王超

（河北廣通路橋集團有限公司，河北 邯鄲 056001）

0 引言

在巖溶地區(qū)公路橋梁建設(shè)中，常遇到樁頂板厚度不足、樁基承載力損失問題，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。為提高巖溶地區(qū)橋梁工程建設(shè)質(zhì)量，必須做好橋梁基礎(chǔ)設(shè)計工作，全面掌握基礎(chǔ)地基持力層地質(zhì)勘察資料，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計方案，確定橋梁基礎(chǔ)形式，確保橋梁基礎(chǔ)施工安全開展，保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1 工程概況

某公路項目全長48.144km，線路經(jīng)過巖溶發(fā)育區(qū)，且前幾年發(fā)生過5.7級地震，導(dǎo)致沿線區(qū)域出現(xiàn)多處地陷。本項目中共有6座橋梁，對橋梁基礎(chǔ)設(shè)計提出了高要求。在公路橋梁設(shè)計中，充分考慮巖溶、巖溶裂隙的實際情況，采用防震、抗震設(shè)計措施，擴大橋梁基礎(chǔ)，優(yōu)化樁基礎(chǔ)設(shè)計方案，以保證樁基礎(chǔ)承載力達到技術(shù)規(guī)范要求。

2 巖溶區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計分析

2.1 擴大基礎(chǔ)設(shè)計

在本項目的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計中，主要采用以下三種擴大基礎(chǔ)設(shè)計，滿足基礎(chǔ)承載力要求。

2.1.1 不加固地基的擴大基礎(chǔ)設(shè)計

本項目線路上設(shè)計一座預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁，橋梁下部構(gòu)造采用柱式墩和肋式臺配擴大基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，橋梁所在地的地層分布亞黏土、黏土和灰?guī)r，局部地層下有溶洞[1]。溶洞上方的頂板巖層完整性較好，土層厚度較厚，故此座橋梁地基不需要加固設(shè)計，只需要通過擴大基礎(chǔ)即可以滿足基礎(chǔ)承載能力要求。

2.1.2 換填加固的擴大基礎(chǔ)設(shè)計

本項目互通立交A匝道上設(shè)計一座跨越河溝橋梁，全長32m，橋梁上部構(gòu)造設(shè)計為簡支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部構(gòu)造設(shè)計為U臺配擴大基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，橋梁工程所在地分布石灰?guī)r溶洞，溶洞基巖表面的軟土層厚薄差異較大、天然含水量偏高、呈流塑狀態(tài)，使得土層的承載力偏低，易引起橋梁結(jié)構(gòu)不均勻沉降。同時，石灰?guī)r溶洞基巖表面的軟土層對地下水變化十分敏感，一旦地下水出現(xiàn)下降，則會消減對軟土層的浮托力，促使軟土層固結(jié)，引起橋梁基礎(chǔ)工程條件變化[2]。因此，針對本橋梁工程采用換填加固地基配擴大基礎(chǔ)設(shè)計。在設(shè)計中，將原地基中的亞黏土換填為砂礫，根據(jù)公式計算出換填厚度和換填量。見式（1）：

式（1）中：H為換填層厚度；Q為換填荷載；[]σ為溶洞填充物的基本承載力，取值為300kPa；b為換填材料頂面寬度，取值為16m；β為換填材料壓力分布角[3]。根據(jù)公式計算得出換填厚度不小于2m，才能滿足地基承載力要求。

2.1.3 砂樁加固的擴大基礎(chǔ)設(shè)計

本項目路線上設(shè)計一座暗板橋，因地基不滿足承載力要求需要采取地基加固措施，由于換填設(shè)計方案中的換填厚度和換填量較大，施工成本較高，不符合工程造價控制要求，所以本橋梁基礎(chǔ)采用砂樁加固設(shè)計。在地基中打入砂樁，并鋪設(shè)土工格柵和砂礫墊層，以達到控制工程成本和滿足地基承載力的要求[4]。在砂樁加固設(shè)計中，砂樁樁徑為0.35m，樁間距為0.9m，砂礫墊層厚度為30cm，鋪裝寬度要大于橋基礎(chǔ)寬度1m。

2.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計

2.2.1 設(shè)計要點

在本項目線路中有一座高架橋跨越房屋密集區(qū)，全長為145m，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，設(shè)置聲屏障，降低噪聲對居民的影響，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、肋式臺配樁基。

（1）在設(shè)計前全面勘查場地巖溶的分布規(guī)律、形態(tài)大小、風(fēng)化程度、填充物狀態(tài)等，為樁基礎(chǔ)設(shè)計提供可靠依據(jù)[5]。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，橋梁位于巖溶區(qū)，主要分布灰?guī)r、角礫土、亞黏土，溶洞中有填充物，填充物呈流塑狀態(tài)，對橋樁基礎(chǔ)安全性造成一定程度影響。在橋樁基礎(chǔ)設(shè)計中，樁長滿足樁側(cè)累計頂板厚度大于3倍的樁徑。

（2）樁基礎(chǔ)設(shè)計考慮樁本身材料強度、上部結(jié)構(gòu)變形值、巖土層支撐力等因素，開展洞穴穩(wěn)定性評價，一般情況下要求樁端下持力層厚度為5～6m。本工程樁端下的持力層厚度不足5m，所以在設(shè)計中要求樁側(cè)累計頂板厚度在5m以上，嵌巖深度為3倍樁徑，將樁尖布置在下層巖層上。

（3）在單樁荷載較大、巖層埋深較淺時，采用嵌巖樁口設(shè)計，合理確定鉆孔布設(shè)數(shù)量；

根據(jù)公式計算出樁底面積，在此計算數(shù)值的基礎(chǔ)上，增大10%～20%，提高樁基礎(chǔ)的承載力。

2.2.2 溶洞處理

（1）在樁基設(shè)計為挖孔樁的情況下，采用雙層護壁法穿過巖溶區(qū)，用磚砌筑外側(cè)護壁，堵住填充物，用混凝土鋼筋作為內(nèi)側(cè)護壁，阻擋流動的填充物，保證施工作業(yè)安全。當(dāng)樁基采用摩擦樁設(shè)計時，無需考慮洞穴周圍的樁側(cè)摩阻力[6]。

（2）在樁基設(shè)計為鉆孔灌注樁的情況下，溶洞處理方法為：當(dāng)溶洞為空洞，內(nèi)有流塑狀填充物且深度不足3m時，需采用靜壓化學(xué)灌漿法固結(jié)填充物，待固結(jié)體達到設(shè)計強度值后再鉆孔施工；當(dāng)溶洞為空洞且深度超過3m時，采用套內(nèi)護筒法，利用內(nèi)護筒穿過溶洞；當(dāng)溶洞為多層溶洞時，受復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，橋梁基礎(chǔ)采用復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計。

2.3 復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計

2.3.1 擴大基礎(chǔ)與樁基復(fù)合設(shè)計

本項目線路中設(shè)計一座橋梁，橋梁穿過一條小河，全長185m，上部結(jié)構(gòu)為9～20m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，橋梁基礎(chǔ)經(jīng)過多種基巖，其中0#～5#與6#～9#墩臺基礎(chǔ)分別處于溶蝕現(xiàn)象發(fā)育區(qū)和砂巖區(qū)。在0#～5#墩臺設(shè)計中，采用復(fù)合式基礎(chǔ)形式，即擴大基礎(chǔ)+樁基，避免樁基處于較薄的地層中影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全性，保證樁基礎(chǔ)承載力達到要求[7]。在6#～9#墩臺設(shè)計中，因墩臺處于較好的地質(zhì)條件，所以采用擴大基礎(chǔ)設(shè)計。

2.3.2 樁基與樁基復(fù)合設(shè)計

本項目橫跨304省道設(shè)計一座橋梁，橋梁凈空為5.2m，全長113m，采用連續(xù)箱梁設(shè)計方案，左半幅為（25+40+25+16）m，右半幅為（16+25+40+25）m。具體設(shè)計要點包括：

（1）橋梁位于左偏圓曲線內(nèi)，曲線半徑為1 150m，采用全橋等寬設(shè)計，橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計成單箱雙室截面，箱梁采用水平底板，頂板橫坡為4%。

（2）在右半幅設(shè)計中，采用等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁構(gòu)造設(shè)計方案，箱梁結(jié)構(gòu)為單箱雙室直腹式，箱梁中心線處的梁高為2.3m，頂、底板寬分別為12.4m、8.0m，翼緣懸臂長為2.2m[8]。

（3）在跨中箱梁設(shè)計中，箱梁頂、底、腹板厚度分別為25cm、22cm、35cm；支點附近的箱梁頂、底、腹板厚度分別為45m、32cm、50cm；將橫隔梁設(shè)置到支點處，邊支點、中支點的橫隔梁厚分別為150cm、200cm。

（3）箱梁頂板布置三片腹板，根據(jù)橋面橫坡確定左右側(cè)腹板高度；箱梁縱向預(yù)應(yīng)力為高強低松弛鋼絞線，鋼絞線φ15.24，張拉控制應(yīng)力為1 425MPa，標(biāo)準(zhǔn)強度為1 750MPa。

（4）橋梁基礎(chǔ)位于多層溶洞區(qū)，土層分布碳質(zhì)灰?guī)r、亞黏土、角礫黏土，因溶洞地質(zhì)情況復(fù)雜，且樁基直徑大于勘探孔徑，故此采用復(fù)合式基礎(chǔ)設(shè)計，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性；橋墩為雙柱式結(jié)構(gòu)，復(fù)合樁基礎(chǔ)直徑分別為2m、1.5m，采用肋板式橋臺設(shè)計，樁基礎(chǔ)為復(fù)合基礎(chǔ)。1.5m樁基主要用于提高橋梁樁基承載力，避免2m樁基處于頂板厚度較薄處影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.4 橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點

2.4.1 鉆孔灌注樁施工技術(shù)

以設(shè)計資料繪制的地質(zhì)剖面圖作為橋梁樁基的鉆孔依據(jù)，對溶洞較大的樁基做補鉆，沿著樁徑周圍補3個鉆孔，探明溶洞的分布情況，為施工措施的制定提供參考。鉆孔樁常用的成孔方法有兩種，一種是反循環(huán)鉆進成孔，另一種是正循環(huán)鉆進成孔。在巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工中，反循環(huán)鉆進成孔的方法應(yīng)用較為廣泛。

（1）反循環(huán)鉆進成孔過程中，埋設(shè)護筒是較為重要的環(huán)節(jié)，護筒的直徑要略大于樁徑，護筒的一端要打入黏土層中，這樣能避免漏水問題的發(fā)生。護筒的埋設(shè)深度以2.0～4.0m為宜，當(dāng)需要將護筒打入砂礫層時，要在護筒外側(cè)回填黏土，并采用分層的方法夯實。埋設(shè)好的護筒要比地面略高出30cm左右。

（2）在無套管的前提條件下開展樁基反循環(huán)鉆孔時，為避免坍孔問題的發(fā)生，應(yīng)采取如下措施：保證孔壁的靜水壓力不低于0.2MPa，護筒內(nèi)的水位要比地下水位高2.0m；孔內(nèi)要有足夠的水壓來穩(wěn)定孔壁；在黏土層在鉆進時，泥漿比重控制在1.02～1.06，砂礫層鉆進時，泥漿比重應(yīng)調(diào)整為1.06～1.10，泥漿比重不宜過大，以免增大鉆進難度，導(dǎo)致作業(yè)效率下降，容易引起堵塞；在砂層中鉆進時，要加入適量的黏土，用于造漿的黏土應(yīng)當(dāng)符合以下規(guī)定要求：膠體率小于95%、含砂率不小于4%、造漿率不小于0.006～0.008m3/kg；鉆孔過程中要確?？變?nèi)的泥漿流速緩慢，并保持適宜的鉆速，鉆進砂層時，要充分考慮形成泥膜所用的時間，鉆進黏土?xí)r，要考慮泥漿泵的能力，避免泥漿的濃度增加。

（3）反循環(huán)鉆孔時，鉆頭不需要每次上下排渣，將鉆桿接長便可完成深層鉆挖。鉆進黏土?xí)r，鉆頭的轉(zhuǎn)速為9～12次/min時，鉆進速度能夠達到3.0～5.0m/min?，F(xiàn)場規(guī)劃布置時，要對沖洗液循環(huán)、排水以及清渣設(shè)備的安設(shè)予以綜合考慮，確保反循環(huán)作業(yè)時，沖洗液能夠循環(huán)通暢，污水可以排放得更加徹底，鉆渣能順利清除。

（4）清水鉆進的過程中，要將沉淀池內(nèi)的鉆渣及時清除；泥漿鉆進時，可使用多級振動篩和旋流除砂器，快速清除鉆渣。其中多級振動篩能夠?qū)α郊哟蟮你@渣進行清除，可以按照鉆渣的粒徑，對篩網(wǎng)的規(guī)格加以確定。需要注意的是，循環(huán)池內(nèi)的沉渣要及時清除。為減小流阻，鉆頭的吸水?dāng)嗝嬉?guī)整、敞開，吸水口的直徑應(yīng)略小于鉆桿的內(nèi)徑[9]。

（5）反循環(huán)通常會在砂石泵啟動后的一段時間內(nèi)進入正常運轉(zhuǎn)，此時可以開動鉆機，以緩慢的速度回轉(zhuǎn)下放鉆頭至孔底。鉆進時，先輕壓慢鉆，待達到正常后，逐步增加鉆速并調(diào)整壓力，避免鉆頭吸口堵塞。同時，要觀察鉆頭的進尺及排渣情況，當(dāng)排渣量減少或是出水中有大量鉆渣時，要對鉆進速度加以控制，避免循環(huán)液比重過大造成反循環(huán)中斷。鉆進的過程中，可以按照地層、樁徑、泵的排量等，對鉆進參數(shù)優(yōu)化調(diào)整[10]。

（6）在砂礫石地層中鉆進時，為避免鉆渣導(dǎo)致管路堵塞的情況發(fā)生，可以通過間斷回轉(zhuǎn)的方法，對鉆進速度加以控制。接長鉆桿時，要先停鉆，將鉆具從孔底提升80～100mm，維持循環(huán)1～2min，然后停泵對鉆桿加接即可[11]。

2.4.2 基樁穿越溶洞技術(shù)

（1）當(dāng)橋梁樁基需要穿越溶洞時，可以采用沖擊成孔工藝，依據(jù)地勘資料中給出的溶洞尺寸，準(zhǔn)備相關(guān)的材料。當(dāng)沖孔至溶洞位置時，泥漿液面快速下降后，可用片石對樁孔回填，從儲漿池向孔內(nèi)補充漿液，待液面穩(wěn)定后，繼續(xù)沖孔[12]。

（2）要對溶洞位置反復(fù)回彈和沖孔，從而使泥、石可以有效封堵溶洞，沖孔時，若是泥漿冒泡或是泥漿面下降的速度較為緩慢，則可判定存在小的溶洞或是裂隙[13]。當(dāng)遇到起伏不平的溶洞底板時，可先使用黏土石塊將孔底填平，以小沖程反復(fù)沖搗，緩慢穿過。

（3）由于溶洞鉆進易出現(xiàn)卡鉆的情況，加之溶洞內(nèi)護比較困難，可能會引起混凝土流失。而沖孔樁具有較強的穿透力，可以比較輕松地穿過溶洞頂板，樁長和樁徑的靈活性比較強[14]。

3 結(jié)語

以設(shè)計資料繪制的地質(zhì)剖面圖作為橋梁樁基的鉆孔依據(jù)，對溶洞較大的樁基做補鉆，沿著樁徑周圍補3個鉆孔，探明溶洞的分布情況，為施工措施的制定提供參考。鉆孔樁常用的成孔方法有兩種，一種是反循環(huán)鉆進成孔，另一種是正循環(huán)鉆進成孔。在巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工中，反循環(huán)鉆進成孔的方法應(yīng)用較為廣泛。

在巖溶區(qū)公路橋梁建設(shè)中，要以深入分析巖溶區(qū)變形特征和破壞機理為前提，準(zhǔn)確掌握樁端持力層厚度，做好橋梁基礎(chǔ)設(shè)計工作，選擇合理的橋梁基礎(chǔ)形式，確保樁基承載力達到技術(shù)規(guī)范要求[15]。在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計中，要結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料進行設(shè)計，合理確定不同類型擴大基礎(chǔ)設(shè)計、復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計方案的選用，保證基礎(chǔ)滿足承載力要求，從而保證橋梁基礎(chǔ)工程質(zhì)量。