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

某橋梁上部結構為預應力連續箱梁和預制箱形板，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。橋梁下部結構為柱式墩，基礎為挖孔灌注樁，樁徑在1.5～1.8 m范圍內，共布置60根樁，樁長的最大值為45 m。橋梁所在地區的地質條件比較復雜，基巖有很大的起伏，且巖溶十分發育，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巖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、粉質粘土層、碎石土層和淤泥質粘土層，其厚度在0.4～19.8 m范圍內；角礫巖層，巖溶發育，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；灰巖層，為塊狀構造，有25°～45°的傾角，表面有很大的起伏，溶蝕現象較為嚴重，無論是溶溝還是溶蝕裂隙都比較發育，厚度也相對較大。通過地質鉆探可知，該段存在一個傾角為85°的斷層，其表面傾向于西側，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根樁都處在溶洞區中，為此，在施工中還額外增加了一定數量的溶洞樁基。樁基設計在這種復雜的地質條件下顯得尤為重要，必須引起相關人員的高度重視，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，保證樁基質量。

2 地質勘探

對該橋梁工程的樁基開展地質勘探時，需要在明確巖溶發育情況的基礎上確定巖溶形態及其空間分布規律。勘探過程中，先進行物探，以物探成果為依據確定巖溶情況，然后在各基礎內進行鉆孔。針對該橋的實際情況，為每個樁基都布置了地質孔，并充分結合了物探方法，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育情況及其分布規律，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地質地層情況。

3 樁基設計

(1)對于分布在巖溶地區的樁基，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，需要以巖層穩定性為依據來確定，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，將在自身重力持續作用下發生固結下沉的現象，尤其是因為對地下水的大量開采使地基軟弱層范圍內樁基產生固結下沉，會產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產生的摩阻作用從本質上將與土體和樁側所產生的摩阻完全不同。若多層巖溶和樁側可以粘結成一個完整的整體，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部位，由于受力集中先產生摩阻破壞現象致使樁基被破壞。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的分隔，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%；樁深要在計算結果基礎上加樁徑的0.5倍；設計時對持力層范圍內是否存在軟弱夾層進行核實，并注意現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；同一結構應采用相同類型的樁；在同一承臺內，兩根相鄰的樁，其樁底標高實際差值要根據具體的巖性確定，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 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。