鄒霖，鄧宏斌（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,昆明650011）

山區(qū)高速公路溶洞發(fā)育區(qū)的橋梁樁基設(shè)計(jì)

鄒霖，鄧宏斌
（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,昆明650011）

在溶洞發(fā)育地區(qū)高速公路施工時(shí)，溶洞會(huì)對(duì)橋梁樁基承載力造成比較大的影響。溶洞發(fā)育地區(qū)施工時(shí)，常常會(huì)引起卡鉆、斜樁、塌孔、擴(kuò)孔、埋鉆等問(wèn)題。為了保證施工質(zhì)量，需要合理地進(jìn)行山區(qū)高速公路溶洞發(fā)育區(qū)的橋梁樁設(shè)計(jì)。論

文以實(shí)際工程為例，分析了巖溶對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的影響，然后結(jié)合工程的實(shí)際情況對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)橋梁樁基的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討分析。

山區(qū)高速公路；溶洞發(fā)育區(qū)；樁基設(shè)計(jì)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.026

1　工程概況

K41+213核桃溝1號(hào)大橋位于瀘西縣核桃溝老寨，公路橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為I級(jí)，橋面的凈寬度為2伊11m,全橋左右幅各3聯(lián)：3伊29.5m+5伊29.5m+3伊29.5m，共6聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)使用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁。

2　橋梁樁基受巖溶的影響

2.1巖溶的實(shí)際變化

由于溶洞形式繁多，其主要包括大溶洞、巖面斜面陡坎、斜面溶洞、半邊溶洞、石柱、石筍以及溶溝槽等多種結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

圖1　鉆孔內(nèi)斜面陡坎、石筍、溶溝等示意圖

2.2溶洞對(duì)通過(guò)橋梁造成的影響

在橋梁實(shí)際施工過(guò)程中往往會(huì)受到巖溶的巨大影響，巖溶更會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性以及施工造成極大的影響作用，其表現(xiàn)主要是地基出現(xiàn)不均勻沉降。巖溶巖面的變化往往會(huì)使得上層覆蓋土質(zhì)產(chǎn)生壓縮變形，進(jìn)而使得水平方向上的土層厚度產(chǎn)生較大變化。對(duì)于土層較厚的溶槽來(lái)說(shuō)，由于下部依然存在軟土，使得地基的不均勻性進(jìn)一步加強(qiáng)。而灰?guī)r溶洞的塌落使得巖體洞穴頂板會(huì)隨著溶洞的不斷發(fā)育而產(chǎn)生變化，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低甚至出現(xiàn)局部塌落現(xiàn)象。當(dāng)淺埋、扁平狀、較大跨度的洞體等受到損傷時(shí)，多種結(jié)構(gòu)面將會(huì)被切割，從而對(duì)上部基礎(chǔ)產(chǎn)生巨大威脅。由于地下水不易排出，使得巖溶水的動(dòng)態(tài)變化對(duì)深水區(qū)域的橋梁安全性產(chǎn)生極大威脅。受到巖溶實(shí)際地形、位置、大小等多種不確定性因素的影響，在深水橋梁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)突然失水、滲漏、掉鉆、卡鉆、偏孔以及彎孔和混凝土實(shí)際澆筑量急劇增加的多種潛在風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3　巖溶發(fā)育區(qū)域橋梁樁基方案的設(shè)計(jì)

3.1制定樁基設(shè)計(jì)方案的重要性

在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果端承樁所處的位置為巖溶區(qū)時(shí)，一般會(huì)考慮將樁基直接穿過(guò)溶洞或者借助溶洞頂板的承載能力使其成為樁基持力層，而最終的選擇必須借助專業(yè)人員通過(guò)計(jì)算和分析完成。受到工程設(shè)計(jì)工期和施工任務(wù)的限制，一般采取直徑為溶洞頂板厚度5倍以上的樁基進(jìn)行支撐，倘若難以滿足該種條件要求，則應(yīng)當(dāng)借助樁基穿過(guò)溶洞嵌入下層基巖的方式進(jìn)行施工。但此時(shí)的樁身長(zhǎng)度太長(zhǎng)，使得施工難度增加，更造成了工程資源的巨大浪費(fèi)[1]。若樁基沒(méi)有穿透下層溶洞，頂板厚度較小，則會(huì)在上部長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下出現(xiàn)頂板破裂的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)橋梁沉降過(guò)大或者不均勻沉降，甚至?xí)斐纱髽虻顾?。只有設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)能夠根據(jù)詳盡的地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，定制出適合于當(dāng)前區(qū)域地質(zhì)情況的地質(zhì)設(shè)計(jì)施工方案，才能夠在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)減少經(jīng)濟(jì)投入。

3.2安全厚度的確定

在進(jìn)行巖溶區(qū)域樁基基礎(chǔ)持力巖層的安全厚度估測(cè)時(shí)，通常會(huì)將持力層看做一個(gè)剛性底板，其實(shí)際受力將全部來(lái)自于樁基基礎(chǔ)的垂直性載荷。根據(jù)相關(guān)施工規(guī)定進(jìn)行計(jì)算便可以獲得持力層頂板的實(shí)際獲得，如圖2所示。

豎向承載力計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)td為樁底豎向受力值；βh為截面高度影響系數(shù)；ftd為持力層巖石抗剪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值；σpc,m為設(shè)置有預(yù)應(yīng)力鋼筋板截面上預(yù)加力造成的混凝土有效平均壓力；Um為距離集中反力作用面h/2處被破壞的錐體截面面積的周長(zhǎng)；h為頂板有效厚度；r0為結(jié)構(gòu)重要系數(shù)值，取1.0。

圖2　嵌入溶洞頂板的樁基模型圖

結(jié)合實(shí)際測(cè)量得到的地質(zhì)情況，ftd偏安全取值0.8MPa，應(yīng)力擴(kuò)散角取45毅。對(duì)樁底豎向位置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證安全，樁底極限抗壓強(qiáng)度取值為30MPa。那么樁底豎向力設(shè)計(jì)值大小為：

把上述得到的數(shù)值帶入到公式中后計(jì)算得到h逸2.8d，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以得出當(dāng)樁端下部溶洞頂板的厚度為樁徑2.8倍時(shí)，溶洞頂扳的承載力可以滿足樁身豎向荷載的要求。

3.3保證嵌巖深度的合理性

根據(jù)施工圖要求，樁基嵌入到巖層的深度要超過(guò)樁徑2倍，該種要求對(duì)于強(qiáng)巖溶區(qū)域樁底標(biāo)高的確定產(chǎn)生了極大影響[2]。按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD 63—2007）中的要求驗(yàn)證嵌巖深度。通過(guò)豎向承載力和樁身穩(wěn)定性對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)合理的嵌巖深度不但保證了整體結(jié)構(gòu)的安全性，還加快了工程建設(shè)速度，節(jié)省資金投入。

經(jīng)過(guò)樁基擴(kuò)大基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)形式改變以及橋梁更改道路等多種優(yōu)化設(shè)計(jì)后，總工程全線減少樁基141根，使得工程的總體質(zhì)量和安全得到了有效保證。另外，采用該種方式加快了工程實(shí)際建設(shè)速度，減少了樁基溶洞處理的相關(guān)費(fèi)用。因此，采取優(yōu)化設(shè)計(jì)在避開(kāi)樁基溶洞的過(guò)程中獲得了較為顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行巖溶地區(qū)的公路橋梁樁基施工時(shí)，設(shè)計(jì)單位要在設(shè)計(jì)初期階段分析溶洞的分布規(guī)律以及溶洞的發(fā)育形狀。在進(jìn)行施工時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)定要求計(jì)算樁基受力情況。根據(jù)本文中的計(jì)算方法確定樁底持力層標(biāo)高，保證施工的安全性。在實(shí)際施工時(shí)，當(dāng)遇到比較復(fù)雜的樁基溶洞時(shí)，設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真檢查樁基實(shí)際開(kāi)挖情況，并充分利用地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆等措施調(diào)整樁基長(zhǎng)度。本工程項(xiàng)目施工完成后，通過(guò)進(jìn)行靜載試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)單位的方案是合理的、安全的。

【1】陳偉.巖溶山區(qū)高速公路橋梁樁基施工技術(shù)應(yīng)用探討[J].山西科技，2010(6)：72-73.

【2】王春武.高速公路隧道開(kāi)挖方案與支護(hù)方案類型及方案確定探析[J].四川建筑科學(xué)研究，2014（4）：201-205.

Design of Bridge Pile Foundation in Karst Area of MountainousExpressway

ZOULin,DENG Hong-bin
（YunnanTraffic PlanningandDesign Institute,Kunm ing 650011，China）

In thedevelopmentofkarstcavearea to carry outthe construction of thehighway,the cave w ill havea large impact on the bearing capacity of the bridge pile foundation.Karst development area construction,often caused by drilling,inclinedpile,holecollapse,ream ingandburyingetc..Inordertoguaranteetheconstructionquality,thedesignof thebridgepilein thekarstareaofmountainousexpressway isneeded.Taking thepracticalengineeringasanexample,this paperanalyzes the influenceofkarston theengineering structure,and then discusses thedesignmeasuresofbridgepile foundationinkarstarea.

mountainhighway;karstarea;designofpilefoundation

U412.36+6;U443.15

B

1007-9467（2016）11-0092-02

鄒霖（1982～），男，云南昆明人，工程師，從事道路橋梁設(shè)計(jì)與研究。

2016-04-22