巖溶地區(qū)城市高架橋樁基設(shè)計(jì)和施工方法探討

譚 瀟 上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海 200437

橋址處屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，地下多溶洞、土洞、裂隙、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，覆蓋層深淺不均，基巖起伏變化劇烈。樁基施工過程中容易出現(xiàn)塌孔、漏漿、卡鉆，更為甚者還有塌方的風(fēng)險。即便施工過程順利，如果設(shè)計(jì)考慮不周，在道橋正常使用過程中容易出現(xiàn)不良地質(zhì)處理不徹底、達(dá)不到預(yù)期樁基承載力而導(dǎo)致的安全隱患，這對道橋設(shè)計(jì)和施工提出更為嚴(yán)格的要求。

1 工程概述

龍巖市龍巖大道高架橋工程位于龍巖市新羅區(qū)，南起華蓮路交叉口，北至愛亭路交叉口，全長3.4km;高架橋主線跨越西陂路、登高西路、人民路、龍廈鐵路、羅龍路、龍津河、雙洋路，與愛亭路平交。橋梁總長約1989m，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬25.5m。引橋共589 根φ1500 鉆(沖)孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

2 工程地質(zhì)

擬建橋址區(qū)位于龍巖盆地中部，在勘探深度范圍內(nèi)所揭露的巖土層自上而下為:①1 素填土;①2 素填土;②1 粉質(zhì)粘土;②2 卵石;②3 含碎石粉質(zhì)粘土，土層中土洞充填物為含礫粉質(zhì)粘土;②4 原生紅粘土，土層中土洞充填物為含礫粉質(zhì)粘土;③1 中風(fēng)化灰?guī)r，巖芯極為破碎且溶洞極其發(fā)育，溶洞充填物主要為含角礫粉質(zhì)粘土;③3 微風(fēng)化石灰?guī)r，裂隙不發(fā)育，巖芯完整，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值74.27MPa。

橋位處土洞、下伏的灰?guī)r溶洞非常發(fā)育，為了確保設(shè)計(jì)安全及質(zhì)量，逐樁布孔進(jìn)行勘察，并做縱、橫向地質(zhì)剖面，以判斷橋墩處溶洞范圍。樁基的嵌巖深度綜合考慮樁身長徑比、巖層性質(zhì)以及覆土層特性等參數(shù)，提出具體的樁基嵌入深度［1］。本工程要求樁底確保樁端全斷面垂直進(jìn)入微風(fēng)化石灰?guī)r層不小于2 倍樁徑的深度?？碧娇咨疃软氝_(dá)到預(yù)計(jì)樁底深度以下，保證一定的安全距離;當(dāng)在預(yù)計(jì)勘探深度范圍內(nèi)，遇有軟弱下臥層時或溶洞時，應(yīng)予以鉆穿，并達(dá)到安全厚度。保證在鉆孔樁樁底以下4 倍樁徑高度范圍內(nèi)必須為完整基巖，不存在溶洞。

3 橋梁嵌巖樁設(shè)計(jì)

根據(jù)高架沿線范圍內(nèi)巖溶的發(fā)育規(guī)律、基本形態(tài)、規(guī)模大小、溶洞頂?shù)装鍘r層的厚度、完整性，以及洞內(nèi)的填充情況和填充物性狀，有針對性地將工程地質(zhì)特征分為四類具體論述樁基設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

3.1 一般小溶洞、串珠溶洞地段嵌巖樁設(shè)計(jì)

本工程沿線地質(zhì)鉆孔表明，大部分樁位處均有土洞、溶洞分布，洞穴或?yàn)榭斩椿蛱畛溆杏倌噘|(zhì)粘土，無法提供有效側(cè)阻力。串珠溶洞大多分布較密，洞間隔板厚度1 米左右。所以高架橋樁基均按嵌巖樁設(shè)計(jì)，原則上盡量穿過上部巖溶發(fā)育帶和溶洞層，選擇溶洞下部完整微風(fēng)化基巖作為樁端持力層。對于覆蓋層較淺，深度在100 米以內(nèi)即有完整微風(fēng)化持力層的位置，樁基穿過全部溶洞，樁端完整嵌入基巖不小于兩倍樁徑的深度，以保證樁基承載力。此類樁基設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 42#墩樁基地質(zhì)剖面圖

3.2 溶洞埋藏較深地段嵌巖樁設(shè)計(jì)

本工程有幾處樁基地質(zhì)鉆孔反映微風(fēng)化持力層雖然埋藏較淺，但溶洞分布較深，一百米深度范圍內(nèi)仍無完整的微風(fēng)化持力層。如樁基穿過上部所有溶洞，則樁基過長，端承力很難發(fā)揮，而側(cè)阻力因?yàn)槿芏催^多亦很難保障。所以設(shè)計(jì)考慮選擇較厚的溶洞頂板作為持力層［2］，樁基嵌入頂板且保證樁底以下有5 米完整的巖層。根據(jù)地堪報告提供的微風(fēng)化巖強(qiáng)度，經(jīng)過驗(yàn)算確定樁底的溶洞頂板如有5 米以上厚度，則這層頂板能提供足夠的承載力［3］。

如樁基經(jīng)過串珠型溶洞，并且樁端的溶洞頂板巖層都較差，厚度不足，則需在樁底下的溶洞里注漿，以保證樁基的安全。注漿范圍從設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高至樁底標(biāo)高以下6m 范圍，注漿材料選用C40 水泥漿。注漿前將含角礫粉質(zhì)粘土中的粘土及細(xì)小角礫用清水沖洗出溶洞或裂隙。待沖洗孔口出水為清水且基本無細(xì)沙時，再進(jìn)行注漿工序。此類樁基設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 9#墩樁基地質(zhì)剖面圖

3.3 無微風(fēng)化巖地段樁基設(shè)計(jì)

高架橋在人民路以南11#、12#和14#墩的部分樁基鉆孔顯示，地下100 米范圍內(nèi)沒有微風(fēng)化持力巖層。其中12#、14#墩有一半樁基鉆孔顯示微風(fēng)化巖埋深90 多米，另一半樁基鉆孔顯示地下100 米深處沒有堪測到微風(fēng)化巖層。這幾個墩位均位于人民路與龍巖大道交叉口附近，橋墩橫跨龍巖大道地下管線共同溝，樁位可調(diào)整的范圍有限。所以經(jīng)綜合比選，對沒有堪測到微風(fēng)化持層的橋墩樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)［4］，保護(hù)樁基穿過溶洞間中風(fēng)化層的厚度至少50 米。因?yàn)橹酗L(fēng)化層巖溶極其發(fā)育，巖芯破碎，為保證樁基的承載力，樁底以下6 米范圍仍采用注漿加固處理。此類樁基設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 11#墩樁基地質(zhì)剖面圖

3.4 陡峭巖面上的嵌巖樁設(shè)計(jì)

本工程范圍內(nèi)有多處基巖面起伏劇烈，相鄰樁基堪探鉆孔顯示微風(fēng)化層高差約10～30m，而相鄰樁水平間距只有3m。出現(xiàn)這種情況的原因有兩點(diǎn):一是地下巖溶復(fù)雜，溶洞、裂隙在這些位置分布集中，二是受堪探方法所限無法反映地下巖面變化全貌。在這種情況下，如各個樁基都嚴(yán)格按照本樁基的鉆孔設(shè)計(jì)樁長，則同一承臺下樁基長度差異過大，會導(dǎo)致樁基受力不均勻、剛度差異較大的問題。由于樁徑為1.5m，相鄰樁間距3m，所以鄰樁鉆孔所反映的溶洞很可能已聯(lián)通到本樁基位置。因此，確定樁基長度和樁底標(biāo)高時，同時參考相鄰鉆孔情況，逐樁進(jìn)行分析確定。樁長控制到相鄰樁端連線與水平面的夾角不大于45°，且嚴(yán)格保證樁基全斷面嵌巖，以保證傾斜巖面上樁端的穩(wěn)定性。此類樁基設(shè)計(jì)如圖4 所示。

4 施工方法及注意事項(xiàng)

施工區(qū)域地下多溶洞、土洞、裂隙、流沙等不良地質(zhì)現(xiàn)象，樁基施工過程中，鉆進(jìn)至溶洞、土洞時容易出現(xiàn)漏漿、塌孔甚至地面塌陷，對施工人員和機(jī)械以及周邊道路、建筑都帶來極大的安全隱患。

圖4 11#墩樁基地質(zhì)剖面圖

4.1 防塌孔措施

為了防止因遇到溶洞或土洞引起的塌孔、地面塌陷，樁基施工前埋置鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒底部完全穿透巖層以上的覆蓋層。現(xiàn)場鋼護(hù)筒埋設(shè)主要采用“大套小、邊鉆進(jìn)邊跟進(jìn)方式”，大鋼護(hù)筒直徑宜比樁徑大40cm，小鋼護(hù)筒直徑宜比樁徑大20cm。大護(hù)筒在鉆機(jī)開孔之前埋設(shè)至承臺底標(biāo)高，小護(hù)筒為跟進(jìn)的鋼護(hù)筒。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，要求擴(kuò)孔鉆進(jìn)深度穿透巖層以上的覆蓋層。擴(kuò)孔施工時鉆頭直徑宜比樁徑大20cm，以利于小鋼護(hù)筒順利的穿透巖層以上的覆蓋層。

4.2 漏漿、塌孔處理措施

當(dāng)鉆孔至中風(fēng)化巖層中的溶洞時，一般護(hù)筒內(nèi)泥漿會全部或部分流失，嚴(yán)重時會造成塌孔，現(xiàn)場主要以片石、黏土填充處理。這種方式方便、快捷且節(jié)省費(fèi)用［5］。若溶洞內(nèi)漏漿嚴(yán)重時，應(yīng)再次回填，反復(fù)回填、反復(fù)沖擊、或者加入水泥麻絲進(jìn)行堵漏，直至不再漏漿為止。

當(dāng)溶洞高度大于4m，且連通性較好時，以鋼護(hù)筒形式穿過溶洞空洞，要求鋼護(hù)筒全部穿過覆蓋層和溶洞且嵌入巖面。根據(jù)地質(zhì)情況對1.5m 鉆孔樁采用1.7m 至2.2m 鋼護(hù)筒套插，護(hù)筒級差為10～15cm。單個大溶洞用雙層護(hù)筒，兩個大溶洞用三層護(hù)筒，以此類推。

5 結(jié)論

本文主要針對巖溶地區(qū)城市高架橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中遇到的實(shí)際問題，通過具體分析幾類地質(zhì)特征，分別確定合適的樁基長度和持力層，并對施工方法提出建議，以保證橋梁在施工和使用過程中的安全，同時控制整個工程的經(jīng)濟(jì)成本。

［1］徐偉.公路橋梁樁基設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析［J］.城市道橋與防洪，2014(10):93-95.

［2］高宏偉.巖溶橋梁嵌巖樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)［J］.交通科技，2012(02):48-50.

［3］龐競拓.樁基下溶洞頂板安全厚度有限元計(jì)算分析［J］.鐵道堪察，2014(06):50-53.

［4］唐志，龍萬學(xué)，杜鑌，凌桂香.貴州山區(qū)高速公路復(fù)雜地質(zhì)條件橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)［J］.中外公路，2014(05):138-142.

［5］李軍偉.對橋梁樁基施工中溶洞處理技術(shù)探討［J］.施工技術(shù)，2010(64):390-391.