巖溶強烈發育地區橋梁樁基礎的勘察和設計分析

江 林，王 群

(1.江西中煤建設集團有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通運輸科學研究院有限公司，江西 南昌 330000)

1 地質綜合勘察

地質勘察一般采用鉆孔勘察、物理勘探兩類技術手段。鉆孔勘察采用精密度較高的鉆機設備，對點鉆入地質結構層，勘察設計樁位地質情況，具有精度高、效益高、操作簡單的特點，但點與點之間地質狀況無法勘察；物理勘探采用物理手段，利用物質的物理特性，如電性差異、密度差異、波的傳遞速度等來分析地下物質的特征，并達到勘察目的，具有操作簡單，設備攜帶方便的特點，但勘察數據精度有所下降，主要用于驗證及數據分析。

某橋梁主橋采用60 m+120 m+135 m+60 m預應力連續梁，跨越區域屬巖溶發育地區，地質結構復雜。為有效查明橋位區域地質狀況，采用鉆孔勘察與物理勘探相結合的技術手段，減少單一技術手段勘察結果局限性，結合兩種勘察技術手段，取得與實際效果偏差最小實際勘查數據。

本橋梁工程鉆孔勘察采用常規鉆孔法、管波鉆孔法、鉆孔電磁波法。結合鉆孔結果分析，推測、計算整體地質情況，分析地質環境變化，巖溶地質連通性、起伏變化情況顯現。

物理勘探方法比較多，本橋梁工程主要采用電法勘探地質，測量地質密度以及電阻率，通過觀察和研究電場在地下的分布規律，勘探橫跨斷裂層區域伴生巖溶發育情況。

本橋梁工程布置鉆探孔數量共計230個，采用鉆孔勘察、電法勘探方法，完成226個鉆探孔區域剖面，186個孔洞勘察結果表明地質區域存在大范圍溶洞分布，且巖溶發育狀態多樣。基巖巖性為石灰巖、花崗巖，石灰巖區域探測表明溶洞具有強烈發育趨勢，且形態多樣。根據勘察結果，了解巖溶發育方向以及發育特點，具體內容如下：

基巖斷層明顯，且各區域埋深大不相同，基巖平面高度起伏較大，基巖埋深在30 m上下，最大延伸至地下73 m，最淺覆埋在地質表面下14 m。巖溶起伏表明巖質變化情況明顯，且存在大量溶蝕凹槽，形成各式各樣溶洞。發育強烈溶洞內形成葫蘆狀、倒錐形巖溶，在溶洞頂部區域存在破裂巖心。綜合分析，該地區巖溶成洞幾率達50%，溶洞鉆孔探測數量為8個，勘察試點地區發現樁基持力差異大，相鄰地區樁基標高測量高度相差28 m。溶洞留白空間較大，多為半填充狀態，且溶洞內填充物主要以黑色碎石、黏性土質為主，填充不規則，變化大。

結合鉆孔勘察、電法勘探結果，細致了解地區巖溶發育以及分布情況，方法應用具有可行性，且操作效果較好，地質巖溶發育探測結果吻合良好，為后續設計、施工作業提供基礎數據依托。

2 橋梁工程樁基礎設計

2.1 巖溶地質缺陷

評價巖溶穩定性一般采用定性、定量分析方法。定性分析法主要應用于無軟弱夾層區域，樁底應力擴散不存在空面。定量分析法分析地質結構力、抗剪力，采用平衡驗算、跨比計算方法，計算完整溶洞區域以及不完整溶洞區域安全性以及厚度，評價樁基礎設計穩定性。取得詳細數據資料之后，采用參數評價方法，計算力學參數以及邊界條件，穩定具體系數，此后進行模型內的壓力分析、有限元數值分析，了解地質結構缺陷。采用定性、定量分析方法，結合以往工程實踐情況，按照要求設計樁基礎，使其能夠滿足安全、質量需要。

2.2 區域樁基設計選擇

橋梁樁基礎按受力原理大致可分為端承型樁及摩擦型樁兩類，其中較為廣泛采用的樁基形式主要為嵌巖樁及摩擦樁。采取上述兩類樁基形式均可有效提高基礎質量，解決基礎持力難問題。

嵌巖樁是指樁端嵌入基巖持力層中，樁頂豎向荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承受，適用于上層軟弱，下層有較高承載力土層的情況。對于巖溶發育地區，選擇重點在于如何控制持力層嵌入深度，避免樁基嵌入缺陷；摩擦樁是指樁身穿過各種壓縮土層，樁頂豎向荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承受，若樁側阻力分擔荷載較多的樁，則適用于樁身在軟弱層，且持力層穩定性較差的情況，因此， 對于巖溶發育地區，選擇重點在于如何計算溶洞區域摩阻力以及承載情況。

本橋梁工程由于地質復雜，選擇大直徑群樁設計，主橋基礎采用2 m直徑鉆孔灌注樁，引橋基礎采用1.4 m、1.6 m直徑鉆孔灌注樁，樁基持力層厚度大于樁徑三倍以上。

2.3 區域樁基設計內容

(1)一般發育區設計

巖溶發育較弱區域樁基設計結合實際溶洞情況，樁身穿過溶洞，將樁端嵌入基巖持力層位置，溶洞基層深度較深時，適當加長樁基長度，保證樁端嵌入基巖持力層位置。

(2)強烈發育區設計

巖溶發育強烈區域穩定性較差，針對串珠狀巖溶樁基礎設計，鉆孔勘察結果表明各區域基巖起伏較大，且溶洞發育埋深較為嚴重，巖溶下層存在大量石灰巖以及風化巖，鉆孔比較深，難以判斷是否有溶洞。對該區域進行補充勘察、鉆孔，揭示溶洞發育區域裂縫密度，進而根據勘察結果設計樁基礎長度，適當增加、縮減樁長，使其在該地層應用具有穩定性。實際操作時，如樁身穿越溶蝕區域，按照實際地質摩擦力以及承載力計算最終樁基長度，減少樁基質量缺陷產生。

針對表面起伏度較大的巖溶發育區域，采用鉆孔灌樁法，鉆孔區域揭示距離以及長度，計算巖面高度；針對存在溶蝕凹面以及裂縫區域，采用穿透式樁基施工法，保障基層持力穩定，同時兼顧左右地質情況，控制樁長差異性，適當增加樁長，避免擴散角區域臨空；針對穩定性較差區域，將樁端覆蓋在溶洞區內，由于樁基荷載傳遞模式為樁長越長，阻力越大，沉降位移越小，采用穿入溶洞長樁設計方案，計算適宜樁長、承載力，對樁基進行壓漿處理。

通過上述設計方法、設計對策分析，樁長設計應按照溶洞發育情況進行。若溶洞發育不規則，標高在同一橋墩鉆孔完成后進行，最終進行綜合確定。規模較小巖溶區域，樁基直接穿過溶洞增加持力，適當增加樁長。縫隙發育段持力層樁基施工確保不存在溶洞，溶洞比較軟弱區域不能作為樁基持力層存在。樁基標高差小于樁距，呈45°角擴散范圍，減少樁基存在臨空面問題。

3 結 論

巖溶強烈發育地區勘察應采用多樣方法，彌補傳統方法不足。設計采用高密度電法，經過可行性、可靠性研究之后，探查地質發育情況，詳細分析對橋梁基礎工程影響。樁基礎設計結合地質受力情況、施工技術等，選擇穩定持力層，根據實際狀況選擇需求性較強設計內容，滿足勘察技術要求。