岩溶地区桩基设计若干问题分析探讨

吴红兵

摘 要：分析了岩溶地区地基地质构造及工程特点并提出设计应密切结合地质情况采用有针对性、有特色的基础设计方法及处理方案。总结出一套有效的岩溶地区端承桩设计及施工的方法、处理措施与桩基质量控制技术。为今后实际工程中节约基础投资，缩减工期降低施工难度，杜绝设计和施工隐患，提高桥梁工程的安全性提供借鉴参考。

关键词：桥梁工程 岩溶 桩基 设计

1.概述

岩溶问题是岩溶地区工程建设的突出问题，如果处理不当将造成工程不必要的浪费，往往会给桥梁修建以及日后的运营埋下安全隐患。结合工程设计实践经验探讨岩溶地区桩基础设计的优化方案。

2.岩溶区桩基设计一般原则

2.1地质勘察及溶洞处置

当溶洞规模较小时设计及施工中要根据工程实际采用钢护筒跟进法或粘土片石回填法进行施工来有效保证桩基的施工质量；采取一钻孔一桥墩的控制技术措施往往是应用在当溶洞发育程度较低时；当溶洞强发育时为了确保基础布置的安全及可靠性通常采取的技术措施是一个钻孔一个桩位进行控制同时钻孔的底面标高至少应达到溶洞不发育地层的一定深度的位置处的标高为宜。

2.2桩基类型选择

设计中桩基类型选择按照《公路桥涵地基与基础设计规范》选用，桥梁工程设计中采用摩擦桩及端承桩这两种桩基础类型最为常见。

2.3 研究内容和技术路线

结合地区岩溶工程地质条件全面总结并研究岩溶地区桥梁桩基的地质综合勘察技术和物探方法，以提高岩溶地质条件勘察的精确性。以弹性力学理论为基础，结合数值模拟方法，研究岩溶地区桩基的嵌岩深度及桩基下溶洞顶板的稳定性建立考虑溶洞影响的桩基设计承载力确定方法。结合理论分析和数值模拟研究溶洞、岩体、桩基三者之间的关系开展桩基承载力实验方法研究。此外，依托在建路桥梁桩基的设计与施工，应用已取得的研究成果指导岩溶地区的桩基设计，并开展适合岩溶地区的各種桩基处理方法及适用范围的研究，总结不同工况情况下桩基施工发生施工质量事故和质量隐患的可能性及其应对措施与应急预案。

3.溶洞顶板稳定性研究

3.1溶洞顶板稳定性

溶洞顶板稳定性取决于溶洞围岩的各项力学指标有时甚至成为决定性因素，岩溶地区桥梁桩基稳定性问题影响因素众多其中顶板的稳定性的影响因素主要有：①结构面之间的粗糙度②顶板的裂隙发育程度③溶洞的高度④溶洞的跨度⑤桩基上部荷载的大小⑥岩层结构面分布状况⑦基桩的桩径。目前作为公路路基溶洞的桩基处理及评价主要从两个方面考虑：①以结构强度破坏作为依据②以地表的变形控制为依据。因此，溶洞稳定性研究具有十分重要的作用和实际工程意义，工程中也通常采用结构强度破坏作为岩溶地区桥梁桩基稳定性的评价标准。

3.2岩溶地区桩基承载特性

当顶板厚度增加到3d时，顶板的抗冲切能力显著提高，同时也能达到桩土侧摩阻力发挥所需的相对滑移距离。当溶洞跨度为6d时，当偏心距离在0～3d范围内时，桩基的各项承载力特性参数都没有太大变化，同时桩侧摩阻力也基本完全发挥。当随着偏心距离的增加其偏心距离达到4d时主要表现为其端承力大大增加同时桩基极限承载力也相应地显著提高。当溶洞的洞壁位于桩端应力扩散角外桩基轴线距离大于3d时且溶洞中心偏离时压应力显著减少，因此桩端承力在向下扩散时主要由基岩承担溶洞破坏不明显。基本不用考虑溶洞对桩基极限承载力的影响的条件是当偏心距离达到5d以上时。因此，在实际工程中提高桩基的极限承载力技术措施通常采用对桩端周围的溶洞进行选择性的压浆处理以及桩基的合理定位。

4.岩溶地区端承桩设计优化分析

4.1设计参数指标控制

4.2溶洞洞高对桩基承载力的影响

当溶洞形态复杂时可对部分溶洞压浆处理应避免不规则形溶洞在受力作用下的应力集中效应设计中可不考虑溶洞洞高对桩基承载力的影响。岩溶地区端承桩嵌岩深度可根据基岩的特点在1d～3d范围内取最优化值确定应遵循“宜浅不宜深，优先保证顶板安全厚度”的原则尽量减小泥皮的不良影响发挥最大的桩身侧摩阻力，当顶板厚度接近临界值时可适当保留桩底一部分沉渣以减小桩端承力。

4.3表层土洞处理方法

钢护筒跟进法是处置浅层溶洞，特别是土洞的主要方法。对基桩处于单层或层数不多浅层溶洞区且洞高小于3m的浅层溶洞，当钻孔至距溶洞顶1m左右时，应减小冲程，通过短冲程快速冲击方式逐渐将洞顶击穿，防止因冲程过大导致卡钻。在钻至地表以下、地下水位以上范围内的浅层溶洞顶前，预先准备充足的小片石（片石直径为10～20cm）、黏土（黏土做成球状或饼状，直径为15～20cm）和水泥。根据溶洞的大小，回填片石和黏土的混合物，进行反复冲砸补漏，片石和黏土混合物的比例为4：1。

4.4深部溶洞处理方法

4.4.1埋深大于10m且洞高小于5m的溶洞

溶洞为单个情况下，可以采用片石加黏土的反复冲孔，或灌注一定的低标号混凝土，然后进行冲孔。串珠状溶洞情况下，可提前在桩基中心周边0.5～1.Om的范围内采用溶洞压浆技术或旋喷帷幕施工工艺。

4.4.2埋深大于10m且洞高大于5m的溶洞

在有充填物情况下，抛填片石与黏土。当充填物为石质时，回填物以填土为主；当充填物为土时，回填物以片石为主。如果漏浆情况严重，抛填片石、黏土、水泥至孔底，并灌注C20水下混凝土加固孔壁。在单个溶洞无充填物情况下，可回填片石和黏土，以片石为主，或填充砼、压浆。

4.4.3溶洞预处理endprint