岩溶地区桥梁桩基设计探讨.doc

岩溶地区桥梁桩基设计探讨 摘要：对于岩溶发育地区的桥梁桩基，如何准确确定桩基持力层标高，如何在桩基设计、施工过程中确保桩基工程质量，如何采用安全、经济、合理的桩基设计及溶洞处理方案，是桥梁桩基设计人员普遍关注的问题。本文首先说明了岩溶地区桥梁基础地质勘探中应注意的问题，然后对桩底持力层安全厚度的计算方法做了阐述，最后重点对桥梁桩基设计中及施工中的相关问题做了详细探讨。 关键词：岩溶地区；桥梁；桩基；持力层；溶洞 Abstract: the bridge pile foundation in karst development area, how to accurately determine the pile foundation bearing layer level, how to in the process 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 bridge pile foundation design. Bridge in karst region, this paper illustrates the problems should be paid attention to in basic geological exploration, and then to the safe thickness calculation method of pile bottom force-hearing layer in this paper, the key of bridge pile foundation design and construction made a detailed discussion on the related issues. Key words: karst region; Bridge; Pile foundation; Bearing layer; Karst cave 中图分类号：U442.5+9文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013) 岩溶地区桥梁基础地质勘探中应注意的问题 （一）勘探的总体思路 岩溶发育地区的桥梁桩基勘探，应以查明岩溶发育的程度和岩溶形态的空间分布规律为目的。具体步骤应先物探，根据物探查明的岩溶情况，再在每个基础内采用逐桩钻孔。实践证明，若桩基直径远大于地质勘探孔直径，个别未进行物探，仅按逐桩钻孔勘探桥梁的溶洞桩基，并不能完全揭示岩溶发育与分布规律，对于直径1.5m以上的桩基，必要时可用一桩三孔查明溶洞分布情况，并在桩基孔施工中，基岩面露出后，在其四周布孔，准确查明桩基直径范围内一定深度的岩溶发育情况。 （二）钻探技术 1、钻孔取芯法 传统的钻孔取芯法，效率低、费用高。尤其在桩孔挖好后在孔口布设钻机，由于钻杆悬空，钻进过程中钻杆摇摆，施工难度较大。钻进中的注水还会造成孔底积水或孔底周围土体塌落等不良影响。灰岩等可溶岩地层岩溶、裂隙发育极其复杂，横、纵向变化大，一个钻孔不足以反映整个桩底的地质情况。 2、地质雷达反射波剖面法 采用地质雷达反射波剖面法，在孔底布设环形测线，并对探测资料进行必要的频率域、空间域滤波、侧壁干扰去除、振幅恢复等处理手段，反演出地下地质结构，可探测出整个桩底面以下3倍桩径或6m深度内岩土体的均匀性、岩溶发育等地质情况。上述方法经过数个项 目的探测实践，并经静载荷试验、开挖、钻孔验证，表明该方法具有快捷、经济、准确度高，对地面、桩孔四周、桩底均无任何破坏，是一种有效的探测手段。 桩底持力层安全厚度的计算方法 1、按溶洞顶板受弯矩控制估算顶板安全厚度 当溶洞顶板岩层比较完整，层理较厚，强度较高，洞跨较大时(大于3倍桩径)，弯矩是主要控制条件，可按梁板受力情况计算，最小设计持力层板厚为： q溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载,KN/ m； 取灰岩l/10 容许抗压强度，MPa； M 弯矩，根据顶板岩石的完整性，可分别按简支梁、悬臂梁和固端梁3种情况计算。 2、按剪切应力控制估算顶板安全厚度 当溶洞顶板岩层完整，岩体强度高，但洞跨较小时(小于3倍桩径)，抗剪切力是溶洞顶板破坏的主要控制条件。 式中q 溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载，KN/m； P 桩尖对溶洞顶板的集中力，kN； 对于灰岩取l/12 容许抗压强度，MPa； l 溶洞平面周长，m。 3、影响持力层厚度的主要因素 影响持力层厚度的主要因素有：岩溶的发育情况、顶板岩层的节理裂隙及胶结情况、桩径大小、桩基成孔工艺及施工工艺水平(如沉渣厚度)及基桩的设计荷载大小等。这些因素中岩溶发育情况等相关岩土力学特性是最难以确定的。因此岩溶地区桩基的设计在数值计算分析的基础上必须结合详细的地质勘察资料，桩基设计才能有效合理。 岩溶地区桥梁桩基设计的要点 （一）桩底深度的确定 1、对于持力层埋深浅、强度较高、节理不发育、桩基成孔方法可以做到清孔很干净的情况，可忽略覆盖土层的总侧阻力，仅考虑嵌岩桩段的嵌固侧阻力和桩端端承力，这时要求的溶洞顶板安全厚度应不小于3倍桩径，同时不小于3m，桩基嵌岩深度11.5倍桩径。 2、当溶洞平面尺寸较小，溶洞顶板安全厚度可取3倍桩径即可。 3、当溶洞平面尺寸较大时，溶洞顶板安全厚度应适当加大。 4、对于持力层埋深较深、采用钻(冲)孔方式成孔，这时应考虑覆盖土层的总侧阻力。对于桩长30m以上仍然没有合适的持力层、岩层节理非常发育的情况下，可按摩擦桩设计，并适当考虑一定的持力层厚度。 （二）裂隙水丰富情况下的设计 岩溶地区的岩石裂隙发育，赋存丰富的裂隙水和岩溶水，桩基施工可能会出现渗水、漏浆，桩底沉淀土难以清除，在设计中应不计桩尖抗力的作用，以策安全。 （三）桩基负摩擦力 设计时应重视桩基负摩擦力的影响。一般地基土石在扰动之后都会在自重的作用下固结下沉，特别是由于大量开采地下水而导致地基软弱层相对桩基固结下沉，因而产生一个向下的摩擦力，即负摩擦力，从而增加了桩基所承受的轴向荷载，甚至可能导致桩基破坏。因此施工时，考虑在中性点(负摩擦力和正摩擦力分界点) 以上用油毛毡或钢套管(管内抹油) 作隔离层，消除负摩擦力的影响。克服负摩擦力的方法与解决岩溶层桩基破坏方法相似，但本质不同。 （四）参数值的取值 由于岩溶发育造成的复杂工程地质条件，因此桥梁设计时的有关地基设计参数如何取值一直为设计者所关注。合理的参数值，既可保证桥梁工程的质量，又可降低工程造价。 以桩基容许承载力的取值为例，当岩溶层上覆土层较厚，利用上覆土层作桩基持力层时，容许承载力按摩擦桩轴向受压的容许承载力计算方法计算。当桩基支承于厚度不小于6.0m 的溶洞顶板上时，容许承载力按柱桩轴向受压的容许承载力计算方法计算，同时注意桩的邻近岩溶情况，分析判断顶板的稳定性。 （五）成串溶洞分布地基的设计 1、当桥梁墩台下地基有呈上下成串分布的溶洞时，在充分探明溶洞最下层分布的前提下，宜采用直径1.5m的钻孔桩。 2、若上面成串分布的溶洞均较小，且有填充物时，可在钻孔至空洞时，先行压浆加固填充，待其凝固到一定强度后再依次往下钻孔压浆，直至按摩擦桩计算所需的桩长。 3、若成串的空洞比较大，或溶洞大小探明困难，填充物较松散或没有，也必须采用先钻孔、抛石、压浆填充空洞，再依次往下钻孔、压浆。但此时必须按柱桩进行计算，除非能确保空洞填充、压浆密实，否则不能计算桩周摩阻力。 （六）基桩穿进多层岩溶层支立于坚固的岩层应注意的问题 当基桩穿进多层岩溶层支立于坚固的岩层上时，不应考虑多层岩溶层对桩侧起摩阻作用，仅将这种摩阻作用视作安全储备。因为岩溶层与桩侧之间的摩阻作用，在本质上不同于一般土与桩侧之间的摩阻作用。 如果多层岩溶层与桩侧之间粘结成一体，桩身轴向荷载如何分配给单一岩层，是一个非常复杂的问题，很可能在某一岩溶层与桩身粘结处，因受力集中首先出现摩阻破坏而导致整个桩基础破坏。 因此，通常不仅不应考虑多层岩溶层对桩侧的摩阻作用，而且在钻孔灌筑桩施工过程中应采取措施(例如采用麻布或油毛毡作隔层)，将多层岩溶层与桩壁之间分隔开，使基桩承受的轴向荷载全部作用于桩底的坚固岩层上，并按柱桩设计。如果根据受力条件，桩基底面可以支立于溶洞中的填充土内时，则可考虑溶洞中填充土对桩身侧壁的摩阻作用，按一般摩擦桩设计。此时，顶面岩溶层与桩之间亦应采取隔离措施，不得考虑桩身与该顶面岩溶层之间的摩阻作用。 岩溶地区桥梁桩基施工中应注意的问题 1、若溶蚀发育轻微，或溶洞发育有一定规模，但洞内有填充物，没有裂隙发育，施工时漏浆量小。则可直接冲孔，但需要加大泥浆比重，加强护壁。钻穿溶洞时，反复在该位置填加片石和黄土挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。 2、若溶洞发育明显，洞内无填充物，或填充物松散，埋置深度大，无较大裂隙穿过，施工时明显漏浆。应注意在进入溶洞顶板以上12m范围后采用短进尺，密切注意漏浆情况， 如漏浆应迅速用片石黄土等填充堵漏，并及时补浆，直至不再漏浆。 3、如溶洞非常发育，有的为多层溶洞，并有明显裂隙发育，施工时漏浆量大。采用全护筒跟进至岩层顶面，防止因漏浆量大导致覆盖层严重塌孔。采用小直径钻头击穿溶洞顶板， 然后用低标号素混凝土对溶洞进行回填，回填密实并达到一定强度后，再开始正常钻进施工。 4、对于溶洞尺寸较大或多层溶洞基本连通，采用片石或素混凝土用量大或难以填充密实的极特殊情况，才有必要采用钢护筒跟进至溶洞底板。 结语 综上，岩溶地区桥梁桩基的设计施工，处理措施较正常基础麻烦很多，同时还伴随着一定的不安全因素。但通过详细的地质勘探，科学选择桩端