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        巖溶地區(qū)城市高架橋樁基設(shè)計和施工方法探討

        2015-12-02 01:44:38上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司上海200437
        江西建材 2015年15期
        關(guān)鍵詞:樁基施工設(shè)計

        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)計和施工提出更為嚴格的要求。

        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,標準橫斷面寬25.5m。引橋共589 根φ1500 鉆(沖)孔灌注樁,按嵌巖樁設(shè)計。

        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)計安全及質(zhì)量,逐樁布孔進行勘察,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_到預(yù)計樁底深度以下,保證一定的安全距離;當在預(yù)計勘探深度范圍內(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

        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)計特點。

        3.1 一般小溶洞、串珠溶洞地段嵌巖樁設(shè)計

        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,洞穴或為空洞或填充有淤泥質(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,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

        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)阻力因為溶洞過多亦很難保障。所以設(shè)計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)化巖強度,經(jīng)過驗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)計樁底標高至樁底標高以下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沙時,再進行注漿工序。此類樁基設(shè)計如圖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

        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[4],保護樁基穿過溶洞間中風(fēng)化層的厚度至少50 米。因為中風(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

        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: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,如各個樁基都嚴格按照本樁基的鉆孔設(shè)計樁長,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高時,同時參考相鄰鉆孔情況,逐樁進行分析確定。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)計如圖4 所示。

        4 施工方法及注意事項

        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筒,鋼護筒底部完全穿透巖層以上的覆蓋層?,F(xiàn)場鋼護筒埋設(shè)主要采用“大套小、邊鉆進邊跟進方式”,大鋼護筒直徑宜比樁徑大40cm,小鋼護筒直徑宜比樁徑大20cm。大護筒在鉆機開孔之前埋設(shè)至承臺底標高,小護筒為跟進的鋼護筒。根據(jù)地質(zhì)勘探資料,要求擴孔鉆進深度穿透巖層以上的覆蓋層。擴孔施工時鉆頭直徑宜比樁徑大20cm,以利于小鋼護筒順利的穿透巖層以上的覆蓋層。

        4.2 漏漿、塌孔處理措施

        當鉆孔至中風(fēng)化巖層中的溶洞時,一般護筒內(nèi)泥漿會全部或部分流失,嚴重時會造成塌孔,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)省費用[5]。若溶洞內(nèi)漏漿嚴重時,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行堵漏,直至不再漏漿為止。

        當溶洞高度大于4m,且連通性較好時,以鋼護筒形式穿過溶洞空洞,要求鋼護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 鋼護筒套插,護筒級差為10~15cm。單個大溶洞用雙層護筒,兩個大溶洞用三層護筒,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)計過程中遇到的實際問題,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)濟成本。

        [1]徐偉.公路橋梁樁基設(shè)計要點分析[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[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.

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