岩溶强烈发育地区桥梁桩基础的勘察和设计分析

江 林，王 群

(1.江西中煤建设集团有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通运输科学研究院有限公司，江西 南昌 330000)

1 地质综合勘察

地质勘察一般采用钻孔勘察、物理勘探两类技术手段。钻孔勘察采用精密度较高的钻机设备，对点钻入地质结构层，勘察设计桩位地质情况，具有精度高、效益高、操作简单的特点，但点与点之间地质状况无法勘察；物理勘探采用物理手段，利用物质的物理特性，如电性差异、密度差异、波的传递速度等来分析地下物质的特征，并达到勘察目的，具有操作简单，设备携带方便的特点，但勘察数据精度有所下降，主要用于验证及数据分析。

某桥梁主桥采用60 m+120 m+135 m+60 m预应力连续梁，跨越区域属岩溶发育地区，地质结构复杂。为有效查明桥位区域地质状况，采用钻孔勘察与物理勘探相结合的技术手段，减少单一技术手段勘察结果局限性，结合两种勘察技术手段，取得与实际效果偏差最小实际勘查数据。

本桥梁工程钻孔勘察采用常规钻孔法、管波钻孔法、钻孔电磁波法。结合钻孔结果分析，推测、计算整体地质情况，分析地质环境变化，岩溶地质连通性、起伏变化情况显现。

物理勘探方法比较多，本桥梁工程主要采用电法勘探地质，测量地质密度以及电阻率，通过观察和研究电场在地下的分布规律，勘探横跨断裂层区域伴生岩溶发育情况。

本桥梁工程布置钻探孔数量共计230个，采用钻孔勘察、电法勘探方法，完成226个钻探孔区域剖面，186个孔洞勘察结果表明地质区域存在大范围溶洞分布，且岩溶发育状态多样。基岩岩性为石灰岩、花岗岩，石灰岩区域探测表明溶洞具有强烈发育趋势，且形态多样。根据勘察结果，了解岩溶发育方向以及发育特点，具体内容如下：

基岩断层明显，且各区域埋深大不相同，基岩平面高度起伏较大，基岩埋深在30 m上下，最大延伸至地下73 m，最浅覆埋在地质表面下14 m。岩溶起伏表明岩质变化情况明显，且存在大量溶蚀凹槽，形成各式各样溶洞。发育强烈溶洞内形成葫芦状、倒锥形岩溶，在溶洞顶部区域存在破裂岩心。综合分析，该地区岩溶成洞几率达50%，溶洞钻孔探测数量为8个，勘察试点地区发现桩基持力差异大，相邻地区桩基标高测量高度相差28 m。溶洞留白空间较大，多为半填充状态，且溶洞内填充物主要以黑色碎石、黏性土质为主，填充不规则，变化大。

结合钻孔勘察、电法勘探结果，细致了解地区岩溶发育以及分布情况，方法应用具有可行性，且操作效果较好，地质岩溶发育探测结果吻合良好，为后续设计、施工作业提供基础数据依托。

2 桥梁工程桩基础设计

2.1 岩溶地质缺陷

评价岩溶稳定性一般采用定性、定量分析方法。定性分析法主要应用于无软弱夹层区域，桩底应力扩散不存在空面。定量分析法分析地质结构力、抗剪力，采用平衡验算、跨比计算方法，计算完整溶洞区域以及不完整溶洞区域安全性以及厚度，评价桩基础设计稳定性。取得详细数据资料之后，采用参数评价方法，计算力学参数以及边界条件，稳定具体系数，此后进行模型内的压力分析、有限元数值分析，了解地质结构缺陷。采用定性、定量分析方法，结合以往工程实践情况，按照要求设计桩基础，使其能够满足安全、质量需要。

2.2 区域桩基设计选择

桥梁桩基础按受力原理大致可分为端承型桩及摩擦型桩两类，其中较为广泛采用的桩基形式主要为嵌岩桩及摩擦桩。采取上述两类桩基形式均可有效提高基础质量，解决基础持力难问题。

嵌岩桩是指桩端嵌入基岩持力层中，桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，适用于上层软弱，下层有较高承载力土层的情况。对于岩溶发育地区，选择重点在于如何控制持力层嵌入深度，避免桩基嵌入缺陷；摩擦桩是指桩身穿过各种压缩土层，桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，若桩侧阻力分担荷载较多的桩，则适用于桩身在软弱层，且持力层稳定性较差的情况，因此， 对于岩溶发育地区，选择重点在于如何计算溶洞区域摩阻力以及承载情况。

本桥梁工程由于地质复杂，选择大直径群桩设计，主桥基础采用2 m直径钻孔灌注桩，引桥基础采用1.4 m、1.6 m直径钻孔灌注桩，桩基持力层厚度大于桩径三倍以上。

2.3 区域桩基设计内容

(1)一般发育区设计

岩溶发育较弱区域桩基设计结合实际溶洞情况，桩身穿过溶洞，将桩端嵌入基岩持力层位置，溶洞基层深度较深时，适当加长桩基长度，保证桩端嵌入基岩持力层位置。

(2)强烈发育区设计

岩溶发育强烈区域稳定性较差，针对串珠状岩溶桩基础设计，钻孔勘察结果表明各区域基岩起伏较大，且溶洞发育埋深较为严重，岩溶下层存在大量石灰岩以及风化岩，钻孔比较深，难以判断是否有溶洞。对该区域进行补充勘察、钻孔，揭示溶洞发育区域裂缝密度，进而根据勘察结果设计桩基础长度，适当增加、缩减桩长，使其在该地层应用具有稳定性。实际操作时，如桩身穿越溶蚀区域，按照实际地质摩擦力以及承载力计算最终桩基长度，减少桩基质量缺陷产生。

针对表面起伏度较大的岩溶发育区域，采用钻孔灌桩法，钻孔区域揭示距离以及长度，计算岩面高度；针对存在溶蚀凹面以及裂缝区域，采用穿透式桩基施工法，保障基层持力稳定，同时兼顾左右地质情况，控制桩长差异性，适当增加桩长，避免扩散角区域临空；针对稳定性较差区域，将桩端覆盖在溶洞区内，由于桩基荷载传递模式为桩长越长，阻力越大，沉降位移越小，采用穿入溶洞长桩设计方案，计算适宜桩长、承载力，对桩基进行压浆处理。

通过上述设计方法、设计对策分析，桩长设计应按照溶洞发育情况进行。若溶洞发育不规则，标高在同一桥墩钻孔完成后进行，最终进行综合确定。规模较小岩溶区域，桩基直接穿过溶洞增加持力，适当增加桩长。缝隙发育段持力层桩基施工确保不存在溶洞，溶洞比较软弱区域不能作为桩基持力层存在。桩基标高差小于桩距，呈45°角扩散范围，减少桩基存在临空面问题。

3 结 论

岩溶强烈发育地区勘察应采用多样方法，弥补传统方法不足。设计采用高密度电法，经过可行性、可靠性研究之后，探查地质发育情况，详细分析对桥梁基础工程影响。桩基础设计结合地质受力情况、施工技术等，选择稳定持力层，根据实际状况选择需求性较强设计内容，满足勘察技术要求。