文/趙睿、趙康

1 前言

在對(duì)橋梁樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，查明地下巖溶分布及其發(fā)育程度，確定適宜的樁基類型及其豎向承載力，以此保證樁基質(zhì)量對(duì)設(shè)計(jì)人員而言是必須引起重視的問題。

2 工程概況

某高速公路地處云貴高原東北部，場區(qū)屬溶蝕-侵蝕低中山地貌單元，屬中等切割的侵蝕-溶蝕中山地貌和溶蝕槽谷及溶蝕峰叢相間地貌。場區(qū)地面標(biāo)高介于974.1～1144.7m，相對(duì)高差約170.6m。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬33.5m；荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)；屬于典型巖溶發(fā)育、斜坡地形。

3 設(shè)計(jì)問題

3.1 樁基承載性狀分析

樁基承載性狀分析是指對(duì)巖溶地質(zhì)中樁基受力性能與影響因素的分析。根據(jù)以往研究成果，對(duì)于巖溶地質(zhì)條件下的樁基，其受力性狀主要具有以下特點(diǎn)：首先，樁基的受力性狀與成樁方法、上層巖土特性、樁長與樁徑之比、持力層巖性有關(guān)；其次，龔成中通過對(duì)巖溶地區(qū)樁基承載特性的研究分析指出，對(duì)于樁長和樁徑之比在20 以上的樁，其受力主要是樁側(cè)摩擦力，樁端力相對(duì)較小，即具有摩擦樁特性；再次，對(duì)于樁徑較大但樁長較小的樁，由于變形很小，所以承載力由樁端巖層提供，其受力屬于端承樁或嵌巖樁；最后，樁基承載力會(huì)受到很多因素的影響，如溶洞高程、大小、頂板厚度、邊界條件、裂隙、填充、樁基之間的相對(duì)偏位、圍巖特性等。在實(shí)際的樁基設(shè)計(jì)工作中，對(duì)樁基的受力性質(zhì)進(jìn)行分析，綜合考慮可能對(duì)施樁基受力造成影響的因素，保證設(shè)計(jì)安全性與合理性，是設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注的重點(diǎn)問題，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)所在[1]。

3.2 承載力計(jì)算

規(guī)范針對(duì)樁基提出的承載力，并確定方法有一定適用條件。對(duì)摩擦樁而言，其承載力由兩部分構(gòu)成，即樁側(cè)摩阻力與樁端支撐力。其中，摩阻力和樁基與巖土之間的相對(duì)位移及地層自身摩阻力直接相關(guān)；對(duì)嵌巖樁而言，其承載力由三部分構(gòu)成，分別為上覆巖土的側(cè)摩阻力、進(jìn)入巖層后的摩阻力及樁端巖層提供的端阻力，具體的承載力大小會(huì)受到以下因素的影響：上覆巖土物理力學(xué)特征、樁長與樁徑之比、嵌巖深度、持力層特性。因特殊巖溶的存在，樁基荷載傳遞及受力性狀都不清晰，且承載力計(jì)算不可采用規(guī)范公式進(jìn)行，由此工作人員要做到具體問題具體分析，否則將導(dǎo)致樁基局部破壞。除此之外，在承載力計(jì)算過程中還應(yīng)充分考慮樁基質(zhì)量，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)折減[2]。

3.3 樁基嵌巖深度

《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363－2019）提出，對(duì)于嵌巖深度不超過0.5m的樁，需對(duì)其承載力進(jìn)行適當(dāng)折減，但對(duì)具體深度沒有強(qiáng)制要求，這樣會(huì)給習(xí)慣于采用規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算的人員造成不便；另外，規(guī)范針對(duì)河床巖層有沖刷現(xiàn)象的樁基嵌固給出了明確要求，同時(shí)還提出了嵌巖深度相關(guān)計(jì)算公式。但由于規(guī)范針對(duì)嵌巖樁給出的定義還不夠明確，所以在嵌巖深度上，不同專家及人員有不同的看法，部分專家及人員認(rèn)為增大嵌巖深度能提高樁基承載力，該觀點(diǎn)雖然有試驗(yàn)依據(jù)，但試驗(yàn)和得出的成果都存在一定局限性的，還沒有可大范圍推廣應(yīng)用的依據(jù)；還有的專家及人員認(rèn)為嵌巖深度不能過大，否則會(huì)造成浪費(fèi)，特別是在硬質(zhì)巖層當(dāng)中?；诖?，在設(shè)計(jì)工作中，要根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合包含樁長與樁徑之比、上覆巖土特性與巖層堅(jiān)硬程度等在內(nèi)的各項(xiàng)因素確定適宜的嵌巖深度，這也可能是規(guī)范未對(duì)樁基嵌巖深度給出明確規(guī)定的主要原因，以此給樁基的設(shè)計(jì)人員預(yù)留一定考慮空間；另外，還應(yīng)區(qū)別對(duì)待常規(guī)地質(zhì)條件與巖溶地質(zhì)條件的樁基嵌巖深度，充分考慮巖溶具有的各項(xiàng)特點(diǎn)，保證所確定的嵌巖深度的合理性[3]。

4 設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)

首先，勘察要分成多個(gè)階段進(jìn)行，不同階段有不同的側(cè)重點(diǎn)。在初勘階段，需將側(cè)重點(diǎn)放在巖溶探明上，確定是否有巖溶發(fā)育，為基礎(chǔ)形式的確定提供參數(shù)，主要采用物探的方法，輔以必要的鉆孔；在詳勘階段，需要以初勘成果為基礎(chǔ)，借助不同的物探方法對(duì)整個(gè)場地實(shí)施詳細(xì)物探，以此探明巖溶形態(tài)分布與巖層特性。對(duì)于巖溶發(fā)育地質(zhì)，應(yīng)做到一樁一孔；而對(duì)于巖溶特別發(fā)育地質(zhì)，當(dāng)樁徑達(dá)到1.5m 以上時(shí)，應(yīng)防止“一孔之見”導(dǎo)致誤判，并且在現(xiàn)場勘查過程中還必須嚴(yán)格遵循各項(xiàng)規(guī)程與工藝要求開展原位測試，初勘人員與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員都應(yīng)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行查看，同時(shí)和初步設(shè)計(jì)資料及周邊既有建筑現(xiàn)有地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比，有效加強(qiáng)地質(zhì)研究工作，整體把握?qǐng)龅貛r溶，繪制橫縱剖面圖，為設(shè)計(jì)人員提供可靠的地質(zhì)資料[4]。

充分研究地質(zhì)勘察資料，明確巖溶狀況，優(yōu)化初步設(shè)計(jì)所選基礎(chǔ)形式，優(yōu)先考慮群樁基礎(chǔ)，防止與溶洞接觸，對(duì)經(jīng)過長時(shí)間地質(zhì)作用達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的土體造成擾動(dòng)，避免巖溶和地基處理過程中周邊環(huán)境或原巖土體出現(xiàn)新問題，導(dǎo)致施工難度提高和投資增加[5]。

根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合樁基受力情況，按照預(yù)估樁長、樁底標(biāo)高及持力層對(duì)樁基的受力性狀進(jìn)行分析。若溶洞的埋深相對(duì)較大，樁底處在巖土層中，與溶洞之間的距離較遠(yuǎn)，在總承載力中，樁側(cè)摩擦力占據(jù)較大比重，則按照普通地質(zhì)條件進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)即可。在巖溶地質(zhì)條件中，經(jīng)常出現(xiàn)以下兩種情況：在樁基預(yù)估過程中，樁底需要進(jìn)入溶洞中，溶洞埋深較淺，其頂板厚度較薄，樁基嵌巖深度不足；溶洞的分布較為密集，呈串珠狀，厚度足夠且完整、穩(wěn)定的基巖埋深較大。針對(duì)以上兩種情況，建議按照摩擦樁來設(shè)計(jì)，此時(shí)要注意應(yīng)采用壓漿等方法處理溶洞，使其達(dá)到密實(shí)度要求，同時(shí)還要有足夠的強(qiáng)度[6]。

張建華通過對(duì)巖溶區(qū)橋梁樁基樁長確定方法的研究分析指出，若預(yù)估的樁底標(biāo)高可以達(dá)到抗壓強(qiáng)度為8MPa 以上的基巖，則樁基設(shè)計(jì)可以按照嵌巖樁進(jìn)行，同時(shí)以巖層傾斜度為依據(jù)，將嵌巖深度確定為三倍樁徑。當(dāng)樁底部在溶洞頂板或從多層溶洞中穿過以后仍無法從所有溶洞中穿過，且需要放置在厚度較大的溶洞頂板處時(shí)，若溶洞頂板上有裂隙發(fā)育，則在樁基設(shè)計(jì)過程中按照摩擦樁進(jìn)行計(jì)算；若頂板完好，則樁基設(shè)計(jì)要按照嵌巖樁進(jìn)行；另外，在設(shè)計(jì)過程中需將穿過的巖溶層提供的側(cè)摩阻力作為安全儲(chǔ)備。由于裂隙水具有一定溶蝕作用，可能導(dǎo)致清孔不徹底或巖層承載力較低，因此巖石強(qiáng)度要按照不超過七折選取，并嚴(yán)格控制樁端支撐力所占比例；對(duì)于樁基穿過的小溶洞，應(yīng)采用壓漿的方法進(jìn)行加固，而對(duì)于無法處理的大溶洞，則需要在施工過程中設(shè)置內(nèi)護(hù)筒；對(duì)于嵌巖深度，應(yīng)達(dá)到三倍樁徑以上，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)溶洞頂板穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)頂板的實(shí)際傾斜情況，避免樁基底部局部受力[7]。

處于同一承臺(tái)的樁基，其樁長不能有太大的差別，而且不能混用摩擦樁和嵌巖樁，否則就會(huì)導(dǎo)致樁基之間存在很大的剛度差，進(jìn)而引起受力偏差，導(dǎo)致部分樁由于受力過大而破壞。在確定最終的樁長與樁底標(biāo)高時(shí)，不僅要充分考慮以上問題，還應(yīng)結(jié)合相鄰其他鉆孔的實(shí)際情況。

在施工圖中，應(yīng)寫明現(xiàn)場鉆孔和設(shè)計(jì)資料之間的對(duì)比結(jié)果，嚴(yán)格控制樁底沉渣厚度，采用適宜的方法探明樁底下部一定深度范圍內(nèi)的巖層情況，同時(shí)安排專人對(duì)樁底部的巖石質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)單位進(jìn)行調(diào)整；另外，還應(yīng)寫明正式施工開始前應(yīng)做好的試樁檢測工作，以驗(yàn)證各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)合理與否，承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為施工方法及工藝的選擇奠定良好基礎(chǔ)。在現(xiàn)場施工時(shí)，應(yīng)先對(duì)樁長較大的樁進(jìn)行施工，以此為樁長較小的樁提供可靠支護(hù)；施工中根據(jù)隨時(shí)產(chǎn)生的狀況，調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，這對(duì)保證工程質(zhì)量是十分重要且必要的。

5 結(jié)語

綜上所述，巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)和普通地質(zhì)條件橋梁樁基設(shè)計(jì)存在很大不同，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告對(duì)樁基受力性狀進(jìn)行仔細(xì)分析，并在必要的情況下結(jié)合理論、數(shù)值與試驗(yàn)分析，確定適宜的樁基形式。計(jì)算既要參照規(guī)范，又不能拘泥于規(guī)范，做到具體問題具體分析，選擇正確的計(jì)算參數(shù)，在計(jì)算與設(shè)計(jì)中考慮周全，按照以上原則確定各樁的樁長及持力層。若樁底處在溶洞的頂板，則應(yīng)按照摩擦樁與嵌巖樁對(duì)樁基承載力進(jìn)行校驗(yàn)，在保證嵌固深度的基礎(chǔ)上，采用可靠的方法對(duì)頂板穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用比一般地質(zhì)高一個(gè)等級(jí)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)；另外，還要結(jié)合工程實(shí)際，做好動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，這是設(shè)計(jì)工作的最后一道關(guān)口，相關(guān)人員必須高度重視，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。