致使樁基被破壞。對此，在設計過程中，除了無需考慮巖溶層可以對樁側(cè)造成的作用與影響，在樁基施工過程中還要制定有效措施對巖溶層和樁壁進行適當?shù)姆指?，確保樁基受到的所有軸向荷載均作用在堅固巖層表面，同時還需要按照柱樁的標準來設計。若根據(jù)實際的受力條件可知，樁基的底部表面可以直接支立在溶洞當中存在的填充土上，則需要對溶洞當中存在的填充土可能對樁側(cè)造成的作用及影響進行考慮，并按照普通的摩擦樁來考慮和設計。在此過程中，需要在巖溶層和樁體之間設計合理可行的隔離措施，這樣一來就可以忽略樁體和巖溶層相互作用。

(5)樁基的承載力不能小于荷載20%～30%；樁深要在計算結(jié)果基礎上加樁徑的0.5倍；設計時對持力層范圍內(nèi)是否存在軟弱夾層進行核實，并注意現(xiàn)有勘探資料中對持力層巖性進行的描述；如果計算確定的樁底標高和下一層相對較好的巖層相接近，則可以把樁底直接放在下一層；同一結(jié)構(gòu)應采用相同類型的樁；在同一承臺內(nèi)，兩根相鄰的樁，其樁底標高實際差值要根據(jù)具體的巖性確定，先對樁長相對較大的樁進行施工；對于最小樁長這一問題，要通過對樁徑、巖性、荷載與其受力形式的綜合考慮來確定。

4 結(jié) 語

綜上所述，通過對以上勘探設計基本原則的應用，并充分考慮橋梁實際情況核對樁基實施的必要的設計變更，順利完成了該橋梁的樁基設計及施工，并在施工完成后開展了系統(tǒng)的靜載檢驗和通車試運營，從檢驗及試運營效果來看，本次設計是合理且成功的，可以為情況相類似的其它橋梁工程樁基設計工作提供參考借鑒。