巖溶強烈發(fā)育地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)的勘察和設(shè)計分析

江 林，王 群

(1.江西中煤建設(shè)集團有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通運輸科學(xué)研究院有限公司，江西 南昌 330000)

1 地質(zhì)綜合勘察

地質(zhì)勘察一般采用鉆孔勘察、物理勘探兩類技術(shù)手段。鉆孔勘察采用精密度較高的鉆機設(shè)備，對點鉆入地質(zhì)結(jié)構(gòu)層，勘察設(shè)計樁位地質(zhì)情況，具有精度高、效益高、操作簡單的特點，但點與點之間地質(zhì)狀況無法勘察；物理勘探采用物理手段，利用物質(zhì)的物理特性，如電性差異、密度差異、波的傳遞速度等來分析地下物質(zhì)的特征，并達到勘察目的，具有操作簡單，設(shè)備攜帶方便的特點，但勘察數(shù)據(jù)精度有所下降，主要用于驗證及數(shù)據(jù)分析。

某橋梁主橋采用60 m+120 m+135 m+60 m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，跨越區(qū)域?qū)賻r溶發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為有效查明橋位區(qū)域地質(zhì)狀況，采用鉆孔勘察與物理勘探相結(jié)合的技術(shù)手段，減少單一技術(shù)手段勘察結(jié)果局限性，結(jié)合兩種勘察技術(shù)手段，取得與實際效果偏差最小實際勘查數(shù)據(jù)。

本橋梁工程鉆孔勘察采用常規(guī)鉆孔法、管波鉆孔法、鉆孔電磁波法。結(jié)合鉆孔結(jié)果分析，推測、計算整體地質(zhì)情況，分析地質(zhì)環(huán)境變化，巖溶地質(zhì)連通性、起伏變化情況顯現(xiàn)。

物理勘探方法比較多，本橋梁工程主要采用電法勘探地質(zhì)，測量地質(zhì)密度以及電阻率，通過觀察和研究電場在地下的分布規(guī)律，勘探橫跨斷裂層區(qū)域伴生巖溶發(fā)育情況。

本橋梁工程布置鉆探孔數(shù)量共計230個，采用鉆孔勘察、電法勘探方法，完成226個鉆探孔區(qū)域剖面，186個孔洞勘察結(jié)果表明地質(zhì)區(qū)域存在大范圍溶洞分布，且?guī)r溶發(fā)育狀態(tài)多樣?；鶐r巖性為石灰?guī)r、花崗巖，石灰?guī)r區(qū)域探測表明溶洞具有強烈發(fā)育趨勢，且形態(tài)多樣。根據(jù)勘察結(jié)果，了解巖溶發(fā)育方向以及發(fā)育特點，具體內(nèi)容如下：

基巖斷層明顯，且各區(qū)域埋深大不相同，基巖平面高度起伏較大，基巖埋深在30 m上下，最大延伸至地下73 m，最淺覆埋在地質(zhì)表面下14 m。巖溶起伏表明巖質(zhì)變化情況明顯，且存在大量溶蝕凹槽，形成各式各樣溶洞。發(fā)育強烈溶洞內(nèi)形成葫蘆狀、倒錐形巖溶，在溶洞頂部區(qū)域存在破裂巖心。綜合分析，該地區(qū)巖溶成洞幾率達50%，溶洞鉆孔探測數(shù)量為8個，勘察試點地區(qū)發(fā)現(xiàn)樁基持力差異大，相鄰地區(qū)樁基標(biāo)高測量高度相差28 m。溶洞留白空間較大，多為半填充狀態(tài)，且溶洞內(nèi)填充物主要以黑色碎石、黏性土質(zhì)為主，填充不規(guī)則，變化大。

結(jié)合鉆孔勘察、電法勘探結(jié)果，細致了解地區(qū)巖溶發(fā)育以及分布情況，方法應(yīng)用具有可行性，且操作效果較好，地質(zhì)巖溶發(fā)育探測結(jié)果吻合良好，為后續(xù)設(shè)計、施工作業(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依托。

2 橋梁工程樁基礎(chǔ)設(shè)計

2.1 巖溶地質(zhì)缺陷

評價巖溶穩(wěn)定性一般采用定性、定量分析方法。定性分析法主要應(yīng)用于無軟弱夾層區(qū)域，樁底應(yīng)力擴散不存在空面。定量分析法分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)力、抗剪力，采用平衡驗算、跨比計算方法，計算完整溶洞區(qū)域以及不完整溶洞區(qū)域安全性以及厚度，評價樁基礎(chǔ)設(shè)計穩(wěn)定性。取得詳細數(shù)據(jù)資料之后，采用參數(shù)評價方法，計算力學(xué)參數(shù)以及邊界條件，穩(wěn)定具體系數(shù)，此后進行模型內(nèi)的壓力分析、有限元數(shù)值分析，了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)缺陷。采用定性、定量分析方法，結(jié)合以往工程實踐情況，按照要求設(shè)計樁基礎(chǔ)，使其能夠滿足安全、質(zhì)量需要。

2.2 區(qū)域樁基設(shè)計選擇

橋梁樁基礎(chǔ)按受力原理大致可分為端承型樁及摩擦型樁兩類，其中較為廣泛采用的樁基形式主要為嵌巖樁及摩擦樁。采取上述兩類樁基形式均可有效提高基礎(chǔ)質(zhì)量，解決基礎(chǔ)持力難問題。

嵌巖樁是指樁端嵌入基巖持力層中，樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，適用于上層軟弱，下層有較高承載力土層的情況。對于巖溶發(fā)育地區(qū)，選擇重點在于如何控制持力層嵌入深度，避免樁基嵌入缺陷；摩擦樁是指樁身穿過各種壓縮土層，樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，若樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載較多的樁，則適用于樁身在軟弱層，且持力層穩(wěn)定性較差的情況，因此， 對于巖溶發(fā)育地區(qū)，選擇重點在于如何計算溶洞區(qū)域摩阻力以及承載情況。

本橋梁工程由于地質(zhì)復(fù)雜，選擇大直徑群樁設(shè)計，主橋基礎(chǔ)采用2 m直徑鉆孔灌注樁，引橋基礎(chǔ)采用1.4 m、1.6 m直徑鉆孔灌注樁，樁基持力層厚度大于樁徑三倍以上。

2.3 區(qū)域樁基設(shè)計內(nèi)容

(1)一般發(fā)育區(qū)設(shè)計

巖溶發(fā)育較弱區(qū)域樁基設(shè)計結(jié)合實際溶洞情況，樁身穿過溶洞，將樁端嵌入基巖持力層位置，溶洞基層深度較深時，適當(dāng)加長樁基長度，保證樁端嵌入基巖持力層位置。

(2)強烈發(fā)育區(qū)設(shè)計

巖溶發(fā)育強烈區(qū)域穩(wěn)定性較差，針對串珠狀巖溶樁基礎(chǔ)設(shè)計，鉆孔勘察結(jié)果表明各區(qū)域基巖起伏較大，且溶洞發(fā)育埋深較為嚴(yán)重，巖溶下層存在大量石灰?guī)r以及風(fēng)化巖，鉆孔比較深，難以判斷是否有溶洞。對該區(qū)域進行補充勘察、鉆孔，揭示溶洞發(fā)育區(qū)域裂縫密度，進而根據(jù)勘察結(jié)果設(shè)計樁基礎(chǔ)長度，適當(dāng)增加、縮減樁長，使其在該地層應(yīng)用具有穩(wěn)定性。實際操作時，如樁身穿越溶蝕區(qū)域，按照實際地質(zhì)摩擦力以及承載力計算最終樁基長度，減少樁基質(zhì)量缺陷產(chǎn)生。

針對表面起伏度較大的巖溶發(fā)育區(qū)域，采用鉆孔灌樁法，鉆孔區(qū)域揭示距離以及長度，計算巖面高度；針對存在溶蝕凹面以及裂縫區(qū)域，采用穿透式樁基施工法，保障基層持力穩(wěn)定，同時兼顧左右地質(zhì)情況，控制樁長差異性，適當(dāng)增加樁長，避免擴散角區(qū)域臨空；針對穩(wěn)定性較差區(qū)域，將樁端覆蓋在溶洞區(qū)內(nèi)，由于樁基荷載傳遞模式為樁長越長，阻力越大，沉降位移越小，采用穿入溶洞長樁設(shè)計方案，計算適宜樁長、承載力，對樁基進行壓漿處理。

通過上述設(shè)計方法、設(shè)計對策分析，樁長設(shè)計應(yīng)按照溶洞發(fā)育情況進行。若溶洞發(fā)育不規(guī)則，標(biāo)高在同一橋墩鉆孔完成后進行，最終進行綜合確定。規(guī)模較小巖溶區(qū)域，樁基直接穿過溶洞增加持力，適當(dāng)增加樁長。縫隙發(fā)育段持力層樁基施工確保不存在溶洞，溶洞比較軟弱區(qū)域不能作為樁基持力層存在。樁基標(biāo)高差小于樁距，呈45°角擴散范圍，減少樁基存在臨空面問題。

3 結(jié) 論

巖溶強烈發(fā)育地區(qū)勘察應(yīng)采用多樣方法，彌補傳統(tǒng)方法不足。設(shè)計采用高密度電法，經(jīng)過可行性、可靠性研究之后，探查地質(zhì)發(fā)育情況，詳細分析對橋梁基礎(chǔ)工程影響。樁基礎(chǔ)設(shè)計結(jié)合地質(zhì)受力情況、施工技術(shù)等，選擇穩(wěn)定持力層，根據(jù)實際狀況選擇需求性較強設(shè)計內(nèi)容，滿足勘察技術(shù)要求。