巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)探討</p><p>　　摘要：對(duì)于巖溶發(fā)育地區(qū)的橋梁樁基，如何準(zhǔn)確確定樁基持力層標(biāo)高，如何在樁基設(shè)計(jì)、施工過程中確保樁基工程質(zhì)量，如何采用安全、經(jīng)濟(jì)、合理的樁基設(shè)計(jì)及溶洞處理方案，是橋梁樁基設(shè)計(jì)人員普遍關(guān)注的問題。本文首先說明了巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)勘探中應(yīng)注意的問題，然后對(duì)樁底持力層安全厚度的計(jì)算方法做了闡述，最后重點(diǎn)對(duì)橋梁樁基設(shè)計(jì)中及施工中的相關(guān)問題做了詳細(xì)探討。 &

2、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；橋梁；樁基；持力層；溶洞 </p><p>　　Abstract: the bridge pile foundation in karst development area, how to accurately determine the pile foundation bearing layer level, how to in the proces

3、s of pile foundation design and construction to ensure the quality of pile foundation engineering, how to adopt safe, economic and reasonable pile foundation design and cave treatment scheme, is a universal concern for b

4、ridge pile foundation design. Bridge in karst region, this paper illustrates the problems should be paid attention to in basic </p><p>　　Key words: karst region; Bridge; Pile foundation; Bearing layer; Karst

5、 cave </p><p>　　中圖分類號(hào)：U442.5+9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013) </p><p>　　巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)勘探中應(yīng)注意的問題 </p><p>　?。ㄒ唬┛碧降目傮w思路 </p><p>　　巖溶發(fā)育地區(qū)的橋梁樁基勘探，應(yīng)以查明巖溶發(fā)育的程度和巖溶形態(tài)的空間分布規(guī)律為目的。具體步驟應(yīng)先物探

6、，根據(jù)物探查明的巖溶情況，再在每個(gè)基礎(chǔ)內(nèi)采用逐樁鉆孔。實(shí)踐證明，若樁基直徑遠(yuǎn)大于地質(zhì)勘探孔直徑，個(gè)別未進(jìn)行物探，僅按逐樁鉆孔勘探橋梁的溶洞樁基，并不能完全揭示巖溶發(fā)育與分布規(guī)律，對(duì)于直徑1.5m以上的樁基，必要時(shí)可用一樁三孔查明溶洞分布情況，并在樁基孔施工中，基巖面露出后，在其四周布孔，準(zhǔn)確查明樁基直徑范圍內(nèi)一定深度的巖溶發(fā)育情況。 </p><p><b>　?。ǘ┿@探技術(shù) </b>&l

7、t;/p><p><b>　　1、鉆孔取芯法 </b></p><p>　　傳統(tǒng)的鉆孔取芯法，效率低、費(fèi)用高。尤其在樁孔挖好后在孔口布設(shè)鉆機(jī)，由于鉆桿懸空，鉆進(jìn)過程中鉆桿搖擺，施工難度較大。鉆進(jìn)中的注水還會(huì)造成孔底積水或孔底周圍土體塌落等不良影響?；?guī)r等可溶巖地層巖溶、裂隙發(fā)育極其復(fù)雜，橫、縱向變化大，一個(gè)鉆孔不足以反映整個(gè)樁底的地質(zhì)情況。 </p><

8、;p>　　2、地質(zhì)雷達(dá)反射波剖面法 </p><p>　　采用地質(zhì)雷達(dá)反射波剖面法，在孔底布設(shè)環(huán)形測(cè)線，并對(duì)探測(cè)資料進(jìn)行必要的頻率域、空間域?yàn)V波、側(cè)壁干擾去除、振幅恢復(fù)等處理手段，反演出地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可探測(cè)出整個(gè)樁底面以下3倍樁徑或6m深度內(nèi)巖土體的均勻性、巖溶發(fā)育等地質(zhì)情況。上述方法經(jīng)過數(shù)個(gè)項(xiàng) </p><p>　　目的探測(cè)實(shí)踐，并經(jīng)靜載荷試驗(yàn)、開挖、鉆孔驗(yàn)證，表明該方法具有快捷、

9、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確度高，對(duì)地面、樁孔四周、樁底均無任何破壞，是一種有效的探測(cè)手段。 </p><p>　　樁底持力層安全厚度的計(jì)算方法 </p><p>　　1、按溶洞頂板受彎矩控制估算頂板安全厚度 </p><p>　　當(dāng)溶洞頂板巖層比較完整，層理較厚，強(qiáng)度較高，洞跨較大時(shí)(大于3倍樁徑)，彎矩是主要控制條件，可按梁板受力情況計(jì)算，最小設(shè)計(jì)持力層板厚為： </p&g

10、t;<p>　　q———溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載,KN/ m； </p><p>　　[δ] ———取灰?guī)rl/10 容許抗壓強(qiáng)度，MPa； </p><p>　　M ———彎矩，根據(jù)頂板巖石的完整性，可分別按簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和固端梁3種情況計(jì)算。 </p><p>　　2、按剪切應(yīng)力控制估算頂板安全厚度 </p><p>

11、　　當(dāng)溶洞頂板巖層完整，巖體強(qiáng)度高，但洞跨較小時(shí)(小于3倍樁徑)，抗剪切力是溶洞頂板破壞的主要控制條件。 </p><p>　　式中q ———溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載，KN/m； </p><p>　　P ———樁尖對(duì)溶洞頂板的集中力，kN； </p><p>　　τ———對(duì)于灰?guī)r取l/12 容許抗壓強(qiáng)度，MPa； </p><p>

12、　　l ———溶洞平面周長(zhǎng)，m。 </p><p>　　3、影響持力層厚度的主要因素 </p><p>　　影響持力層厚度的主要因素有：巖溶的發(fā)育情況、頂板巖層的節(jié)理裂隙及膠結(jié)情況、樁徑大小、樁基成孔工藝及施工工藝水平(如沉渣厚度)及基樁的設(shè)計(jì)荷載大小等。這些因素中巖溶發(fā)育情況等相關(guān)巖土力學(xué)特性是最難以確定的。因此巖溶地區(qū)樁基的設(shè)計(jì)在數(shù)值計(jì)算分析的基礎(chǔ)上必須結(jié)合詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料，樁基設(shè)計(jì)

13、才能有效合理。 </p><p>　　巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)的要點(diǎn) </p><p>　?。ㄒ唬兜咨疃鹊拇_定 </p><p>　　1、對(duì)于持力層埋深淺、強(qiáng)度較高、節(jié)理不發(fā)育、樁基成孔方法可以做到清孔很干凈的情況，可忽略覆蓋土層的總側(cè)阻力，僅考慮嵌巖樁段的嵌固側(cè)阻力和樁端端承力，這時(shí)要求的溶洞頂板安全厚度應(yīng)不小于3倍樁徑，同時(shí)不小于3m，樁基嵌巖深度1～1.5倍樁徑

14、。 </p><p>　　2、當(dāng)溶洞平面尺寸較小，溶洞頂板安全厚度可取3倍樁徑即可。 </p><p>　　3、當(dāng)溶洞平面尺寸較大時(shí)，溶洞頂板安全厚度應(yīng)適當(dāng)加大。 </p><p>　　4、對(duì)于持力層埋深較深、采用鉆(沖)孔方式成孔，這時(shí)應(yīng)考慮覆蓋土層的總側(cè)阻力。對(duì)于樁長(zhǎng)30m以上仍然沒有合適的持力層、巖層節(jié)理非常發(fā)育的情況下，可按摩擦樁設(shè)計(jì)，并適當(dāng)考慮一定的持力層

15、厚度。 </p><p>　?。ǘ┝严端S富情況下的設(shè)計(jì) </p><p>　　巖溶地區(qū)的巖石裂隙發(fā)育，賦存豐富的裂隙水和巖溶水，樁基施工可能會(huì)出現(xiàn)滲水、漏漿，樁底沉淀土難以清除，在設(shè)計(jì)中應(yīng)不計(jì)樁尖抗力的作用，以策安全。 </p><p>　?。ㄈ痘?fù)摩擦力 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視樁基負(fù)摩擦力的影響。一般地基土石在擾動(dòng)之后都

16、會(huì)在自重的作用下固結(jié)下沉，特別是由于大量開采地下水而導(dǎo)致地基軟弱層相對(duì)樁基固結(jié)下沉，因而產(chǎn)生一個(gè)向下的摩擦力，即負(fù)摩擦力，從而增加了樁基所承受的軸向荷載，甚至可能導(dǎo)致樁基破壞。因此施工時(shí)，考慮在中性點(diǎn)(負(fù)摩擦力和正摩擦力分界點(diǎn)) 以上用油毛氈或鋼套管(管內(nèi)抹油) 作隔離層，消除負(fù)摩擦力的影響?？朔?fù)摩擦力的方法與解決巖溶層樁基破壞方法相似，但本質(zhì)不同。 </p><p>　?。ㄋ模﹨?shù)值的取值 </p>

17、;<p>　　由于巖溶發(fā)育造成的復(fù)雜工程地質(zhì)條件，因此橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的有關(guān)地基設(shè)計(jì)參數(shù)如何取值一直為設(shè)計(jì)者所關(guān)注。合理的參數(shù)值，既可保證橋梁工程的質(zhì)量，又可降低工程造價(jià)。 </p><p>　　以樁基容許承載力的取值為例，當(dāng)巖溶層上覆土層較厚，利用上覆土層作樁基持力層時(shí)，容許承載力按摩擦樁軸向受壓的容許承載力計(jì)算方法計(jì)算。當(dāng)樁基支承于厚度不小于6.0m 的溶洞頂板上時(shí)，容許承載力按柱樁軸向受壓的容許承載

18、力計(jì)算方法計(jì)算，同時(shí)注意樁的鄰近巖溶情況，分析判斷頂板的穩(wěn)定性。 </p><p>　?。ㄎ澹┏纱芏捶植嫉鼗脑O(shè)計(jì) </p><p>　　1、當(dāng)橋梁墩臺(tái)下地基有呈上下成串分布的溶洞時(shí)，在充分探明溶洞最下層分布的前提下，宜采用直徑≮1.5m的鉆孔樁。 </p><p>　　2、若上面成串分布的溶洞均較小，且有填充物時(shí)，可在鉆孔至空洞時(shí)，先行壓漿加固填充，待其凝固到一

19、定強(qiáng)度后再依次往下鉆孔壓漿，直至按摩擦樁計(jì)算所需的樁長(zhǎng)。 </p><p>　　3、若成串的空洞比較大，或溶洞大小探明困難，填充物較松散或沒有，也必須采用先鉆孔、拋石、壓漿填充空洞，再依次往下鉆孔、壓漿。但此時(shí)必須按柱樁進(jìn)行計(jì)算，除非能確?？斩刺畛?、壓漿密實(shí)，否則不能計(jì)算樁周摩阻力。 </p><p>　?。┗鶚洞┻M(jìn)多層巖溶層支立于堅(jiān)固的巖層應(yīng)注意的問題 </p><

20、;p>　　當(dāng)基樁穿進(jìn)多層巖溶層支立于堅(jiān)固的巖層上時(shí)，不應(yīng)考慮多層巖溶層對(duì)樁側(cè)起摩阻作用，僅將這種摩阻作用視作安全儲(chǔ)備。因?yàn)閹r溶層與樁側(cè)之間的摩阻作用，在本質(zhì)上不同于一般土與樁側(cè)之間的摩阻作用。 </p><p>　　如果多層巖溶層與樁側(cè)之間粘結(jié)成一體，樁身軸向荷載如何分配給單一巖層，是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，很可能在某一巖溶層與樁身粘結(jié)處，因受力集中首先出現(xiàn)摩阻破壞而導(dǎo)致整個(gè)樁基礎(chǔ)破壞。 </p>

21、<p>　　因此，通常不僅不應(yīng)考慮多層巖溶層對(duì)樁側(cè)的摩阻作用，而且在鉆孔灌筑樁施工過程中應(yīng)采取措施(例如采用麻布或油毛氈作隔層)，將多層巖溶層與樁壁之間分隔開，使基樁承受的軸向荷載全部作用于樁底的堅(jiān)固巖層上，并按柱樁設(shè)計(jì)。如果根據(jù)受力條件，樁基底面可以支立于溶洞中的填充土內(nèi)時(shí)，則可考慮溶洞中填充土對(duì)樁身側(cè)壁的摩阻作用，按一般摩擦樁設(shè)計(jì)。此時(shí)，頂面巖溶層與樁之間亦應(yīng)采取隔離措施，不得考慮樁身與該頂面巖溶層之間的摩阻作用。 &l

22、t;/p><p>　　巖溶地區(qū)橋梁樁基施工中應(yīng)注意的問題 </p><p>　　1、若溶蝕發(fā)育輕微，或溶洞發(fā)育有一定規(guī)模，但洞內(nèi)有填充物，沒有裂隙發(fā)育，施工時(shí)漏漿量小。則可直接沖孔，但需要加大泥漿比重，加強(qiáng)護(hù)壁。鉆穿溶洞時(shí)，反復(fù)在該位置填加片石和黃土擠密填筑溶洞，直至停止漏漿。 </p><p>　　2、若溶洞發(fā)育明顯，洞內(nèi)無填充物，或填充物松散，埋置深度大，無較大裂隙

23、穿過，施工時(shí)明顯漏漿。應(yīng)注意在進(jìn)入溶洞頂板以上1～2m范圍后采用短進(jìn)尺，密切注意漏漿情況， 如漏漿應(yīng)迅速用片石黃土等填充堵漏，并及時(shí)補(bǔ)漿，直至不再漏漿。 </p><p>　　3、如溶洞非常發(fā)育，有的為多層溶洞，并有明顯裂隙發(fā)育，施工時(shí)漏漿量大。采用全護(hù)筒跟進(jìn)至巖層頂面，防止因漏漿量大導(dǎo)致覆蓋層嚴(yán)重塌孔。采用小直徑鉆頭擊穿溶洞頂板， 然后用低標(biāo)號(hào)素混凝土對(duì)溶洞進(jìn)行回填，回填密實(shí)并達(dá)到一定強(qiáng)度后，再開始正常鉆進(jìn)施工

24、。 </p><p>　　4、對(duì)于溶洞尺寸較大或多層溶洞基本連通，采用片石或素混凝土用量大或難以填充密實(shí)的極特殊情況，才有必要采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底板。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　綜上，巖溶地區(qū)橋梁樁基的設(shè)計(jì)施工，處理措施較正?；A(chǔ)麻煩很多，同時(shí)還伴隨著一定的不安全因素。但通過詳細(xì)的地質(zhì)勘探，科學(xué)選擇樁端

25、持力層的位置及溶洞頂板安全厚度，合適的穿過多層溶洞的施工處理方案，對(duì)確保橋梁樁基工程質(zhì)量，加快進(jìn)度，縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]陳建華，杜引光.巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)探討[A].浙江省公路學(xué)會(huì)2005年論文集，2005. </p><p>　　[2]李大為.巖溶地區(qū)嵌巖