巖溶地區(qū)公路橋梁下部結(jié)構(gòu)施工安全控制分析

史常清

（承德市雙灤區(qū)交通運(yùn)輸局公路站，河北 承德 067000）

0 引言

巖溶即為水對可溶解性巖石進(jìn)行以化學(xué)溶蝕影響為特征的綜合性地質(zhì)作用，其具有可溶解性、水流動性、透水性及溶蝕性等基本特征。巖溶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)建設(shè)與維護(hù)通常比較復(fù)雜、繁瑣。由于巖溶發(fā)育的無規(guī)律性，基巖面起伏，持力層厚度變化大且可能發(fā)育有溶洞，在橋梁樁基建設(shè)施工過程中存在非常大的安全隱患，一旦發(fā)生事故，造成的損失不可估量。另外，在巖溶地區(qū)橋梁樁基建設(shè)過程中，巖溶會增加樁基成孔難度，影響樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致樁基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，在對巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基施工前，必須開展詳細(xì)的地質(zhì)勘查和樁基施工方案設(shè)計(jì)。

樁基是橋梁重要的承重結(jié)構(gòu)，樁基的穩(wěn)定性與橋梁的使用壽命息息相關(guān)。在橋梁樁基施工過程中，雖然應(yīng)用較多的現(xiàn)代化設(shè)備及手段，但是樁基建設(shè)過程中仍然會存在不同程度的問題和缺陷，影響施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。巖溶地區(qū)橋梁樁基施工過程中對安全控制技術(shù)的要求比較高，關(guān)乎每個(gè)環(huán)節(jié)與流程。在地質(zhì)勘查后，要結(jié)合樁基設(shè)計(jì)需求和施工安全控制標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建更加靈活、穩(wěn)定的樁基施工體系，從多個(gè)層面優(yōu)化施工工藝，保證橋梁樁基的穩(wěn)定性和安全性，確保施工安全，提高巖溶地區(qū)橋梁樁基整體建設(shè)質(zhì)量，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。

1 工程概況

某巖溶地區(qū)公路建設(shè)項(xiàng)目位于我國東部地區(qū)，全長37.23km，寬17.16m。經(jīng)過初步勘測發(fā)現(xiàn)，某座橋梁建設(shè)過程中需要采用大量樁基礎(chǔ)。由地質(zhì)勘查報(bào)告可知，巖溶地區(qū)溶洞為0.1～15.33m，呈不均勻分布。巖溶地區(qū)大多數(shù)處于全充填、半充填和無充填等狀態(tài)。在實(shí)際施工過程中，雖然外部環(huán)境相對較好，但仍然存在一定的問題和缺陷，地面層級過厚，樁基成孔難度較大，同時(shí)溶洞呈不規(guī)則分布，給樁基定位與施工造成較大阻礙。在此條件下，對于施工人員的人身安全及樁基質(zhì)量控制更加重要。

2 巖溶地區(qū)公路橋梁下部結(jié)構(gòu)施工安全控制措施

2.1 巖洞處理

該巖溶地區(qū)公路橋梁工程采用樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。對于一些常規(guī)性巖洞，在施工過程中一般是采用注漿的方法進(jìn)行處理。如果巖洞里只存在少量填充物或沒有填充物，可以先向巖洞中填充一些干砂或碎石，填充的時(shí)候需要選擇適當(dāng)?shù)目孜还潭ㄤ撎坠?，使其與注砂管相連，之后再進(jìn)行注漿操作；若施工過程中，巖洞中有足夠的填充物且里面的填充物比較松散，可以直接進(jìn)行注漿操作；若巖洞中的填充物已經(jīng)凝固，不用再注漿，可直接進(jìn)行沖孔操作。一般來說，沖孔前要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，以防發(fā)生意外情況。若施工過程中發(fā)生泥漿外泄，需立刻向巖洞中投放一定的水泥、片石或黏土，形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保證沖孔工作的順利開展。

2.2 樁基施工安全控制

2.2.1 樁基施工前設(shè)計(jì)和勘查工作

樁基設(shè)計(jì)通過控制樁基的抗壓能力，以符合橋梁總體設(shè)計(jì)要求。公路橋梁樁基設(shè)計(jì)主要包括承載能力設(shè)計(jì)和沉降變形計(jì)算，通過設(shè)置樁長、樁徑等參數(shù)來設(shè)計(jì)樁基承載力，保證公路橋梁樁基具有足夠的負(fù)荷能力。樁基設(shè)計(jì)的主要計(jì)算方法有容許承載力計(jì)算、總安全系數(shù)計(jì)算、分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算等。樁基計(jì)算理論主要分為兩類：容許應(yīng)力理論的定值設(shè)計(jì)和依托概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。定值設(shè)計(jì)法的原理是規(guī)定地基和樁身強(qiáng)度，限制剪切應(yīng)力以調(diào)整地基沉降，這屬于較為典型的樁基驗(yàn)算方法。巖溶地區(qū)公路橋梁樁基設(shè)計(jì)應(yīng)盡量穿過上部巖溶發(fā)育帶和溶洞層，選擇溶洞下部微風(fēng)化基巖作為樁端持力層，但當(dāng)溶洞頂板巖層強(qiáng)度較大、層理較厚、巖層較完整時(shí)，可以考慮將持力層選在溶洞頂板巖層中。

結(jié)合公路橋梁樁基工程，開工前詳細(xì)分析勘查資料，組織人員進(jìn)行物探并根據(jù)物探資料安排逐樁地質(zhì)鉆孔探測。根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)鉆孔探測資料進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)變更。在樁孔施工中，當(dāng)基巖面露出時(shí)，在樁基四周布孔，查明樁基直徑范圍內(nèi)一定深度的巖溶發(fā)育分布情況，力求樁基經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。

2.2.2 巖溶地區(qū)樁基定位

由于巖溶的存在，公路橋梁樁基的建設(shè)位置可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。因此，在進(jìn)行巖溶地區(qū)樁基施工前，需結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙等，進(jìn)行樁基成孔位置的確定。

2.2.3 群樁嵌巖深度核定

傳統(tǒng)樁基通常采用單樁，同時(shí)在合理范圍內(nèi)根據(jù)需要會不斷增加單樁數(shù)量，這雖然可以保證承載面積，但成本過高，增加施工難度。因此，可以將單樁改為群樁，以確定樁基下設(shè)的實(shí)際嵌巖深度。結(jié)合巖溶地區(qū)的地表硬度情況和樁基下設(shè)面積，確定具體的群樁數(shù)量，一般需要控制在85～102根之間，要避免橋體樁基過多，影響后續(xù)施工。隨后，結(jié)合群樁數(shù)量，進(jìn)行深度預(yù)設(shè)，具體計(jì)算公式為：

式（1）中：M為嵌巖深度預(yù)設(shè)值；g為承載面積；u為群樁承壓總值；b為嵌固動態(tài)系數(shù)。

通過上述計(jì)算，可以得出實(shí)際嵌巖深度預(yù)設(shè)值。依據(jù)群樁實(shí)際情況，對嵌巖深度作出相應(yīng)的調(diào)整，完成對標(biāo)準(zhǔn)深度的核定。

2.2.4 樁底壓漿

完成對群樁嵌巖深度核定后進(jìn)行樁底壓漿。樁底層一般由沉渣及木屑組成，實(shí)際抗擾動能力相對較強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與樁基混凝土搭配使用效果佳。樁壁層與樁底之間存在一定的縫隙，在實(shí)際施工過程中時(shí)常會出現(xiàn)極限摩阻力。為了確保樁柱的穩(wěn)定性，向樁孔灌入混凝土，當(dāng)嵌巖樁底端持力層出現(xiàn)破碎時(shí)，可以結(jié)合關(guān)聯(lián)墻對樁底進(jìn)行加固處理。需要注意的是，在實(shí)施加固的過程中，需要在四周挖掘排水溝渠，采用特殊的方式對樁底作壓漿處理，確保樁基底層更加穩(wěn)定，完成樁底的壓漿。

2.2.5 鋼護(hù)筒安裝

鋼護(hù)筒一般被安裝在樁基首端，與橋梁承壓平臺相持平。先采用大型沖錘對鋼護(hù)筒進(jìn)行成孔，同時(shí)與樁基周圍的泥漿護(hù)臂相結(jié)合，進(jìn)一步增加土體表面摩阻力，避免出現(xiàn)塌孔問題的發(fā)生。由于鋼護(hù)筒與樁基之間存在一定的距離，所以設(shè)定的側(cè)模阻力相對較小，在合理的范圍內(nèi)可以適當(dāng)縮短樁基豎直支撐桿的側(cè)向長度，最大程度地確保樁基終孔與首端的深度持平，使支撐力保持一致。最后用混凝土封孔，完成鋼護(hù)筒安裝。

2.2.6 樁基鋼筋布置安全控制

樁基鋼筋布置應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)受力要求，確保樁基有足夠的強(qiáng)度，樁內(nèi)主筋直徑應(yīng)不小于16mm且不少于8根；凈距應(yīng)不小于80mm且不大于350mm。鋼筋籠底部主筋應(yīng)稍向內(nèi)彎曲，彎曲距離可按90cm考慮；鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)不小于60mm且設(shè)置時(shí)須結(jié)合樁基所處環(huán)境地下水對鋼筋的腐蝕而增加鋼筋的保護(hù)層厚度，以提高樁基的耐久性；為防止鋼筋籠在吊裝過程中變形，鋼筋籠骨架上每隔2.0～2.5m設(shè)置直徑16～32mm的加強(qiáng)箍一道；樁基箍筋直徑應(yīng)不小于主筋直徑的1/4且不小于8mm，對有抗震要求的場地，樁基箍筋直徑應(yīng)不小于10mm且中距不大于主筋直徑的15倍（即不大于300mm）。

2.3 橋梁基坑挖掘安全控制

橋梁基坑工程施工安全是保證橋梁基礎(chǔ)施工安全的關(guān)鍵，涉及工序包括基坑工程地質(zhì)勘查、基坑降水、土方開挖和回填、基坑支護(hù)及監(jiān)測等。橋梁基礎(chǔ)施工是整個(gè)橋梁工程施工的基礎(chǔ)，而橋梁基坑工程施工又是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，不僅涉及土力學(xué)中的強(qiáng)度、穩(wěn)定與變形理論，還要考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用。橋梁基坑施工的前期準(zhǔn)備工作主要指對場地進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，即查明場地的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)等，確定巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，并出具勘查報(bào)告，為下一階段的基坑降水、支護(hù)設(shè)計(jì)等提供支撐。

在公路橋梁樁基施工中，需要對基坑挖掘指標(biāo)與參數(shù)進(jìn)行控制，安排相關(guān)人員進(jìn)行監(jiān)督管理，避免在施工中出現(xiàn)不規(guī)范的操作或危險(xiǎn)行為。巖土勘查、周邊環(huán)境勘查、水文條件勘查等都包括在橋梁基坑工程地質(zhì)勘查之內(nèi)，要根據(jù)地基條件和工程要求確定勘查范圍，一般依據(jù)開挖深度和面積，合理地?cái)U(kuò)大一定的范圍，如：可在基坑開挖面積的基礎(chǔ)上再向外擴(kuò)展1.5倍開挖深度作為勘查范圍，勘查深度必須大于開挖深度，每隔15～30m布設(shè)一個(gè)勘探孔。由專業(yè)人員對深基坑周圍的危石、雜物及積水情況進(jìn)行安全處理，以確保深基坑的施工質(zhì)量。對于日常應(yīng)用設(shè)備，也需要定期進(jìn)行維修和檢查，避免出現(xiàn)損壞。

2.4 墩柱施工安全控制

橋梁墩柱對于施工安全控制非常關(guān)鍵，是確保整體施工質(zhì)量和施工安全的主要部位。墩柱施工選擇大面積鋼模，通過吊車、混凝土泵車與攪拌車把混凝土運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場并澆筑在鋼模內(nèi)；薄壁空心墩施工選擇定制鋼模，按每段長度4.5m進(jìn)行分段混凝土澆筑施工。墩柱混凝土澆筑采用分層振實(shí)方式，每層厚度為30cm，在一層澆筑施工結(jié)束之后，應(yīng)該選擇插入式振動器完成振實(shí)。振動階段要盡可能地避免振動器與模板、鋼筋觸碰，每一次振實(shí)施工后須及時(shí)抽出振動器，邊振動、邊撥振動器。

當(dāng)混凝土澆筑收漿后，要及時(shí)進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，選擇薄膜覆蓋表面，以保證混凝土濕度。墩身結(jié)構(gòu)模板應(yīng)使用加工后的大型鋼結(jié)構(gòu)模板，保證模板的牢固性，避免澆筑過程中出現(xiàn)混凝土滲漏問題，還應(yīng)對所有的支架進(jìn)行加固。墩柱鋼筋加工應(yīng)選擇在鋼筋柵中進(jìn)行，并把制作成型的鋼筋運(yùn)輸至工程現(xiàn)場安裝，在鋼筋綁扎過程中要結(jié)合橋梁工程建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)需求。在進(jìn)行鋼筋焊接時(shí)，應(yīng)將箍筋接頭在四角、墩柱主筋焊接接頭處錯(cuò)開，以保證支架在施工過程中的穩(wěn)定性和安全性。

3 結(jié)語

橋梁樁基對橋梁穩(wěn)定性和支撐性具有重要作用，是支撐橋梁荷載的主要結(jié)構(gòu)。橋梁樁基施工應(yīng)當(dāng)充分了解樁基實(shí)際情況和周圍自然環(huán)境，綜合分析樁基、土體、河流沖刷力等多種因素，確保橋梁樁基達(dá)到最大承載力，同時(shí)應(yīng)提升施工工藝、完善施工管理制度、加大質(zhì)量檢測力度，提高后期施工效率。在施工前和施工過程中，要采取一系列措施，做好施工安全控制，確保項(xiàng)目的順利實(shí)施。該巖溶地區(qū)公路橋梁樁基施工過程中沒有出現(xiàn)安全事故，竣工后質(zhì)量驗(yàn)收合格，這表明所用安全控制措施合理，值得推廣應(yīng)用。