巖溶地區城市高架橋樁基設計和施工方法探討

譚 瀟 上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海 200437

橋址處屬巖溶強烈發育區，地下多溶洞、土洞、裂隙、流砂等不良地質現象，覆蓋層深淺不均，基巖起伏變化劇烈。樁基施工過程中容易出現塌孔、漏漿、卡鉆，更為甚者還有塌方的風險。即便施工過程順利，如果設計考慮不周，在道橋正常使用過程中容易出現不良地質處理不徹底、達不到預期樁基承載力而導致的安全隱患，這對道橋設計和施工提出更為嚴格的要求。

1 工程概述

龍巖市龍巖大道高架橋工程位于龍巖市新羅區，南起華蓮路交叉口，北至愛亭路交叉口，全長3.4km;高架橋主線跨越西陂路、登高西路、人民路、龍廈鐵路、羅龍路、龍津河、雙洋路，與愛亭路平交。橋梁總長約1989m，標準橫斷面寬25.5m。引橋共589 根φ1500 鉆(沖)孔灌注樁，按嵌巖樁設計。

2 工程地質

擬建橋址區位于龍巖盆地中部，在勘探深度范圍內所揭露的巖土層自上而下為:①1 素填土;①2 素填土;②1 粉質粘土;②2 卵石;②3 含碎石粉質粘土，土層中土洞充填物為含礫粉質粘土;②4 原生紅粘土，土層中土洞充填物為含礫粉質粘土;③1 中風化灰巖，巖芯極為破碎且溶洞極其發育，溶洞充填物主要為含角礫粉質粘土;③3 微風化石灰巖，裂隙不發育，巖芯完整，飽和單軸抗壓強度平均值74.27MPa。

橋位處土洞、下伏的灰巖溶洞非常發育，為了確保設計安全及質量，逐樁布孔進行勘察，并做縱、橫向地質剖面，以判斷橋墩處溶洞范圍。樁基的嵌巖深度綜合考慮樁身長徑比、巖層性質以及覆土層特性等參數，提出具體的樁基嵌入深度［1］。本工程要求樁底確保樁端全斷面垂直進入微風化石灰巖層不小于2 倍樁徑的深度。勘探孔深度須達到預計樁底深度以下，保證一定的安全距離;當在預計勘探深度范圍內，遇有軟弱下臥層時或溶洞時，應予以鉆穿，并達到安全厚度。保證在鉆孔樁樁底以下4 倍樁徑高度范圍內必須為完整基巖，不存在溶洞。

3 橋梁嵌巖樁設計

根據高架沿線范圍內巖溶的發育規律、基本形態、規模大小、溶洞頂底板巖層的厚度、完整性，以及洞內的填充情況和填充物性狀，有針對性地將工程地質特征分為四類具體論述樁基設計特點。

3.1 一般小溶洞、串珠溶洞地段嵌巖樁設計

本工程沿線地質鉆孔表明，大部分樁位處均有土洞、溶洞分布，洞穴或為空洞或填充有淤泥質粘土，無法提供有效側阻力。串珠溶洞大多分布較密，洞間隔板厚度1 米左右。所以高架橋樁基均按嵌巖樁設計，原則上盡量穿過上部巖溶發育帶和溶洞層，選擇溶洞下部完整微風化基巖作為樁端持力層。對于覆蓋層較淺，深度在100 米以內即有完整微風化持力層的位置，樁基穿過全部溶洞，樁端完整嵌入基巖不小于兩倍樁徑的深度，以保證樁基承載力。此類樁基設計如圖1 所示。

圖1 42#墩樁基地質剖面圖

3.2 溶洞埋藏較深地段嵌巖樁設計

本工程有幾處樁基地質鉆孔反映微風化持力層雖然埋藏較淺，但溶洞分布較深，一百米深度范圍內仍無完整的微風化持力層。如樁基穿過上部所有溶洞，則樁基過長，端承力很難發揮，而側阻力因為溶洞過多亦很難保障。所以設計考慮選擇較厚的溶洞頂板作為持力層［2］，樁基嵌入頂板且保證樁底以下有5 米完整的巖層。根據地堪報告提供的微風化巖強度，經過驗算確定樁底的溶洞頂板如有5 米以上厚度，則這層頂板能提供足夠的承載力［3］。

如樁基經過串珠型溶洞，并且樁端的溶洞頂板巖層都較差，厚度不足，則需在樁底下的溶洞里注漿，以保證樁基的安全。注漿范圍從設計樁底標高至樁底標高以下6m 范圍，注漿材料選用C40 水泥漿。注漿前將含角礫粉質粘土中的粘土及細小角礫用清水沖洗出溶洞或裂隙。待沖洗孔口出水為清水且基本無細沙時，再進行注漿工序。此類樁基設計如圖2 所示。

圖2 9#墩樁基地質剖面圖

3.3 無微風化巖地段樁基設計

高架橋在人民路以南11#、12#和14#墩的部分樁基鉆孔顯示，地下100 米范圍內沒有微風化持力巖層。其中12#、14#墩有一半樁基鉆孔顯示微風化巖埋深90 多米，另一半樁基鉆孔顯示地下100 米深處沒有堪測到微風化巖層。這幾個墩位均位于人民路與龍巖大道交叉口附近，橋墩橫跨龍巖大道地下管線共同溝，樁位可調整的范圍有限。所以經綜合比選，對沒有堪測到微風化持層的橋墩樁基按摩擦樁設計［4］，保護樁基穿過溶洞間中風化層的厚度至少50 米。因為中風化層巖溶極其發育，巖芯破碎，為保證樁基的承載力，樁底以下6 米范圍仍采用注漿加固處理。此類樁基設計如圖3 所示。

圖3 11#墩樁基地質剖面圖

3.4 陡峭巖面上的嵌巖樁設計

本工程范圍內有多處基巖面起伏劇烈，相鄰樁基堪探鉆孔顯示微風化層高差約10～30m，而相鄰樁水平間距只有3m。出現這種情況的原因有兩點:一是地下巖溶復雜，溶洞、裂隙在這些位置分布集中，二是受堪探方法所限無法反映地下巖面變化全貌。在這種情況下，如各個樁基都嚴格按照本樁基的鉆孔設計樁長，則同一承臺下樁基長度差異過大，會導致樁基受力不均勻、剛度差異較大的問題。由于樁徑為1.5m，相鄰樁間距3m，所以鄰樁鉆孔所反映的溶洞很可能已聯通到本樁基位置。因此，確定樁基長度和樁底標高時，同時參考相鄰鉆孔情況，逐樁進行分析確定。樁長控制到相鄰樁端連線與水平面的夾角不大于45°，且嚴格保證樁基全斷面嵌巖，以保證傾斜巖面上樁端的穩定性。此類樁基設計如圖4 所示。

4 施工方法及注意事項

施工區域地下多溶洞、土洞、裂隙、流沙等不良地質現象，樁基施工過程中，鉆進至溶洞、土洞時容易出現漏漿、塌孔甚至地面塌陷，對施工人員和機械以及周邊道路、建筑都帶來極大的安全隱患。

圖4 11#墩樁基地質剖面圖

4.1 防塌孔措施

為了防止因遇到溶洞或土洞引起的塌孔、地面塌陷，樁基施工前埋置鋼護筒，鋼護筒底部完全穿透巖層以上的覆蓋層?，F場鋼護筒埋設主要采用“大套小、邊鉆進邊跟進方式”，大鋼護筒直徑宜比樁徑大40cm，小鋼護筒直徑宜比樁徑大20cm。大護筒在鉆機開孔之前埋設至承臺底標高，小護筒為跟進的鋼護筒。根據地質勘探資料，要求擴孔鉆進深度穿透巖層以上的覆蓋層。擴孔施工時鉆頭直徑宜比樁徑大20cm，以利于小鋼護筒順利的穿透巖層以上的覆蓋層。

4.2 漏漿、塌孔處理措施

當鉆孔至中風化巖層中的溶洞時，一般護筒內泥漿會全部或部分流失，嚴重時會造成塌孔，現場主要以片石、黏土填充處理。這種方式方便、快捷且節省費用［5］。若溶洞內漏漿嚴重時，應再次回填，反復回填、反復沖擊、或者加入水泥麻絲進行堵漏，直至不再漏漿為止。

當溶洞高度大于4m，且連通性較好時，以鋼護筒形式穿過溶洞空洞，要求鋼護筒全部穿過覆蓋層和溶洞且嵌入巖面。根據地質情況對1.5m 鉆孔樁采用1.7m 至2.2m 鋼護筒套插，護筒級差為10～15cm。單個大溶洞用雙層護筒，兩個大溶洞用三層護筒，以此類推。

5 結論

本文主要針對巖溶地區城市高架橋梁樁基設計過程中遇到的實際問題，通過具體分析幾類地質特征，分別確定合適的樁基長度和持力層，并對施工方法提出建議，以保證橋梁在施工和使用過程中的安全，同時控制整個工程的經濟成本。

［1］徐偉.公路橋梁樁基設計要點分析［J］.城市道橋與防洪，2014(10):93-95.

［2］高宏偉.巖溶橋梁嵌巖樁基礎設計及施工技術［J］.交通科技，2012(02):48-50.

［3］龐競拓.樁基下溶洞頂板安全厚度有限元計算分析［J］.鐵道堪察，2014(06):50-53.

［4］唐志，龍萬學，杜鑌，凌桂香.貴州山區高速公路復雜地質條件橋梁基礎設計［J］.中外公路，2014(05):138-142.

［5］李軍偉.對橋梁樁基施工中溶洞處理技術探討［J］.施工技術，2010(64):390-391.