李加柱

摘 要：溶洞是由于石灰?guī)r長(zhǎng)期受到水溶蝕而形成，巖溶區(qū)巖體承載能力較差，容易引起主體結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，給橋梁帶來(lái)安全隱患。本文結(jié)合國(guó)道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程—月街大橋的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和溶洞處理方法來(lái)探討巖溶地質(zhì)條件下橋梁設(shè)計(jì)和施工應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題及對(duì)策，可為同類建設(shè)條件下的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞：巖溶;橋梁基礎(chǔ);設(shè)計(jì);施工

中圖分類號(hào)：P642.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

巖溶在我國(guó)分布廣泛，約占國(guó)土面積的1/3[1]，溶洞在雨水充沛、氣候濕潤(rùn)的山區(qū)多發(fā)，在這種復(fù)雜的地質(zhì)條件下的橋梁樁基的承載特性較為復(fù)雜，因此，巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及施工方案是置得探討的課題。本文以國(guó)道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程—月街大橋項(xiàng)目為載體，深入探析巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和溶洞處理方法。

1 項(xiàng)目背景

1.1 工程概況

國(guó)道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程全段位于廣東省韶關(guān)市乳源縣西南部，線路全長(zhǎng)39.606 km。處于地形條件非常復(fù)雜的高山峻嶺地區(qū)，沿線地勢(shì)起伏，山體表面植被茂密。月街大橋橋位地處高陡丘陵，跨越丘陵間洼地及河谷溪流。該項(xiàng)目為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為0.5 m（防護(hù)欄）+9 m（行車(chē)道）+0.5 m（防護(hù)欄），彎道橋梁加寬。地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。

1.2 巖溶地貌

月街大橋橋位處處于巖溶地區(qū)，以孤峰地形為主，山坡坡度坡角相對(duì)較緩一般為10～30°，半山坡以上坡度相對(duì)較陡，一般為25～70°，相對(duì)高差一般達(dá)到50～300 m左右，孤峰間多見(jiàn)有溶蝕漏斗。山體表面多為天然林覆蓋，孤峰間多以農(nóng)作物種植為主。

1.3 地層巖性及巖溶發(fā)育情況

本路段地基巖土層主要為第四系覆蓋層及侵入巖為燕山一期（早侏羅世）侵入巖（J1γ）花崗巖及泥盆系上統(tǒng)巴漆組與融縣組并層（D3b-r）風(fēng)化層組成。橋位處兩側(cè)地形起伏大，地質(zhì)情況差異很大，地形高處溶洞較多，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)烈發(fā)育，深達(dá)十幾米。主要表現(xiàn)為巖體中蜂窩狀溶孔、溶洞、溶隙等發(fā)育，另外在線路周邊發(fā)現(xiàn)多個(gè)巖溶漏斗，溶洞無(wú)充填或半充填軟塑狀粉質(zhì)黏土為主，巖溶發(fā)育溶蝕灰使巖石強(qiáng)度低，這對(duì)于嵌巖樁基礎(chǔ)施工是不利的。區(qū)內(nèi)總體工程地質(zhì)條件一般。

1.4 水文及跨越情況

橋位位于低山丘陵區(qū)，山間谷地地表水發(fā)育。場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為賦存于松散層的孔隙潛水、基巖風(fēng)化裂隙中基巖裂隙水及巖溶水，地下水對(duì)砼微腐蝕。

2 溶洞區(qū)的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 橋梁總體設(shè)計(jì)方案

月街大橋主橋采用連續(xù)剛構(gòu)橋梁方案，橋跨組合為（62+110+62）+4×25 m，橋梁長(zhǎng)339.6 m。本橋位于 A=112緩和曲線及R=228 m圓曲線上。主橋上部（62+110+62）m連續(xù)剛構(gòu)箱梁;下部結(jié)構(gòu)為矩形薄壁空心墩，承臺(tái)平面尺寸為14.6×10.0 m，厚為4.0 m。主墩基礎(chǔ)采用6 根Φ220 cm鉆孔灌注樁，均采用摩擦樁設(shè)計(jì)，下圖為月街大橋主橋總體布置圖。

2.2 巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟

在充分了解項(xiàng)目區(qū)溶洞的發(fā)育狀況和分布情況后，應(yīng)根據(jù)以下原則確定橋梁基礎(chǔ)方案：

確定樁型、樁長(zhǎng)和樁徑。巖溶地區(qū)首選鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)溶洞的埋深確定。如果上部荷載較大、溶洞埋深較淺，可采用嵌巖樁。在保證樁基的承載能力基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)注意樁型的優(yōu)化，打破嵌巖樁技術(shù)框架，充分考慮溶洞的橫向空間和側(cè)摩阻力使樁型由單純的嵌巖樁轉(zhuǎn)變?yōu)榍稁r摩擦樁。

確定樁基的平面布置和數(shù)量。樁的根數(shù)可以根據(jù)單樁的豎向承載力進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

其中：n—樁基的根數(shù);F—荷載設(shè)計(jì)值;G—承臺(tái)及其上方土的重力;R—單樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值。對(duì)于偏心受壓的群樁基礎(chǔ)且截面形心與荷載的合力不重合時(shí)，可以適當(dāng)將樁基的根數(shù)增加10%～20%。

樁間距和樁位布置應(yīng)結(jié)合均布樁基承載力和工程造價(jià)，可采用對(duì)稱形、梅花形或環(huán)形，同時(shí)應(yīng)遵循鉆孔樁中距不小于樁徑的2.5倍;鉆孔擴(kuò)底灌注樁中距不小于1.5倍擴(kuò)底直徑或擴(kuò)底直徑加1.0 m，取較大者;端承樁中距不小于樁徑的2.0倍[2]。

根據(jù)以上步驟，結(jié)合月街大橋的橋位建設(shè)條件及承載力要求，主墩基礎(chǔ)采用6根Φ220 cm鉆孔灌注樁，雙排對(duì)稱布置，間距5.5 m，采用摩擦樁設(shè)計(jì)。

2.3 巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要安全適用又要經(jīng)濟(jì)合理，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)時(shí)要全面掌握?qǐng)龅氐膸r溶發(fā)育狀況、埋深、規(guī)模、走向等基本信息，判別溶洞與線路的相對(duì)關(guān)系及溶洞頂板基巖的完整性、風(fēng)化程度，了解溶洞是否有充填物。根據(jù)溶洞具體情況采用不同的處理方式和設(shè)計(jì)方案。

（2）如果巖溶發(fā)育且?guī)r體破碎，使得基巖的承載力大大降低，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有足夠的安全儲(chǔ)備，以確保樁基的承載力。

（3）嵌巖深度在滿足樁基承載力的前提下宜淺不宜深，硬質(zhì)和軟質(zhì)巖嵌入深度分別為50～70 cm和（80±20）cm，嵌入深度過(guò)大，施工的條件較差，采用爆破會(huì)對(duì)周?chē)鷰r體產(chǎn)生破壞。

（4）溶洞距地面較深，溶洞以上地質(zhì)情況不理想時(shí)，下部應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。若樁基進(jìn)入溶洞深度較小，宜采用擴(kuò)大樁基直徑或是增加樁基根數(shù)的方法來(lái)減少樁長(zhǎng)，盡量避免樁基伸入溶洞。

（5）溶洞分布較廣泛但彼此間存在一定的間隙，下部宜采用群樁基礎(chǔ)，盡量減少樁基穿過(guò)溶洞的長(zhǎng)度，避免溶洞內(nèi)過(guò)長(zhǎng)的樁基增加施工難度。巖溶特別發(fā)育且互相關(guān)聯(lián)形成巨大溶洞，橋梁下部或采用超長(zhǎng)樁基穿過(guò)溶洞，或增大橋梁跨徑跨越溶洞，或采用高填路基方案。

3 溶洞區(qū)樁基施工要點(diǎn)

3.1 溶洞處理措施

巖溶地區(qū)橋梁的樁基處理措施包括：回填法、高壓注漿法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、旋噴注漿加固法等。

（1）一般情況下，對(duì)于小溶洞（高度≤3 m），建議采用充填封閉法填充溶洞，充填物根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示的溶洞情況確定，如果溶洞內(nèi)無(wú)充填物，則充填碎石或干沙，通過(guò)鉆孔將填料自上而下依次填充夯實(shí)。

（2）如果巖體較為破碎，或者溶洞內(nèi)的填充物呈現(xiàn)流塑或者軟塑，可以采用高壓注漿法，將水泥漿液或者其他加固漿液壓向溶洞內(nèi)以提高填充物的強(qiáng)度。

（3）對(duì)規(guī)模較大的溶洞和多層溶洞，樁基持力層的穩(wěn)定性和承載力不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，可將護(hù)筒穿過(guò)溶洞，嵌套在巖面上，鋼護(hù)筒跟進(jìn)法一般與回填法或注漿法結(jié)合使用，確保施工順利進(jìn)行。

3.2 溶洞處理工法及流程

根據(jù)溶洞樁基特點(diǎn)，利用超前鉆對(duì)每一根樁的地層情況、溶洞位置、大小、洞內(nèi)狀況等要素進(jìn)行針對(duì)性的方案處理。根據(jù)超前鉆地質(zhì)柱狀圖、樁基溶洞底板厚度等對(duì)嵌巖深度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

處理流程：超前鉆探資料確認(rèn)→收集樁周邊影響因素→設(shè)計(jì)確定樁長(zhǎng)→四方現(xiàn)場(chǎng)確定施工方案→技術(shù)交底→前期準(zhǔn)備→施工處理→成孔成樁。

根據(jù)地鉆孔柱狀圖判別土層中易塌層（淤泥、粉質(zhì)黏土、砂土、粉土、卵石土）位置及厚度、溶洞地層位置、空洞大小、有無(wú)填充物等實(shí)際情況，在不同的地質(zhì)情況下考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，采用單個(gè)或綜合的溶洞處理工法，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的。

（1）大溶洞處理工法：?jiǎn)螌愉撟o(hù)筒跟進(jìn)到頂層溶洞巖面，采用小直徑?jīng)_擊錘低幅高頻擊破溶洞頂巖層，再用適徑?jīng)_擊錘擴(kuò)孔，成功后向溶洞內(nèi)反復(fù)拋填片石黏土塊，必要時(shí)加投袋裝水泥，直到不再下沉為止。

（2）串珠型溶洞部分及既有通車(chē)線路附近溶洞處理工法：雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)，外護(hù)筒直徑比樁徑大40 cm，其余處理同上。在溶洞頂板50～80 cm位置時(shí)采用沖擊錘先把洞頂擊穿讓內(nèi)護(hù)筒落到溶洞的底板面以下5～10 cm。

（3）河灘段溶洞工法：先采用靜壓注漿預(yù)處理技術(shù)處理表層細(xì)砂層，然后采用雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目對(duì)巖溶地區(qū)橋梁樁基的設(shè)計(jì)流程和施工方法進(jìn)行探討，總結(jié)了溶洞地質(zhì)橋梁樁基的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及樁基施工過(guò)程中溶洞處理方案、施工工法和施工流程，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁樁基的設(shè)計(jì)和施工具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際工程意義，也為巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)和溶洞處理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁道先.現(xiàn)代巖溶學(xué)在中國(guó)的發(fā)展[J].地質(zhì)論評(píng)，2006（6）：733-736.

[2]公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：JTG 3363-2019[S].