[12-11 17:01:08] 来源：http://www.tmgc8.com 桥梁工程 阅读：3176次
摘要:白洋河大桥位于长江南岸喀斯特地貌岩溶发育地区，工程地质条件非常复杂。通过对该大桥桩基的设计和施工控制，积累了从地质勘察到设计及施工各阶段的宝贵经验，文章介绍的内容对类似地区桥梁工程的勘察、设计和施工有很好的借鉴作用。
关键词:岩溶;逐桩钻探;桩基设计;施工控制
1 工程概况
白洋河大桥位于318国道池州市城区绕城道路上，自东向西分别横跨老白洋河和新白洋河。桥梁跨径布置为主桥采用36m+55m+36m变截面预应力混凝土连续箱梁，东侧引桥采用6跨30m一联先简支后连续预应力混凝土小箱梁。西侧采用15跨30m先简支后连续预应力混凝土小箱梁，五跨一联。设计桥梁全长764.66m。主桥桥墩采用无帽梁双柱接承台下设钻孔灌注桩群桩基础，柱径1.8m，桩径1.2m，过渡墩采用帽梁双柱接承台下设钻孔灌注桩群桩基础，柱径1.6m，桩径1.2m。
工程地质勘察报告表明该桥位于岩溶发育地区，岩溶地貌又称为喀斯特地貌，是由于可溶性岩石(主要为石灰岩)受水溶解而发生的溶蚀、崩塌、陷落、堆积而成的。常见的岩溶现象有溶洞、溶槽、溶沟、石柱、石芽、石针、石笋、孤峰、石林、暗河等。岩溶地区的地形地貌异常复杂，因此导致桥梁基础的设计和施工难度大。
2 工程地质钻探及地质状况
2.1 逐桩钻探法
岩溶发育地区的桥梁桩基勘探，应以查明岩溶发育的程度和岩溶形态的空间分布规律为目的。在对本桥桥址处进行详细工程地质勘察钻探的过程中发现，桥梁位于灰岩地区，地层分布自上而下主要为:①粘性土和砂土;②卵石土;③灰岩。下覆灰岩主要为石灰岩、白云岩，是可溶性岩石且岩体裂隙发育，岩面起伏大，钻取的岩芯中有发育溶洞，会形成岩溶地貌。
岩溶地区的地形地貌异常复杂，岩面犬牙交错、高低不平，工程地质条件极差，仅靠少量钻孔揭示很难弄清岩溶的发育情况，鉴于此，在设计初期提出对桥位处进行详细勘探，全面探明桥位处岩溶发育情况，合理选择桥梁跨径布置，以便桥梁桩基础尽量避开下卧大型溶洞地段，并在此基础上按布置的跨径逐桩进行工程地质钻探，逐桩钻探法能从一定程度上查明桩基范围内岩溶的发育情况，探清楚岩面的理深等地质条件，并据此研究桩基布设，为桩长设计提供可靠的依据，同时对每根桩基的施工起到超前预报的作用，使桥梁下部结构设计更加科学、经济、合理，为以后类似地区桥梁设计积累了宝贵的经验。
2.2 岩溶
场地灰岩理藏于地面以下12.0～25.9m，为理藏型岩溶，岩面起伏不平，高差较大。岩溶形态主要为溶洞、溶隙、溶蚀裂隙，所见溶洞多属裂隙状溶洞，溶洞（隙）的发育、分布无规律，方向呈多方位，洞的大小不一，最大的顶底板间距5.3m，最小的仅有十几厘米，
有的地方多层溶洞分布在不同的平面上。溶洞多被含碎石粘性土充填，少量无充填，充填物为可塑～软塑粘性土混碎石。
根据钻孔资料，可将场区岩溶地质发育情况初步划分为二个区域:
（1）岩溶较发育区（Ⅱ分区），分布于6#～9#墩，溶洞似层状分布，洞穴多扁平状，洞穴高度为1.2～5.3m，洞穴填充物多为软塑～硬翔状粘性土，含少量碎石。岩溶裂隙较发育，局部地段很发育，部分裂隙贯通性好。
（2）零星岩溶区（Ⅲ分区），分布于1#～5#墩、10#～21#墩，溶洞分布不集中，洞穴高度0.5 ～1.0m，成单体状，承多层岑星分布。岩溶裂隙较小，多充填粘性土，多数裂隙呈闭合状。
3 桥梁桩基设计
不良地质构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏，岩溶地区的桩基设计问题就成为工程建设中的突出问题。
3.1 桩基形式的选取
对于桩位下较深范围内有密集型溶洞和完整岩性埋置较深的地质情况，或者溶洞分布较浅、顶板较薄无法满足嵌岩桩要求时，可考虑采用摩擦桩，并应考虑基础的不均匀沉降。顶面岩溶层与桩之间应采取隔离措施，不考虑桩身与该顶面岩溶层之间的摩阻作用。
对于置于岩溶地区溶槽或溶沟处的桩基础，当桩穿过溶槽、溶沟内的填充土支立于溶槽底面或溶沟底面的岩层上时，一般按照端承桩来设计，并且不考虑多层岩溶层对桩侧起摩阻作用，仅将这种摩阻作用视作安全储备。通常不仅不应考虑多层岩溶层对桩侧的摩阻作用，www.tmgc8.com
而且在钻孔灌注桩施工过程中应采有效取措施，将多层岩溶层与桩壁之间分隔开，使基桩承受的轴向荷载全部作用于桩底的坚固岩层上，按支立于一般岩层上的柱桩分析方法进行桩的内力分析。桩的轴向容许承载力应根据溶槽或溶沟底面岩层的稳定性(包括强度和缝隙等情
况)确定。
3.2 桩基承载力取值
岩溶地区由于地层岩性软硬不一，溶洞的位置、大小、深浅变化多，设计按照地质勘察提供的一桩一孔钻探资料，进行一桩一分析，根据地下岩溶的变化情况进行桩基设计，设计原则如下:
（1）在零星岩溶区，浅层有溶洞时要求桩基穿过溶洞，桩端置于稳定完整的微风化及新鲜基岩上，下卧基岩若在不小于3倍桩径深度内没有发现溶洞，按端承桩设计，端承力按规范值计取。
（2）在零星岩溶区，浅层有溶洞时要求桩基穿过溶洞，桩端置于稳定完整的微风化及新鲜基岩上，下卧基岩若在1.5～3倍桩径深度内没有发现溶洞，按端承桩设计，端承力按规范值0.5～1的系数内插计取。
（3）在零星岩溶区，浅层有溶洞时要求桩基穿过溶洞，桩端置于稳定完整的微风化及新鲜基岩上，下卧基岩若在0.75 ～1.5倍桩径深度内没有发现溶洞，按摩擦桩设计，桩端承载力容许值按规范值0～1的系数内插计取，溶洞段桩侧摩阻力不计。
（4）在零星岩溶区，下卧基岩若在0.75倍桩径深度内发现溶洞，原则上要求桩基穿过溶洞，若深层还有多层溶洞难以保证下卧基岩厚度时，按摩擦桩设计，不计桩端承载力和溶洞段桩侧摩阻力。
（5）对在岩溶较发育区的桩基础，按摩擦桩设计，溶洞段桩侧摩阻力不计。
对于桩基承载力的计算方法，可查阅我国交通运输部部颁标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)中关于摩擦桩和端承桩的承载力计算方法。
3.3 桩基负摩擦力
一般地基土石在扰动之后都会在自重的作用下固结下沉，特别是由丁大量开采地下水而导致地基软弱层相对桩基固结下沉，因而产生一个向下的摩擦力，即负摩擦力，从而增加了桩基所承受的轴向荷载，甚至可能导致桩基破坏。因此在设计时应重视桩基负摩擦力的影响，并且在施工时考虑在中性点(负摩擦力和正摩擦力分界点)以上用油毛毡或钢套管(管内抹油)作隔离层，消除负摩擦力的影响。
4 桥梁桩基施工控制
岩溶地区桥梁桩基础施工钻进遇到溶洞、溶隙、斜岩、暗河等复杂的不良地质时，漏水、塌孔、缩孔、卡钻、埋钻、偏孔等情况造成成孔困难，灌注混凝土时易发生护壁坍塌造成混凝土流失问题，引起成桩困难等等诸多不利因素。为了保证工程质量和安全，桩基施工前进行周密地部署，制定详细的施工预案，施工中密切注意现场岩溶的变化情况，采取不同的处理措施。
（1）每根桩必须用地质钻机钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。
（2）在钻孔灌注桩桩基施工时，应对溶洞进行处理：当溶洞体积较小时，直接加泥浆，保持孔内水位的压力，防止塌孔，然后抛片石，继续施工；当溶洞体积较大，覆盖层较厚，地面无塌崩时，可加入钢护筒到溶洞层，以隔绝溶洞，防止灌注混凝土时大量流失。
（3）由于钢护筒过短，没有穿透砂砾和卵石层落在不透水层上，当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，砂砾和卵石层失去稳定，形成漏斗状的坍孔。当成孔深度不大时，可全孔回填粘土和片石，在暂停一段时间后，再深埋钢护筒至不透水层方可重新钻孔；当成孔深度较大时，可将钢护筒一直座落在坍孔的喇叭口下缘的不透水层上，护筒周围回填干粘土，挤实后，再重新钻孔。坍孔后，由于回填土的密实度低于原来土体的密实度，致使桩周摩阻降低，对于摩擦桩应适当增加桩长以满足设计要求。
（4）桩基成孔后的清孔过程中，既要注意清孔的质量，保证孔底沉渣厚度在规范设计图允许范围之内，又不能拖延时间，要及时灌筑混凝土，以防在换浆清孔过程中，溶洞内的填充物再次涌入孔内，特别有水流动的溶洞区。对较深桩，从冲孔到灌筑混凝土时间间隔较长的桩沉淀较厚，清孔方法一般应采用掏渣法、换浆法、喷射法3种方法配合清孔。首先，用掏渣法粗略清孔，然后，用换浆法清孔，钢筋笼下放完毕再用喷射法清孔。较浅桩，钢筋笼下放时间短，仅用换浆法清孔就可以了。www.tmgc8.com
（5）钻孔灌注桩施工出现泥浆渗漏及混凝土流失时，可在打穿溶洞出现漏浆之前，准备大量粘土，用水泥袋装好，并封口备用。对于大溶洞漏浆，一旦出现大量漏浆，整袋粘土抛入孔内，在填粘土包时，分层加入一定量的整包水泥，回填高度超过漏浆位置高度，然后
轻放下重锤挤压粘土包及水泥包，使之充填溶洞缝隙之中，再用重锤轻打，使水泥和粘土混合，形成水泥土浆，并挤进孔周围的粘土及水泥包之间或挤进岩溶缝隙之间，一旦孔内成浆之后，需停工12h，待水泥土凝固，且具有一定强度，在桩孔周围形成了一水泥土护壁层，保证能正常向下施工时，再进行冲击成孔。小裂隙的漏浆，粘土可不必装袋，可直接倒入孔内，水泥需整袋抛入，使其沉底，操作方法同上。当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时，重复上述工作，直到完成一个桩孔为止。这样施工的结果可以堵住漏浆，堵住溶洞，保证泥浆质
量且能正常返浆，正常进尺，同时在灌注混凝土时，不会出现大量超灌。
（6）埋钻是钻孔中常见的而不易处理的故障，主要是由于孔壁塌陷造成的。在岩溶地层钻孔，钻孔穿越的溶洞顶板较薄、埋深较浅时，由于冲程过大，砸击溶洞顶板就可能出现溶洞坍塌，地表下陷，施工不慎便会发生掩埋钻头的情况。主要采用的预防措施是穿越溶洞时改用小冲程钻进，防止击垮溶洞顶板，并准备好拖拉设施，系好滑车钢丝绳，做好钻机撤离准备。
（7）为确保桩基质量，墩台桩基施工时应充分重视动态设计，可采取“一桩一报”制度，即监理、施工单位在桩孔钻进过程中详细记录施工过程及各种异常情况（孔口周边地面有无塌陷；钻孔起始时间及各地质层钻进速度；溶洞填充处理方式；施工中揭示的各地质岩土层是否与地勘资料相符等），以书面形式报至建设、设计单位，经各方最终协调认可后方可终孔或根据实际情况调整优化设计。“一桩一报”制度对消除特殊情况，确保桩基施工质量能起到不可估量的作用。
（8）因岩溶现象的复杂性，即使进行一桩一孔勘察，仍然会有岩溶洞穴、裂隙未被查明，因此在桩基施工时应进一步加强检测、监控。
5 结语
