云桂铁路岩溶桥梁基础设计及施工处理总结

李万雄

(中铁二院昆明公司，云南昆明 650200)

1 概述

云桂线云南段共137座桥梁，其中岩溶桥59座，涉及岩溶桩基710根，岩溶强烈发育139根，岩溶中等发育213根，岩溶弱发育358根，主要为弱发育;从溶洞形态发育规律归类，主要有岩溶裂隙型、单溶洞型、串珠式溶洞型以及复合型，其中，复合型形态占大部分，比例超过50%;溶洞大小，高度主要为0 m～1 m及1 m～2 m，这两种规模的溶洞合计比例占60%以上。

2 岩溶对桥梁基础危害及成因

钻孔施工岩溶桩基主要的病害有漏浆、塌孔、斜孔、弯孔、卡钻、混凝土流失、夹泥断桩、地面塌陷、沉渣过厚等，影响施工的正常进行;如果岩溶洞穴未处理到位，会造成基础悬空，或由于桩底下伏溶洞顶板过薄，因重负荷而发生坍塌，引起桥墩破坏，另外，洞穴填充物的松软和坍塌下沉，可造成基础位移和沉降、桥墩倾斜等。岩溶对桥梁基础的各种危害及成因如下。

2.1 漏浆、孔壁坍塌

漏浆是岩溶地区钻孔施工最常见的问题，当冲孔至灰岩裂隙溶洞带时，如果裂隙溶洞相互贯通，将出现孔内泥浆大部分或全部漏失，从而使孔壁土层内外的压力失去平衡，将导致孔壁坍塌等事故发生，严重时会引起地表孔口坍塌或整体塌陷，严重危及人身安全，塌孔易使桩孔报废，给施工带来更大的困难。

2.2 斜孔、弯孔、卡钻

产生斜孔的原因主要有:下伏基岩岩溶形态发育或岩面坡度大。在钻孔过程中，如果施工人员为加快施工进度而加大冲击速度，容易致使冲击锤头向岩土中软弱方向滑移，形成斜孔。弯孔的形成是由于在遇到竖向型不规则洞隙的位置冲击时，冲击轨迹容易沿洞隙发育位置形成弯孔。当钻孔施工至较大溶洞时，由于钢丝绳未绷紧，在溶洞范围内打松锤，钻锤倾倒，提锤时易被溶洞顶板岩石卡住，或因上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤，致使冲击锤不能上提，形成卡钻。

2.3 混凝土流失、夹泥断桩

在有较大岩溶洞隙的桩孔中，由于冲孔过程中，岩溶洞隙未挤压密实，在灌注混凝土时，混凝土在岩溶洞隙内流失或坍落，如果施工措施不到位，会产生断桩事故。

2.4 没有探明的溶洞，给桥梁结构稳定带来隐患

在受区域构造、差异风化、岩溶溶蚀等不可预见的地质因素影响下，现有勘察技术水平客观存在局限性，导致探明溶洞实际形态增加了难度，某特大桥16-2桩基比对检测及钻芯验桩发现该桩底以下0.5 m发现填充溶洞，如果各阶段都没发现有隐患的溶洞，将产生严重后果。

3 岩溶地段桥梁基础设计及施工处理措施

综上所述，根据岩溶地区的桥梁不同阶段，不同的情况，应采取相应的加强及处理措施，使岩溶对桥梁安全及施工的危害降至最低。

3.1 加强地质勘探

地质勘察为探明及处理岩溶提供了依据，根据岩溶地区的地质构造特点，制定合理的勘察原则，合理布置钻孔位置及钻孔数量，采用多种方法、多种手段(地质雷达、高密度电法、浅层地震仪和钻探等)，尽可能调查清楚溶洞的分布、特征、覆盖层厚度等，分析已探明的溶洞形态，合理布置后续的钻探工作，如施工揭示少量桩基岩溶地质情况与原设计有差异，应结合桩基地质条件，分析溶洞、溶隙发育的空间形态、充填物情况，必要时补充勘探等工作，为设计和施工中岩溶处理提供依据。

3.2 基础设计

根据已经探明的地质情况，选择合适的基础类型，并为施工提供相应的溶洞处理措施。由于岩溶地质复杂性及无规律性，设计时应对地质钻探资料进行综合分析，根据具体的岩溶形态情况、桥墩的荷载以及下伏溶洞板顶覆盖层的土质、厚度和稳定性等因素综合考虑，一般采用明挖基础和桩基础。当溶洞、溶槽、裂隙小且较少，覆盖层不厚且承载力满足设计要求，同时溶洞顶板厚度足够，可采用明挖基础，注意需清除充填物，用C20混凝土回填密实;当溶洞发育、埋藏较深、溶洞顶板较薄，不能满足桩底受力要求时，一般采用桩基础，根据溶洞形态的统计，大部分的桥梁基础适宜采用桩基础。根据地质情况和受力方式的不同，桩基础分为嵌岩桩和摩擦桩。

3.2.1 嵌岩桩

对于嵌岩桩，计算公式为［P］=(C1×A+C2×U×h)×R，公式中各参数取值参照“铁路桥涵地基和基础设计规范”执行。基底下伏溶洞时，需保证溶洞顶板厚度足够大，合理估算溶洞顶板作为持力层的厚度是岩溶地区桩基设计的关键问题，当溶洞顶板岩层强度较高、整体性较强、洞跨较大时，应以弯矩作为顶板破坏的主要控制因素来估算，此时最小设计持力层厚度为:H=［6M/(q［σ］)］×0.5，其中，q为溶洞顶板自重加上覆盖层均布荷载;［σ］取灰岩1/10容许抗压强度;M为弯矩。当溶洞顶板岩层完整、岩体强度高但洞跨较小时，则剪力是控制溶洞顶板破坏的主要因素，此时:H=(q+p)/(τl)，其中，q为溶洞顶板自重加上覆盖层均布荷载;p为桩尖对溶洞顶板的集中力;对于灰岩τ取1/12容许抗压强度;l为溶洞平面周长。

3.2.2 摩擦桩

对岩性较差，岩石破碎、裂隙发育的桩基应按摩擦桩来设计。摩擦桩计算公式为:公式中各参数的取值参照“铁路桥涵地基和基础设计规范”执行。当桩基进入溶洞区，溶洞内的填充物成分复杂，难以确定其极限摩阻力和桩底土的承载力，桩身的摩阻作用也与一般土与桩侧之间的摩阻作用不同，故岩溶地区应慎用摩擦桩，如果采用摩擦桩，则需根据具体情况变通规范公式，合理采用桩基土层及溶洞填充物的各项地质指标。

3.2.3 施工处理措施

对填充溶洞或半填充溶洞，采用抛填粘土夹片石处理，其中粘土占1/3计，片石占2/3计;对于采用钻孔桩的空溶洞，宜采用钢护筒跟进成孔，若洞壁斜度较大，应考虑部分抛填片石数量。当采用挖孔桩穿越空洞时，应用M10浆砌片石成孔。对各种岩溶处理措施、适用条件、处理效果及注意事项见表1。

表1 施工中各种岩溶病害的处理措施、适用条件及效果

3.3 其他保证措施

施工前应仔细研究图纸，有针对性地做好准备工作及采用合理的施工方法，有效的预防病害及安全事故发生;施工单位应详细记录每个墩台各桩施工情况、冲孔进度并经监理单位确认，有利于出现病害后分析病害产生的原因;施工单位、设计单位应加强沟通，形成标准化的桩基验孔程序，验孔过程中应加大分析力度。

4 结语

岩溶的隐蔽性和勘探的局限性决定了岩溶处理要设计与施工相结合，才能有效推进岩溶地区桥梁基础的施工，为桥梁的安全稳定提供保障。以详细的地质勘探为基础，基础设计中合理运用处理措施，施工中做好预防工作，根据揭示的地质对出现的病害进行及时有效处理，通过各阶段的精心工作，相信能把岩溶对桥梁的危害降到最低。

［1］TB 10002.5-2005 J464-2005，铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.

［2］TB 10027-2001，铁路工程不良地质勘察规程［S］.

［3］铁道工程地质手册［M］.北京：中国铁道出版社，2011.