巖溶地區樁基設計若干問題分析探討

吳紅兵

摘 要：分析了巖溶地區地基地質構造及工程特點并提出設計應密切結合地質情況采用有針對性、有特色的基礎設計方法及處理方案。總結出一套有效的巖溶地區端承樁設計及施工的方法、處理措施與樁基質量控制技術。為今后實際工程中節約基礎投資，縮減工期降低施工難度，杜絕設計和施工隱患，提高橋梁工程的安全性提供借鑒參考。

關鍵詞：橋梁工程 巖溶 樁基 設計

1.概述

巖溶問題是巖溶地區工程建設的突出問題，如果處理不當將造成工程不必要的浪費，往往會給橋梁修建以及日后的運營埋下安全隱患。結合工程設計實踐經驗探討巖溶地區樁基礎設計的優化方案。

2.巖溶區樁基設計一般原則

2.1地質勘察及溶洞處置

當溶洞規模較小時設計及施工中要根據工程實際采用鋼護筒跟進法或粘土片石回填法進行施工來有效保證樁基的施工質量；采取一鉆孔一橋墩的控制技術措施往往是應用在當溶洞發育程度較低時；當溶洞強發育時為了確保基礎布置的安全及可靠性通常采取的技術措施是一個鉆孔一個樁位進行控制同時鉆孔的底面標高至少應達到溶洞不發育地層的一定深度的位置處的標高為宜。

2.2樁基類型選擇

設計中樁基類型選擇按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》選用，橋梁工程設計中采用摩擦樁及端承樁這兩種樁基礎類型最為常見。

2.3 研究內容和技術路線

結合地區巖溶工程地質條件全面總結并研究巖溶地區橋梁樁基的地質綜合勘察技術和物探方法，以提高巖溶地質條件勘察的精確性。以彈性力學理論為基礎，結合數值模擬方法，研究巖溶地區樁基的嵌巖深度及樁基下溶洞頂板的穩定性建立考慮溶洞影響的樁基設計承載力確定方法。結合理論分析和數值模擬研究溶洞、巖體、樁基三者之間的關系開展樁基承載力實驗方法研究。此外，依托在建路橋梁樁基的設計與施工，應用已取得的研究成果指導巖溶地區的樁基設計，并開展適合巖溶地區的各種樁基處理方法及適用范圍的研究，總結不同工況情況下樁基施工發生施工質量事故和質量隱患的可能性及其應對措施與應急預案。

3.溶洞頂板穩定性研究

3.1溶洞頂板穩定性

溶洞頂板穩定性取決于溶洞圍巖的各項力學指標有時甚至成為決定性因素，巖溶地區橋梁樁基穩定性問題影響因素眾多其中頂板的穩定性的影響因素主要有：①結構面之間的粗糙度②頂板的裂隙發育程度③溶洞的高度④溶洞的跨度⑤樁基上部荷載的大小⑥巖層結構面分布狀況⑦基樁的樁徑。目前作為公路路基溶洞的樁基處理及評價主要從兩個方面考慮：①以結構強度破壞作為依據②以地表的變形控制為依據。因此，溶洞穩定性研究具有十分重要的作用和實際工程意義，工程中也通常采用結構強度破壞作為巖溶地區橋梁樁基穩定性的評價標準。

3.2巖溶地區樁基承載特性

當頂板厚度增加到3d時，頂板的抗沖切能力顯著提高，同時也能達到樁土側摩阻力發揮所需的相對滑移距離。當溶洞跨度為6d時，當偏心距離在0～3d范圍內時，樁基的各項承載力特性參數都沒有太大變化，同時樁側摩阻力也基本完全發揮。當隨著偏心距離的增加其偏心距離達到4d時主要表現為其端承力大大增加同時樁基極限承載力也相應地顯著提高。當溶洞的洞壁位于樁端應力擴散角外樁基軸線距離大于3d時且溶洞中心偏離時壓應力顯著減少，因此樁端承力在向下擴散時主要由基巖承擔溶洞破壞不明顯。基本不用考慮溶洞對樁基極限承載力的影響的條件是當偏心距離達到5d以上時。因此，在實際工程中提高樁基的極限承載力技術措施通常采用對樁端周圍的溶洞進行選擇性的壓漿處理以及樁基的合理定位。

4.巖溶地區端承樁設計優化分析

4.1設計參數指標控制

4.2溶洞洞高對樁基承載力的影響

當溶洞形態復雜時可對部分溶洞壓漿處理應避免不規則形溶洞在受力作用下的應力集中效應設計中可不考慮溶洞洞高對樁基承載力的影響。巖溶地區端承樁嵌巖深度可根據基巖的特點在1d～3d范圍內取最優化值確定應遵循“宜淺不宜深，優先保證頂板安全厚度”的原則盡量減小泥皮的不良影響發揮最大的樁身側摩阻力，當頂板厚度接近臨界值時可適當保留樁底一部分沉渣以減小樁端承力。

4.3表層土洞處理方法

鋼護筒跟進法是處置淺層溶洞，特別是土洞的主要方法。對基樁處于單層或層數不多淺層溶洞區且洞高小于3m的淺層溶洞，當鉆孔至距溶洞頂1m左右時，應減小沖程，通過短沖程快速沖擊方式逐漸將洞頂擊穿，防止因沖程過大導致卡鉆。在鉆至地表以下、地下水位以上范圍內的淺層溶洞頂前，預先準備充足的小片石（片石直徑為10～20cm）、黏土（黏土做成球狀或餅狀，直徑為15～20cm）和水泥。根據溶洞的大小，回填片石和黏土的混合物，進行反復沖砸補漏，片石和黏土混合物的比例為4：1。

4.4深部溶洞處理方法

4.4.1埋深大于10m且洞高小于5m的溶洞

溶洞為單個情況下，可以采用片石加黏土的反復沖孔，或灌注一定的低標號混凝土，然后進行沖孔。串珠狀溶洞情況下，可提前在樁基中心周邊0.5～1.Om的范圍內采用溶洞壓漿技術或旋噴帷幕施工工藝。

4.4.2埋深大于10m且洞高大于5m的溶洞

在有充填物情況下，拋填片石與黏土。當充填物為石質時，回填物以填土為主；當充填物為土時，回填物以片石為主。如果漏漿情況嚴重，拋填片石、黏土、水泥至孔底，并灌注C20水下混凝土加固孔壁。在單個溶洞無充填物情況下，可回填片石和黏土，以片石為主，或填充砼、壓漿。

4.4.3溶洞預處理endprint