摘要:本文通過對某鐵路大橋溶洞樁基設計及施工,結合巖溶地質發育形態,總結巖溶發育地區橋梁基礎地質勘探、洞頂板安全厚度計算,并對樁基設計及施工等應注意的問題進行了詳細的闡述.
　　關鍵詞:巖溶地區，樁基礎設計，樁基施工
　　一工程概況
　　在我國西南地區修建鐵路、公路,不可避免地會遇到巖溶地基。對于巖溶發育地區的樁基,如何準確確定樁基持力層高程,如何在樁基設計、施工過程中確保樁基工程質量,如何采用安全、經濟、合理的樁基設計及溶洞處理方案,是樁基設計人員普遍關注的問題。
　　本文以某穿越巖溶地區的鐵路大橋樁基礎的設計及施工為例,探討巖溶地區橋梁樁基礎設計及施工的技術措施。該橋橋區地質條件復雜,基巖起伏較大,巖溶極為發育,存在暗河和多層溶洞。根據地質鉆孔揭露,橋區上覆地層為第四系沖積層,下伏基巖為石炭系灰巖,地層自上而下可分為:①第四系沖積層,亞粘土、粉細砂、圓礫卵石層交錯分布,層厚1.6～10.9m;②強風化頁巖,半巖半土破碎塊狀,層厚3.20～32.2m;③弱風化灰巖,巖芯呈碎塊狀,裂隙發育,層厚1.10～5.00m;④微風化灰巖,塊狀構造。節理裂隙發育,溶隙及溶洞極發育。本區溶洞層數最多達11層,一般在7～8層,溶洞最高約10m。全橋30根樁基處于溶洞區,在樁基施工過程中增加了10根溶洞樁基。
　　二溶洞本身存在的問題解決
　　溶洞問題的存在本身就有三大難點期待解決:
　　2.1溶洞的孔壁情況以及大小、位置不清等會對沖擊鉆頭運行情況造成隱患,如卡鉆、掉鉆等;
　　2．2溶洞的連通情況無法準確了解,這會造成孔內泥漿急劇下沉,鉆孔過程中的內外水頭失去平衡,有可能造成孔壁坍塌事故的發生;
　　2.3溶洞的走向不明,加上施工超前鉆只能在樁位以外進行地質層的揭示,從某種意義上來說,勘探資料無法提供準確的地質分布狀況,正是這種模糊的參考資料,造成施工中極大的盲目性。
　　傳統的地質鉆探方法在非灰巖地區、巖溶不發育地區,因地質勻質性較好,作為判明地基承載力,地質分層情況的方法是十分有效的、可行的;但是,在巖溶發育地區,該方法卻存在一定的局限性,地質鉆孔取樣所提示的地質條件并不能完全反映樁位處巖溶、裂隙的發育狀況。因此,在初勘階段,地質部門就應采用鉆探與物探相結合,物探的優點是效率高、成本低、儀器和工具比較輕便、探測的范圍比較廣而全。雖然物探較難得出肯定的結論,但通過物探,對整個場地的地質有了較全面的了解,初步探明地質異常區,再與鉆探相結合,對指導地質判斷,合理布置鉆孔、減少鉆探工作量等方面能起到良好的作用。由于巖溶發育規律性不強,加上鉆探本身也存在較大的局限性,初勘階段的工作重點應放在探明巖溶發育強度及分布規律上,而不要過多地考慮橋梁樁基的具體位置。建議在巖溶發育地區,應根據橋梁跨徑、巖層分布等情況選擇合適的物探方法進行補充勘探,以做到經濟、合理、安全、可靠地探明樁位處的地質,確保工程安全。
　　樁基施工前,對樁基穿過石灰巖地層的溶洞分布情況,特別是每根樁基深度范圍內溶洞分層高程、填充體、暗河水流情況的地質資料勘探清楚,盡可能做到每根樁基1孔或多孔鉆探;若對大直徑樁巖溶情況難以判斷,每樁須鉆2個或3個地質孔,探明設計樁位與溶洞的關系,如溶洞分布面積大、層數多豎向溶溝,為減少施工難度和投資,可加大橋梁跨度,減少樁基工程。
　　由該橋的勘探實踐證明,由于樁基直徑遠大于地質勘探孔直徑,個別未進行物探,僅按逐樁鉆孔勘探橋梁的溶洞樁基,并不能完全揭示巖溶發育與分布規律,對于直徑1.5m以上的樁基,必要時可用一樁三孔查明溶洞分布情況,并在樁基孔施工中,基巖面露出后,在其四周布孔,準確查明樁基直徑范圍內一定深度的巖溶發育情況。
　　三設計體會
　　3.1針對樁位下較深范圍內,有密集型溶洞和完整巖性埋置較深的情況,或者溶洞分布較淺、頂板較薄無法滿足嵌巖樁要求時,可考慮采用摩擦樁,并應考慮基礎的不均勻沉降。此時,頂面巖溶層與樁之間亦應采取隔離措施,不得考慮樁身與該頂面巖溶層之間的摩阻作用。置于巖溶地區溶槽或溶溝處的樁基礎,當樁穿過溶槽、溶溝內的填充土支立于溶槽底面或溶溝底面的巖層上時,不應考慮多層巖溶層對樁側起摩阻作用,僅將這種摩阻作用視作安全儲備。通常不僅不應考慮多層巖溶層對樁側的摩阻作用,而且在鉆孔灌注樁施工過程中應采取措施(例如采用麻布或油毛氈作隔層),將多層巖溶層與樁壁之間分隔開,使基樁承受的軸向荷載全部作用于樁底的堅固巖層上,可按支立于一般巖層上的柱樁分析方法進行樁的內力分析。樁的軸向容許承載力應根據溶槽或溶溝底面巖層的穩定性(包括強度和縫隙等情況)確定。
　　3.2巖溶地區的巖石裂隙發育,賦存豐富的裂隙水和巖溶水,樁基施工可能會出現滲水、漏漿,樁底沉淀土難以清除,在設計中應不計樁尖抗力的作用,以策安全。
　　3.3設計時應重視樁基負摩擦力的影響。一般地基土石在擾動之后都會在自重的作用下固結下沉,特別是由于大量開采地下水而導致地基軟弱層相對樁基固結下沉,因而產生一個向下的摩擦力,即負摩擦力,從而增加了樁基所承受的軸向荷載,甚至可能導致樁基破壞。因此施工時,考慮在中性點(負摩擦力和正摩擦力分界點)以上用油毛氈或鋼套管(管內抹油)作隔離層,消除負摩擦力的影響。克服負摩擦力的方法與解決巖溶層樁基破壞方法相似,但本質不同。
　　3.4對于采用的嵌石樁,無論公路橋規或鐵路橋規,對樁底以下完整基巖的厚度,均未作規定。而采用物探方法僅能探明4～5m深的范圍,給巖溶地區樁基的設計帶來一定的困難。因此,要結合實際情況,采用適當的樁基形式和計算方法。當橋梁墩臺下地基有呈上下成串分布的溶洞時,在充分探明溶洞最下層分布的前提下,宜采用直徑≮1.5m的鉆孔樁。若上面成串分布的溶洞均較小,且有填充物時,可在鉆孔至空洞時,先行壓漿加固填充,待其凝固到一定強度后再依次往下鉆孔壓漿,直至按摩擦樁計算所需的樁長。
　　3.5由于巖溶發育造成的復雜工程地質條件,因此橋梁設計時的有關地基設計參數如何取值一直為設計者所關注。合理的參數值,既可保證橋梁工程的質量,又可降低工程造價。以樁基容許承載力的取值為例。
　　當巖溶層上覆土層較厚,利用上覆土層作樁基持力層時,容許承載力按摩擦樁軸向受壓的容許承載力計算方法計算。當樁基支承于厚度不小于6.0m的溶洞頂板上時,容許承載力按柱樁軸向受壓的容許承載力計算方法計算,同時注意樁的鄰近巖溶情況,分析判斷頂板的穩定性。

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