巖溶地區(qū)橋梁樁基處治探討

黃　雯

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西　南寧　530029)

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巖溶地區(qū)橋梁樁基處治探討

黃雯

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西南寧530029)

巖溶地區(qū)的橋梁樁基設(shè)計及處治是長期困擾設(shè)計人員的技術(shù)難題。文章以廣西桂平市K1+825.5桂平郁江二橋為工程實例，根據(jù)該橋前期的勘察成果及施工現(xiàn)狀，通過孔內(nèi)CT層析檢測設(shè)計，對已完成的橋梁樁基質(zhì)量以及樁底、樁周的巖溶發(fā)育貫通情況進(jìn)行檢驗，對巖溶發(fā)育區(qū)頂板之上的樁基進(jìn)行頂板穩(wěn)定性驗算，并提出了注漿加固處治設(shè)計方案。

巖溶；橋梁樁基；CT層析檢測；頂板穩(wěn)定性驗算；注漿加固處治

0　引言

巖溶地區(qū)的橋梁樁基設(shè)計及處治是長期困擾設(shè)計人員的技術(shù)難題，其主要原因是傳統(tǒng)的樁位鉆探勘察受勘探孔徑限制，屬于垂向線性勘察的范疇，而巖溶的發(fā)育具備貫通性、空間發(fā)育不規(guī)則性等特點，因此樁位鉆探勘察對橋梁樁基邊緣的巖溶發(fā)育情況，以及已發(fā)育巖溶的貫通情況方面存在缺陷。本文以廣西桂平市K1+825.5桂平郁江二橋為工程實例，根據(jù)該橋前期的勘察成果及施工現(xiàn)狀，針對性地設(shè)計出孔內(nèi)CT層析檢測，對已完成的橋梁樁基質(zhì)量以及樁底、樁周的巖溶發(fā)育貫通情況進(jìn)行檢驗，對巖溶發(fā)育區(qū)頂板之上的樁基進(jìn)行頂板穩(wěn)定性驗算，并對存在安

全隱患的樁基進(jìn)行注漿加固處治設(shè)計。

1　工程概況

桂平市擬建K1+825.5桂平郁江二橋位于桂平市尋旺鄉(xiāng)新黃村和西山鎮(zhèn)施村，大橋橫跨郁江，連接桂平市城區(qū)的迎賓大道，為區(qū)域旅游和經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及市民出行提供便利條件。主橋設(shè)計上構(gòu)為(90+2×165+90)m預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，橋面寬度為30.5 m，引橋分別為13×30 m和15×30 m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制T梁，橋面寬度為24 m，下構(gòu)為樁基礎(chǔ)，橋梁起訖樁號為K1+146.50～K2+504.50，全長1 358 m，橋面設(shè)計高程為46.924～47.747 m。

根據(jù)該橋的工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報告，橋位區(qū)覆蓋層以第四系殘積黏土為主(除河床、岸坡、水塘區(qū)域外)，主要分布于郁江兩岸的階地之上，厚5～20 m，下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)(D3)灰?guī)r、白云巖。

橋位區(qū)的不良地質(zhì)主要為巖溶，橋位區(qū)屬巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶形態(tài)主要為溶槽、溶洞、溶蝕裂隙，詳勘鉆探的128個鉆孔中有37個鉆孔鉆遇溶洞，共計鉆遇溶洞60個，遇洞率達(dá)28.9%，線溶率2.30%。各處巖溶發(fā)育程度和規(guī)模不一，以垂向發(fā)育為主，溶洞在天然狀態(tài)下處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

由于部分樁位定于民居及墳包，詳勘階段該部分鉆孔未能進(jìn)行鉆探，工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報告中建議進(jìn)行后續(xù)應(yīng)進(jìn)行補充勘察。

2　CT層析檢測

2.1CT層析檢測設(shè)計

橋位區(qū)巖溶發(fā)育，而已完成的部分樁基及承臺沒有勘探鉆孔控制，需要設(shè)計出相關(guān)的檢測方案，對已完成的橋梁樁基質(zhì)量，及樁底、樁周的巖溶發(fā)育貫通情況進(jìn)行檢驗。但由于橋梁部分墩臺已完成了承臺及立柱施工，在樁位進(jìn)行鉆探勘察存在兩方面的問題：

(1)地質(zhì)鉆孔會對承臺的鋼筋結(jié)構(gòu)造成損壞；

(2)部分墩臺已完成了立柱施工，地質(zhì)鉆孔無法在樁基范圍內(nèi)進(jìn)行勘探。

針對上述問題，設(shè)計人員針對性地提出了孔內(nèi)CT層析掃描的檢測方案，即在橋梁樁基附近布置鉆孔，利用關(guān)聯(lián)鉆孔的CT層析掃描成像，對已完成的橋梁樁基質(zhì)量以及樁底、樁周的巖溶發(fā)育貫通情況進(jìn)行檢驗。工作布置如圖1所示(此處以主橋17#交界墩及引橋19#橋墩為例)。

圖1　CT鉆孔布置圖

2.2CT層析檢測原理

在兩鉆孔之一放置檢波器串(共12個)，在另一個鉆孔中放置電火花震源，每激發(fā)一次同時12道檢波器記錄接收到的信息，之后在檢波器不移動的情況下逐步移動電火花震源至下一炮點，再激發(fā)與接收。當(dāng)鉆孔間遇到不均勻?qū)w(如巖溶、裂隙和破碎帶)時，彈性波會產(chǎn)生折射、反射和散射等現(xiàn)象，從而使接收到地震性波的到達(dá)時間、頻率、振幅產(chǎn)生變化，通過專用軟件對地震波到達(dá)時(或波速)、振幅進(jìn)行重構(gòu)二維圖像，見圖2。結(jié)合CT鉆孔及周邊地質(zhì)鉆孔資料綜合分析，圈定地下目標(biāo)體的大小形態(tài)、埋藏深度和空間分布位置[1]。

圖2　地震波CT層析工作原理圖

2.3CT層析成果

根據(jù)縱波波速和土層、溶洞、溶蝕裂隙和較完整灰?guī)r的相關(guān)關(guān)系并結(jié)合鉆探成果，將橋位區(qū)的巖土層分成三個速度帶：

(1)低速帶，縱波波速<3 000 m/s(對應(yīng)土層)；

(2)中速帶，縱波速度為3 000～4 000 m/s(對應(yīng)溶洞、溶蝕裂隙較發(fā)育灰?guī)r)；

(3)高速帶，縱波波速>4 000 m/s(對應(yīng)較完整灰?guī)r及樁身混凝土)。CT層析成果表如表1所示，層析成果圖如圖3～4所示。

表1　CT層析成果表

圖3　17#墩G～G′剖面CT層析成果圖

圖4　19#墩H～H′剖面CT層析成果圖

3　頂板穩(wěn)定驗算

綜合CT層析檢測成果，樁基ZJ19-1樁底位于巖溶發(fā)育區(qū)頂板之上，需進(jìn)行巖溶頂板穩(wěn)定性驗算，設(shè)計人員采用《工程地質(zhì)手冊》(第四版)中公式(6-1-9)，對巖溶頂板受荷載剪切的穩(wěn)定進(jìn)行驗算。

(1)

式中：P——頂板總荷載(kN，巖土體自重+樁身重)；

T——頂板總抗剪力；

L——巖溶平面周長(m)；

H——頂板巖層厚度(m)；

S——巖體計算抗剪強度(1/12抗壓強度)。

P=γ樁(h樁長+h立柱)×S樁截面積+Ra

(2)

設(shè)計樁長h樁長=21.3 m，立柱高h(yuǎn)立柱=21.3 m，S樁截面積=3.14×(0.75)2=1.77 m2，單樁設(shè)計荷載Ra=64 191 kN，經(jīng)計算P=64 191 kN。

根據(jù)顯示T

4　樁基加固處治

4.1注漿加固方案設(shè)計

由于ZJ19-1樁基已完成立柱施工，且樁底巖溶以溶蝕裂隙及小規(guī)模單一溶洞為主，設(shè)計采取樁周鉆孔靜壓注漿加固的設(shè)計對樁底巖體進(jìn)行加固。該方案可提高破碎區(qū)巖體的抗壓強度，同時可填充樁底小規(guī)模單一溶洞，確保樁底巖體穩(wěn)定[4-5]，注漿孔布設(shè)如圖5所示。

圖5　橋梁樁基注漿加固平面布置

4.2注漿加固技術(shù)要求

(1)灌漿孔孔徑≥φ108mm，鉆孔角度與地面垂直；鉆孔單孔深度鉆至樁基設(shè)計標(biāo)高以下3m。

(2)注漿材料為水泥漿，純水泥漿應(yīng)采用強度等級為P.C32.5的復(fù)合硅酸鹽水泥配制，水灰比為0.7∶1～1∶1(為了達(dá)到更好的加固效果，可根據(jù)現(xiàn)場灌漿效果適當(dāng)調(diào)整)，摻入速凝材料質(zhì)量占水泥質(zhì)量3%～5%(可根據(jù)施工漿液控制的擴(kuò)散半徑和滲透實際效果適當(dāng)調(diào)整)。

(3)灌漿施工采用低壓自下而上逐段灌注加固的工藝，灌漿壓力為0.4～0.8MPa，如不能加壓時可添加3%的水玻璃。

(4)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力在設(shè)計范圍內(nèi)，注漿流量明顯減小，小于初始流量的30%。

(5)效果檢驗：灌注結(jié)束后7d進(jìn)行，在注漿孔與橋梁樁基之間布設(shè)檢測鉆孔，對注漿區(qū)域巖體抗壓強度進(jìn)行試驗，要求注漿后巖石抗壓強度提升至30MPa，同時要求進(jìn)行孔內(nèi)聲波測試，要求巖體內(nèi)縱波波速≥4 800m/s。

5　結(jié)語

(1)2015年7月，桂平市郁江二橋完成了基礎(chǔ)及立柱部分施工，各橋梁樁基經(jīng)檢測及載荷試驗，結(jié)果均滿足規(guī)范要求，設(shè)計人員提出的CT層析檢測及后續(xù)的樁基加固設(shè)計是成功的。

(2)橋梁施工期間設(shè)計的孔內(nèi)CT層析檢測，彌補了樁位鉆孔勘探對橋梁已施工完成的樁基邊緣的巖溶發(fā)育情況以及已發(fā)育巖溶的貫通情況勘察精度不足的缺陷。根據(jù)CT層析檢測結(jié)果進(jìn)行的樁底巖溶區(qū)域頂板穩(wěn)定性驗算及對應(yīng)的注漿加固處治設(shè)計，為巖溶發(fā)育區(qū)類似工況的橋梁樁基加固提供可靠的工程實例。

(3)在未來的巖溶區(qū)橋梁勘察中，可在初勘及詳勘階段引入CT層析檢測，設(shè)計人員可在樁基施工前針對性地設(shè)計出處治方案，這樣可降低樁基穿越巖溶區(qū)域時的施工難度，同時也可減少樁基澆筑時混凝土的流失。

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Discussions on Bridge Pile Foundation Treatment in Karst Area

HUANG Wen

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Bridge pile foundation design and treatment in karst region are the technical problems always perplexing the designers.Taking Guangxi Guiping K1+825.5 Guiping Yujiang II Bridge as the engi-neering example，according to the primary survey results and construction status of this bridge，and through CT chromatography detection design inside the holes，this article inspected the quality of bridge pile foundation already being completed as well as the karst development thorough situation at the bot-tom of piles and around the piles，conducted the roof-plate stability checking for the pile foundation above the top plate in karst development area，and proposed the grouting reinforcement treatment de-sign program.

Karst；Bridge pile；CT chromatography detection；Roof-plate stability computations；Grouting reinforcement treatment

U445.55+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.012

1673-4874(2016)05-0043-04

2016-04-25

黃雯(1988—)，助理工程師，主要從事橋梁工程設(shè)計工作。