桂北地区岩溶地质市政桥梁桩基设计探讨

桂北地区岩溶地质市政桥梁桩基设计探讨

谭福官

华蓝设计（集团）有限公司广西南宁530011

摘要：针对岩溶地区不良地质情况较多，地质条件复杂，设计施工难度大的情况，本文结合岩溶地区实际桩基工程实践,对岩溶地区市政桥梁基础设计进行探讨，最后总结了桩基础施工遇到溶洞的处理方法。

关键词：岩溶地区；桥梁桩基；设计探讨

岩溶地质在我国分布广泛，特别是在南方省份。桂北地区为岩溶集中区，桥梁建设无法避免位于岩溶发育区。该地区岩溶的特点是:覆盖层有淤泥等软弱层、松散流沙层、松散卵石层；溶洞发育极完整，基岩埋深变化大。笔者有机会参与了该地区若干市政桥梁的设计工作，本文是结合设计及施工实践对岩溶地区市政桥梁桩基设计初步探讨。

一、工程概况

桂北地区某市政项目，一桥梁为2×16m预应力混凝土简支空心板桥，桥面连续，桥梁全长37.0m，全宽30.0m，桥梁采用正交布置。下构桥台为桩柱式墩台，每个墩台横向各设置5个墩（台）柱；基础采用冲孔灌注桩基础。桩基础直径1.2m，采用嵌岩桩设计，桩底嵌入持力层（灰岩层）深度3m，桩底完整岩厚度不小于5m。

二、岩溶地区地质勘查要点

在岩溶地区修建桥梁,地质勘察工作极为重要，它是合理设计、顺利施工、安全运营的前提与基础，设计人员应与勘察工作者进行有效沟通。为保证设计的桩基础能满足桥梁的承载力要求，在确定桥梁基础的设计方案前，进行岩溶地质勘察，主要勘察地质水文气候等环境特征、岩溶发育及分布情况、岩层发育节理等，为桥梁桩基出的设计施工提供依据。在施工阶段，对于桥梁基础至少要一桩一孔，对于复杂的溶洞，根据需要可布置多个钻孔。由于地质勘察时探孔直径往往比桩基础的直径要小，勘察时个别溶洞并不能准确被勘察到，当直径大于1.5m的桩基，单单按照逐桩钻孔勘察的溶洞桩基，得到的结果并不能完全反应该地质的岩溶发育和分布规律，勘察时一般一桩设置2~3个地质钻探孔勘查溶洞分布情况在钻进的过程中,应详细记录漏浆的情况,对于溶洞的充填情况应进行详细描述,并对充填物进行标贯试验。对于桩底的岩石,要特别注意记录完整情况,发现半边溶蚀时要高度重视。根据经验,岩石裂隙发育有溶蚀情况时,多数在钻孔旁边有溶洞。关于钻孔的深度,应根据覆盖层的厚度及土性、溶洞的发育情况、基础的形式与尺寸合理确定。过早终孔不仅不能节省费用,反而因必要的补孔而增加费用，目前我国岩溶地区的桩基础设计中，通常采用溶洞顶板安全厚度为5倍桩径的保守设计。本项目部分钻孔勘察柱状图如图

根据钻孔揭露的岩性，岩面起伏大,埋深为6.5～16.8m，属浅覆盖型岩溶区。基岩为灰岩，岩石表面无明显风化带，岩层分界明显，岩溶裂隙较发育，属较硬岩，平均强度为40.3MPa。钻孔控制深度范围内揭露的钻孔中，钻孔遇岩溶（溶洞。溶沟）率为100%，为岩溶强烈发育区。溶洞呈串珠状或单个呈现，洞高0.2~3.6m，多被软（流）塑黏土填充，部分为空洞，部分为半充填。溶沟呈窄小型，最深达17.5m，侧壁多为陡倾状。

三、岩溶地区桥梁桩基础的应用

1、天然基础

在覆盖层较厚且承载力较好的岩溶地区，根据桥梁的跨径和桥墩的高度,选用天然浅基础是个好方法，此时基础按刚性基础计算，但要注意保证溶洞顶部有一定厚度的完好岩体。当覆盖层很薄时,也可根据实际情况选用浅基础，采取注浆填充，支撑加固等方案处理溶洞。本项目覆盖层为淤泥等软弱层、松散流沙层、松散卵石层，稳定性较差，不适宜采用浅基础。

2、摩擦桩基础

岩溶地区的溶洞分布较浅，溶洞顶板过薄嵌岩桩的设计无法满足工程承载力的要求，桩基需要穿过溶洞群时，按摩擦桩计算桩基的长度。设计过程中，先假设混凝土桩身与岩石铰接完好，在试验桩成桩后进行桩基抗剪强度检测。

另一种情况是覆盖层厚度的摩阻力，足以提供桩基的竖向承载力，桩基不进入溶洞区。这种情况普通桩基的设计计算没有太大区别,但要注意保证桩底与溶洞间土层及岩体的厚度,若有土洞则应先采取砂石充填或注浆等措施。

设计合理选取溶洞区桩侧土的极限摩阻力及桩底土的承载力是难点。根据工程经验可选定这样的原则:对于完全不能确定的有利因素不予计算,对于可部分确定的有利因素采用安全系数折减计入。据此,溶洞为空洞或充填物松散时,不计该段摩阻力;溶洞为全充填且充填物较密实时,可将土的极限摩阻力按普通情况的50%计入;桩基穿过的溶洞顶板,可参考块石摩阻力的一半计算。

对于桩底承载力，基岩的裂缝含有丰富的水分，摩擦桩施工过程中可能会出现渗水、漏浆等情况，所以在摩擦桩的设计中，不计算桩端抗力作用。

3、支承桩及嵌岩桩

支承桩及嵌岩桩安全性高、抗震性好,是首选的桩基类型。当覆盖土层的摩阻力不足以提供桩基的竖向承载力,或不能满足沉降要求时,须采用支承桩或嵌岩桩,桩基的承载力可按规范公式计算。同一墩位下地质情况差异不大的地区，以单排桩和群桩的形式出现。

此类桩基的设计难点是如何确定桩底岩层的厚度，目前尚无定量的理论依据，半定量的方法如顶板抗弯抗剪近似算法、成拱分析法等,在工程中的应用也处在摸索阶段。通常认为桩底下的基岩完整层厚度不得小于5m的完整岩体是安全的，且桩底基岩极限抗压强度大于2MPa。在成桩后检测桩基的强度、承载力、稳定性等进行检测。

四、桩基础施工遇到溶洞的处理

桥址处岩溶发育，桩基施工时应加强孔壁防护,并将孔底余渣清除干净,及时下基，以防桩孔侧壁发生垮孔,造成区域性地面沉降地质灾害。桩孔施工应采取有效措施确保桩身垂直性。

施工遇到溶洞时，溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，存在严重漏水,护筒内水头高度不能保持时，可采有片石加粘土袋装(按1:1体积比)回填冲击，使其形成泥石护壁。反复多次回填片石粘土，反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆，然后采用一层钢护筒跟进施工至岩面的施工方案，从而可以顺利通过溶洞和避免垮塌事故。

对于特大型溶洞(溶洞厚度一般大于8m)或者多层溶洞，当覆盖层为厚层易垮的流砂或淤泥层时，并且在超前钻孔时出现严重漏浆时，采用单层、两层或三层钢护筒跟进至孔底的施工方案成孔。

施工前应根据实际地质钻探资料确定钻机的类型及工艺，并应制定可行的应对意外情况的预案，配备足够的应急机具设备和材料。

五、结论

溶洞地区桥梁桩基的设计和施工复杂多变，应根据岩溶发育和分布的规律,认真勘测、综合分析、全面比较、精心组织设计与施工,并加强检测,确保桥梁安全。从该桥的顺利实施可以看出,详细的地质勘探,科学选择桩端持力层的位置及溶洞顶板安全厚度,合适的穿过多层溶洞的施工处理方案,对确保桥梁桩基工程质量,加快进度,缩短工期,提高经济效益十分明显。本文结合具体的工程实例，简要阐述了岩溶地区桥梁桩基的设计技术研究，希望对后续同类工程起到参考借鉴的意义。

参考文献

[1]JTGD63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范.

[2]黄龙飞，常再青，赵西锋.岩溶地区桩基施工技术.铁道工程学报.2017.

[3]周伟.岩溶对桥梁地基稳定性分析及注浆治理研究.中南大学.2012.