摘要：在山區(qū)及地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，大跨徑公路橋梁的建設(shè)施工面臨重大挑戰(zhàn)。為提升橋梁建設(shè)工程的安全性與穩(wěn)定性，文章著重探討了復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑公路橋梁的高質(zhì)量施工技術(shù)，特別聚焦于樁基施工環(huán)節(jié)。針對研究區(qū)域地下溶洞廣泛分布的特點(diǎn)，采用黏土和片巖進(jìn)行回填處理。在施工過程中，結(jié)合普通鉆與旋挖鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，并采用鋼護(hù)筒施工技術(shù)進(jìn)行樁基鉆孔及混凝土灌注。施工完成后，對樁基的沉降性、承載力、穩(wěn)定性及抗震性能進(jìn)行了測試。試驗(yàn)結(jié)果顯示，橋梁樁基的沉降量與樁底深度成正比，當(dāng)樁深達(dá)到20 m時(shí)，沉降趨于穩(wěn)定；橋梁整體施工完成后，能夠有效分散荷載，確保橋梁及樁基具備較高的承載力。該研究為復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑公路橋梁建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；大跨徑；公路橋梁；樁基鉆孔；承載力

中圖分類號(hào)：U445.4 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " "文章編號(hào)：1674-0688（2024）10-0099-05

0 引言

復(fù)雜地質(zhì)條件下的大跨徑公路橋梁高質(zhì)量安全施工技術(shù)，是一項(xiàng)既復(fù)雜又至關(guān)重要的研究領(lǐng)域。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求日益增長，特別是在山區(qū)及地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，大跨徑公路橋梁的建設(shè)需求尤為迫切。然而，這些地區(qū)普遍存在斷層、褶皺、軟弱破碎帶、巖溶現(xiàn)象、特殊巖層分布以及流沙和膨脹土等復(fù)雜地質(zhì)因素，給施工帶來了極大的挑戰(zhàn)，并可能對橋梁的整體安全性和耐久性構(gòu)成威脅［1-2］。為了有效應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件帶來的挑戰(zhàn)，大跨徑公路橋梁的施工必須采取一系列高質(zhì)量且安全的技術(shù)措施。學(xué)界對此進(jìn)行了深入研究：廖立堅(jiān)等 ［3］提出了一種適用于復(fù)雜特殊地質(zhì)條件下鐵路橋梁樁基礎(chǔ)計(jì)算的通用方法，針對靜水、負(fù)摩阻力、膨脹土和地震液化土4種基本地質(zhì)條件，分別制定了相應(yīng)的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了對不同地質(zhì)條件的精確區(qū)分；韓世德［4］結(jié)合具體工程實(shí)例，詳細(xì)探討了公路橋梁施工中軟土地基的處理技術(shù)，通過增加軟土地基的荷載以及在地基中插入鋼筋混凝土柱體等方式，有效提升了地基的承載能力；李宗衛(wèi)等［5］以湖南喀斯特地區(qū)的一座大橋?yàn)槔钊敕治隽嗽摰貐^(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)和樁基施工特點(diǎn)，包括溶洞、地下水及地質(zhì)不穩(wěn)定等問題，并詳細(xì)探討了樁基施工順序、挖掘樁孔等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

地基處理在大跨徑橋梁施工中占據(jù)關(guān)鍵地位。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，為確保橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，需要對地基進(jìn)行特殊處理，如采用樁基加固、擴(kuò)大基礎(chǔ)或地下連續(xù)墻等。此外，需進(jìn)行詳盡的地質(zhì)勘察工作，并結(jié)合土壤改良措施，進(jìn)一步優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。因此，本文重點(diǎn)研究與地質(zhì)條件密切相關(guān)的樁基結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，在溶洞回填鉆孔施工技術(shù)及注漿固化施工方面，提出了針對性的改進(jìn)措施。施工完成后，對樁基的沉降性、承載力、穩(wěn)定性及抗震性進(jìn)行了全面檢測。本研究旨在提升大跨徑公路橋梁的施工效率和質(zhì)量，并為同類復(fù)雜地質(zhì)條件下的橋梁建設(shè)項(xiàng)目提供有益的參考與借鑒。

1 橋梁工程概述

本文以坐落于我國西南地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域的大跨徑公路橋梁為研究對象。該橋梁坐落于該區(qū)域的主要公路線上，四周被山體環(huán)抱，并有一條大型河流流經(jīng)。由于該地區(qū)的土體上層存在巖溶裂隙水和土層上層滯水，這些水體滲入地下，形成復(fù)雜的地下水系統(tǒng)。從地質(zhì)剖面看，該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)從上至下依次為人工雜土層、礫土層、碎土層、黏土層、伏基巖及石灰?guī)r。其中，礫土層和碎土層的累計(jì)厚度接近25 m，導(dǎo)致地下空間穩(wěn)定性不足。此外，該地區(qū)地下溶洞眾多，斜巖廣泛分布，軟土層也較為普遍。在橋梁建設(shè)過程中，需要穿越多個(gè)地下溶洞，這使得橋梁的施工難度顯著增大。

由于橋梁建設(shè)工藝涵蓋內(nèi)容廣泛，難以全面介紹整個(gè)建設(shè)流程，因此本文重點(diǎn)研究與地質(zhì)條件密切相關(guān)的樁基結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。針對本文研究的大跨徑公路橋梁，特別選定了3號(hào)樁與5號(hào)樁作為試驗(yàn)樁，兩者均采用混凝土澆筑方式建造，樁基設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)承載力為39 kN。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑公路橋梁施工方法

2.1 地下空間回填

在建設(shè)大跨徑公路橋梁的過程中，由于地下區(qū)域分布著較多的溶洞，若直接進(jìn)行橋梁建造，溶洞潛在失穩(wěn)將嚴(yán)重威脅橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需采取有效措施對這些地下溶洞空間進(jìn)行回填。

在進(jìn)行溶洞鉆孔填充作業(yè)時(shí)，施工人員采用了特定的材料配比。其中，片石和黏土的使用比例為9∶1，這一比例能顯著提升鉆孔填充的效果。為進(jìn)一步提升處理效果，在原有配比的基礎(chǔ)上添加了水泥和木屑。調(diào)整后的片石、黏土與水泥的比例為8∶1∶1，并且水泥采用的是普通硅酸鹽水泥。在填充溶孔隙區(qū)域時(shí)，采用了分層間隔填入的方式，以確保填充物均勻分布且密實(shí)。對于黏土球和水泥，為避免其在填充過程中發(fā)生松散，選擇了袋裝方式進(jìn)行填充。作為溶洞填充的主要材料，片石的粒徑被控制在25～45 cm，以確保獲得良好的填充效果。在填充過程中，材料的整體高度被設(shè)定為超出溶洞頂板約1 m，確保整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 樁基鉆孔施工

由于該橋梁建設(shè)區(qū)域存在黏土層，并且在回填溶洞過程中大量使用了片石和黏土球，導(dǎo)致回填后的土層質(zhì)地偏軟且黏性增強(qiáng)。采用傳統(tǒng)鉆孔方法不僅施工速度慢且插打鋼護(hù)筒困難。因此，施工人員決定采用混合鉆孔方法克服這一難題。具體施工步驟如下：①利用旋挖鉆機(jī)對研究區(qū)域進(jìn)行樁基鉆孔作業(yè)。②通過振動(dòng)錘插法將大直徑的外鋼護(hù)筒打入地下，直至鋼護(hù)筒無法繼續(xù)深入。③完成鋼護(hù)筒的初步錘插后，再次啟動(dòng)旋挖鉆機(jī)對施工區(qū)域進(jìn)行旋挖作業(yè)。在旋挖過程中，需持續(xù)監(jiān)測土層狀況，一旦鉆頭觸及黏土層，即暫停旋挖作業(yè)，并繼續(xù)利用振動(dòng)錘插法插入小直徑的內(nèi)鋼護(hù)筒。內(nèi)鋼護(hù)筒需穿透黏土層，直到接近伏基巖位置。④切換回旋挖鉆頭繼續(xù)施工，直至穿過巖土層。⑤改用正反循環(huán)回旋鉆機(jī)在研究區(qū)域內(nèi)繼續(xù)鉆孔作業(yè)。在鉆孔過程中，還要根據(jù)水頭高度選擇合適的成孔方式：當(dāng)水頭高度超過15 m時(shí)，采用正循環(huán)成孔方式；當(dāng)水頭不足15 m時(shí)，則采用反循環(huán)成孔方式。

這種樁基鉆孔施工技術(shù)結(jié)合了鉆機(jī)作業(yè)，并與內(nèi)外護(hù)筒協(xié)同應(yīng)用，有效避免了樁基施工過程中因穿越黏土等特殊地層而引發(fā)孔壁穩(wěn)定性被破壞問題，極大地提升了樁基鉆孔的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，通過正反循環(huán)回旋鉆與旋挖鉆機(jī)相結(jié)合的鉆孔方式，降低了在軟土層等特殊地質(zhì)條件下施工的難度，顯著提高了鉆孔施工的效率。

2.3 注漿固化施工

樁基施工完成后，需進(jìn)行注漿加固處理。注漿作業(yè)中，選用直徑為50 mm的注漿管進(jìn)行施工，注漿管的輸出端呈梅花形狀布置，以確保漿料能均勻地分布。注漿孔的位置以護(hù)筒周邊1 m的間距為基準(zhǔn)進(jìn)行布置，注漿管埋設(shè)深度直達(dá)鋼護(hù)筒底部，并與鋼護(hù)筒之間保持約0.5 m的間距。注漿管安裝完成后，即可開始注漿作業(yè)。注漿材料采用水玻璃與水泥的混合漿料，配比為10∶8。注漿過程中，注漿壓力設(shè)定為1 MPa，注漿時(shí)間為20 min。預(yù)計(jì)注漿后漿料的擴(kuò)散半徑為0.5 m。注漿時(shí)，工作人員需密切監(jiān)控注漿壓力的變化及進(jìn)漿量，一旦發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿量明顯減少或注漿壓力降至1 MPa以下，即可判定注漿作業(yè)已完成，此時(shí)應(yīng)停止注漿。

3 施工效果測試

3.1 樁基沉降測試

該大跨徑公路橋中的3號(hào)樁與5號(hào)樁被設(shè)定為試驗(yàn)樁，采用精密水準(zhǔn)儀對其沉降變化進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)，利用沉降計(jì)和應(yīng)變計(jì)對樁基的壓縮變形進(jìn)行測試，采用兩種監(jiān)測方式獲得的結(jié)果可以互相驗(yàn)證，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。檢測設(shè)備安裝位置示意圖見圖1。

圖1中布置了4個(gè)測點(diǎn)，分別為應(yīng)變測點(diǎn)A、應(yīng)變測點(diǎn)B、沉降測點(diǎn)A、沉降測點(diǎn)B。施工人員設(shè)計(jì)了3種典型工況（工況1為承臺(tái)澆筑完成后，工況2為橋梁澆筑完成，工況3為橋梁整體施工完成），分析不同施工階段完成后，采用本文施工方法所建橋梁樁基的沉降變化。

3.2 樁基承載力分析

樁基承載力測試分析測試需嚴(yán)格遵循《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63—2007）中的標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算樁基豎向承載力[Q]的公式為

[Q=Qp+Qs=Apqu+uqsuili]， " " " " " " （1）

其中：[Qp]與[Qs]分別代表總極限端阻力與總極限側(cè)阻力；[Ap]與[qu]分別代表樁頂面積與極限端阻力；[u]代表樁基周長；[qsui]代表樁側(cè)第[i]層土的極限側(cè)阻力；[li]代表第[i]段樁基的長度。

針對3種不同的工況，可將其視為3種不同的荷載條件。在這3種工況下，需要分析不同樁基深度對樁身軸力與樁身阻力的影響。根據(jù)這些軸力與阻力數(shù)據(jù)，可以確定樁基在承受外部荷載作用時(shí)承載力的變化情況。

3.3 穩(wěn)定性測試

該大跨度公路橋梁建于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，需對地下溶洞進(jìn)行回填處理?；靥畈牧蠒?huì)對地下樁基產(chǎn)生擠壓作用，引起樁基變形。為監(jiān)測這一影響過程，采用位移計(jì)等設(shè)備，在材料擠壓荷載分別為100 kN、150 kN、200 kN的條件下，測量不同深度樁基的位移與彎矩變化情況。

3.4 抗震性能分析

為確保大跨徑公路橋梁能夠長期安全地服役，其抗震性能的提升至關(guān)重要。為此，在建設(shè)完成的大跨徑公路橋梁上，采用振搗設(shè)備模擬地震效果，并逐步增大地震強(qiáng)度。通過采集設(shè)備監(jiān)測樁基在不同地震荷載（分別為1 000 kN、800 kN、600 kN）作用下的曲率變化，以評估橋梁的抗震性能。

4 施工效果分析

4.1 不同工況影響下樁基沉降分析

為分析采用本文所述施工技術(shù)后，樁基的沉降與壓縮變化情況，設(shè)定了多種工況進(jìn)行試驗(yàn)。不同工況下樁基的沉降與壓縮變化見圖2。

從圖2（a）可以看出，隨著樁底深度的增大，樁基的沉降量呈現(xiàn)上升趨勢，并且在距離樁底20 m處，沉降趨于穩(wěn)定。不同施工階段的樁基沉降量存在差異，承臺(tái)施工完成后，樁基出現(xiàn)初步且最小的沉降，而在橋梁整體施工完成后，樁基沉降量顯著增加，在距離樁底20 m處同樣趨于穩(wěn)定，表明樁基底部未發(fā)生嚴(yán)重沉降且該沉降量處于安全范圍內(nèi)。圖2（b）顯示，樁基的壓縮變形趨勢與沉降變化基本一致，施工后期壓縮變形量達(dá)到最大值。隨著樁基底深度的增加，壓縮變形量逐漸增大，而在接近樁基底時(shí)，壓縮變形量減少。這是由于接近樁底時(shí)，附加應(yīng)力降低，樁基底部土體壓縮模量能夠抵消部分壓縮變形力，因此樁基底部的壓縮變形不明顯。綜上所述，采用本文介紹的施工技術(shù)建造的大跨徑橋梁樁基結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性。

4.2 承載力性能測試

3種工況下，樁基樁身軸力與樁身阻力測試結(jié)果見圖3。

分析圖3（a）可知，不同工況條件對樁基產(chǎn)生的荷載影響不同。隨著樁基深度的增加，軸力呈現(xiàn)下降趨勢，其中樁基頂部的軸力最大，樁基底部的軸力最小。隨著樁基深度進(jìn)一步增加，軸力降低幅度逐漸增大，表現(xiàn)為樁基的曲線斜率顯著增大。對比各工況，高荷載的工況（如工況3）在初始階段的軸力更高。這是由于大跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)雖然整體荷載增大，但是也分散了部分外部荷載。因此，在工況3下，樁基軸力相對較大；而工況1中，樁基直接承受外部荷載，其軸力反而較低。分析圖3（b）可知，各工況下樁身的阻力變化趨勢基本一致，隨著樁基深度的增加，樁身阻力先升后降，在樁基深度為20 m時(shí)阻力達(dá)到最大值，隨后阻力開始下降，表明樁身中間區(qū)域承受的阻力最大，而樁頂與樁底的阻力并未達(dá)到最大值。工況3下的樁基阻力明顯高于工況1和工況2，這是由于橋梁建設(shè)完成后，大跨徑橋梁的各結(jié)構(gòu)分散了整體荷載，使得樁基承受的荷載減小，但在此工況下樁基的阻力值卻更高。由此可推斷，采用本文介紹的施工技術(shù)建設(shè)的大跨徑橋梁具有較高的承載力。

4.3 穩(wěn)定性測試

在確定樁基所屬區(qū)域中溶洞回填材料的承載特性時(shí)，施工人員分析了不同深度下樁基的位移與彎矩變化情況。穩(wěn)定性測試結(jié)果見圖4。

分析圖4（a）可知，受溶洞回填土體影響，樁基頂部位移最大，自樁頂向樁底，位移變化逐漸減小。在樁基中間區(qū)域至樁底部分，受溶洞回填土體的擠壓作用，位移變化幾乎為零，說明采用本文介紹的施工技術(shù)建造的大跨徑公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)，其樁頂更易受地下溶洞回填材料的影響而發(fā)生變形，但自樁基中部以下則基本不受這些材料的擠壓影響。對比不同回填材料的荷載強(qiáng)度對樁基位移的影響發(fā)現(xiàn)，荷載越大，樁基位移越大。因此，在回填地下溶洞空間時(shí)，需合理控制回填材料產(chǎn)生的荷載影響。分析圖4（b）可知，樁基頂部和底部未出現(xiàn)嚴(yán)重彎曲，而中間位置彎曲較嚴(yán)重。這是由于溶洞回填材料的擠壓作用導(dǎo)致樁基中間區(qū)域彎曲，但樁頂和樁底區(qū)域能有效分散這些擠壓荷載，因此彎矩變化較小。然而，樁基中部所承受的荷載難以有效分散，因此彎矩較大。荷載大小對彎矩的影響與圖4（a）中的位移變化規(guī)律相似，即荷載增大導(dǎo)致彎矩增加，荷載減小則彎矩適當(dāng)降低。因此，在大跨徑公路橋梁施工中，將回填材料荷載控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，不會(huì)對樁基穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

4.4 抗震性能分析

使用模擬地震設(shè)備對大跨徑公路橋梁施加地震荷載，引發(fā)橋梁顯著振動(dòng)。隨后，使用位移計(jì)、應(yīng)力片等設(shè)備采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，匯總橋梁樁基的曲率變化，據(jù)此評估采用本文介紹的施工技術(shù)建造的橋梁的抗震性能。曲率測試結(jié)果見圖5。

從圖5中能夠明顯地看出，隨著震動(dòng)時(shí)間的增加，橋梁樁基的曲率呈現(xiàn)先增后減的趨勢。初期曲率增大是因?yàn)殚L時(shí)間的地震波震動(dòng)導(dǎo)致樁基逐漸受損，曲率隨之上升。在震動(dòng)后期，隨著地震荷載的降低，樁基曲率也相應(yīng)減小，表明樁基曲率的較大變化得到了一定程度的緩解。對比不同地震荷載下的樁基曲率變化，較高地震荷載［如圖5（a）］導(dǎo)致樁基曲率數(shù)值較高，顯示出樁基在該等級地震荷載下遭受了較為嚴(yán)重的破壞，而在600 kN地震荷載下［如圖5（c）］，樁基曲率保持在較低水平，表明在該荷載作用下，樁基保持了較好的穩(wěn)定性。

曲率與破壞等級的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。將圖5中的試驗(yàn)結(jié)果與表1中的破壞等級進(jìn)行對比分析可知，本文研究的大跨度公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下，其曲率數(shù)值未達(dá)到完全倒塌的臨界值（0.037 3）。具體而言，在600 kN地震荷載下，樁基未出現(xiàn)破壞跡象；在800 kN地震荷載下，樁基的破壞程度接近嚴(yán)重破壞等級；而在1 000 kN地震荷載下，樁基的破壞程度雖然已超過嚴(yán)重破壞等級，但是并未導(dǎo)致橋梁倒塌。由此可見，采用本文施工技術(shù)建造的橋梁具有較高的抗震性能。

5 結(jié)論

本文研究了復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑公路橋梁的施工技術(shù)，重點(diǎn)聚焦于樁基施工，具體包括地下空間回填、樁基鉆孔及注漿固化等環(huán)節(jié)。針對地下溶洞密集的特殊情況，采取了有效的地下空間回填措施，使用特定配比的片石、黏土、水泥及木屑等材料，通過分層間隔回填的方式，確保了溶洞的穩(wěn)定性。在樁基鉆孔施工過程中，針對黏土層和回填溶洞后形成的軟土層，采用了混合鉆孔技術(shù)，結(jié)合鉆機(jī)作業(yè)與內(nèi)外護(hù)筒的應(yīng)用，有效解決了孔壁穩(wěn)定性受損的問題，提高了施工效率和質(zhì)量。注漿固化環(huán)節(jié)則通過合理選用注漿管和注漿材料，對樁基進(jìn)行了有效的加固處理。為驗(yàn)證施工效果，進(jìn)行了詳細(xì)的測試，涵蓋樁基沉降監(jiān)測、承載力評估、穩(wěn)定性驗(yàn)證及抗震性能分析等方面，研究結(jié)果概述如下。

（1）樁基沉降量與樁底深度呈正相關(guān)，至20 m深度時(shí)沉降趨于穩(wěn)定。壓縮變形趨勢與沉降相似，施工后期達(dá)到最大值，并且遠(yuǎn)離樁底時(shí)壓縮變形劇。樁基頂部受溶洞回填土體影響顯著，位移最大，而中間至樁底區(qū)域位移變化甚微。

（2）回填材料荷載強(qiáng)度增大時(shí)，樁基位移亦隨之增大。樁基中部因溶洞回填材料擠壓而出現(xiàn)較嚴(yán)重彎曲，但樁頂和樁底區(qū)域能有效分散荷載，彎矩變化相對較小。

（3）在地震荷載作用下，橋梁樁基曲率呈現(xiàn)先增后減趨勢。高地震荷載導(dǎo)致樁基曲率數(shù)值較高，但樁基結(jié)構(gòu)在地震中未發(fā)生完全倒塌，展現(xiàn)出良好的抗震性能。

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