APP下载

不同地质条件下桥梁桩基设计选型及施工配合探讨

2022-12-15苏怡霞

四川水泥 2022年12期
关键词:终孔溶洞桩基

苏怡霞

(招商局重庆交通科研设计院有限公司厦门分公司,福建 厦门 361000)

0 引言

随着我国城市建设不断发展,桥梁数量不断增加,极大地便利了人们的生活。在桥梁的建设中,基础设计工作备受重视。桩基作为桥梁结构基础极其常见的形式,对桥梁的安全起着至关重要的作用。本文结合近几年笔者参与设计与配合施工的几座桥梁实例,对桩基设计选型及施工配合进行探讨。

1 常规地质摩擦桩

1.1 %1桩基设计

项目一为一座城市人行天桥,桥梁主梁跨径(2.5+33.8)m,桥宽5.0m,主梁上部构造采用钢桁架结构,梯坡道上部构造采用钢箱梁,全桥桩基共8根,主梁、梯坡道桩基均采用Ф1.2m桩,最大桩长17m。由于人行天桥桩基所需承载力不大,项目中最大桩顶力为1478.6kN,根据地质勘察结果,桥位处钻孔所入各地层地质条件较好,但钻孔30m仍未入岩,若按嵌岩桩设计,桩基承载力富余大,较浪费,因此,本桥桩基按摩擦桩设计。

按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)相关条文要求,选用主梁下受力最大的桩进行受力验算,求出承台底最不利组合内力,按“m法”计算桩基控制截面内力,选用基本组合下桩基内力,按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362—2018)第5.3.8条进行截面尺寸验算;选用长短期组合下桩基内力,再按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.4.3条进行截面裂缝的验算,以主墩ZP2下其中一根桩基为代表,经验算,桩基控制截面结果如表1、表2所示。

从由表1、表2可知,本桩基截面尺寸和配筋满足设计要求。

表1 圆截面偏心受压强度检算

表2 圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件裂缝宽度检算

在桩基截面尺寸和配筋满足设计后,需对承载力进行验算,摩擦桩按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)第6.3.3条进行承载力验算:

ZP2墩桩基承载力验算结果如表3所示。

表3 ZP2墩摩擦桩承载力验算结果

按以上计算结果,本桩基承载力满足设计要求。

同理,本桥其他桩按照本桩验算方法进行结构验算,经验算,所有桩截面尺寸、配筋及承载力均满足设计要求。

1.2 .%1桩基施工配合

该项目现场施工放样时,发现原设计桥位有两根桩分别紧靠在人行道上或占用现有部分店面,为保证行人安全及避免店面征拆,按实际情况,将全桥向东、向南各平移2m。由于原设计主梁承台底位于地面以下1.8m,放坡施工将对周围店面造成影响。因此,业主应群众反馈,要求将原主梁承台抬高1.0m设计,按照承台抬高1m,桩长不变,核验现桩长满足设计要求后,出具设计变更图。摩擦桩终孔,一般要求土层变化不大,达到设计桩长,并且要求持力层渣样经地勘复核与原设计一致,按钻孔记录表,新桥位处桩基地层与原设计基本符合,经过40d工期,该天桥所有摩擦桩全部完成终孔。

2 常规地质嵌岩桩

2.1 桩基设计

项目二为一城市互通立交工程,该互通立交工程共有主线桥、匝道桥、人行桥共15座,桥梁总面积为46414.31m2。为使全项目桩基设计标准统一,该互通立交工程桩基全按嵌岩桩设计,Ф1.0m、Ф1.2m、Ф1.5m桩基共429根。根据地勘结果,该项目中风化花岗地层埋深较浅,因此按全断面入岩3d(d为桩径)控制,车行桥桩基最长为40m,最短为15m,人行桥桩长最小为10m,最大为25m。

桩基截面尺寸和配筋设计按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)相关条文进行验算,嵌岩桩设计承载力验算如下:

嵌岩深度按全断面入岩3d控制,以主线桥第二联4×35m中桩长较短(18m)的Z6号普通墩桩基为代表,其承载力验算结果如表4所示.

按表4计算结果,本桩基承载力满足设计要求。

表4 Z6号墩嵌岩桩承载力验算结果

2.2 桩基施工配合

该项目施工图修编阶段与详勘时相比,各桥跨径、桥梁平面位置有调整,加之整个互通立交工程位于地层褶皱起伏区,原有部分详勘桩基钻孔位置与修编阶段桩基钻孔位置有一定偏离,虽然修编阶段进行了部分补充勘察,但个别临近桩位的孔在实际施工时依然有较大偏差,出现了部分孔桩长与图纸中桩长差异较大的情况。在项目施工配合中,施工单位在施工桩基时按实际情况留存钻孔各层渣样,入岩时取样拍照,地勘单位判定入岩标高后继续钻孔,待全断面入岩3d后,量取桩长,设计方复核钻孔记录表。按钻孔记录表对比复核原设计桩长及入岩深度,项目的桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值41MPa,且非涉水桥,现场无短桩入岩情况,因此,在确认桩基全断面入岩3d后,对该桩予以终孔确认。另外,对部分长桩,已达到设计桩长及设计桩底高程却仍未入岩的桩基,根据钻孔记录表按摩擦桩复核,若承载力满足要求,亦予以终孔确认。此外,要求施工中需确保同一承台下桩基类型统一,不得在同一承台下既有摩擦桩又有嵌岩桩。经过36个月工期,该互通立交工程所有桩基全部终孔。

3 岩溶地区嵌岩桩

3.1 桩基设计

项目三为一座二级公路上的大桥,桥长248m,桥宽12m,上部采用30m跨预应力混凝土T梁,下部采用Ф1.6m桩基;桥台采用Ф1.2m桩基。全桥共22根桩,最长桩长为47m。项目桥址区下部大理岩岩溶较发育,对桩基稳定性影响较大,因此,施工图设计阶段要求逐桩钻探。根据钻孔勘察结果,本桥桩基按嵌岩桩设计,初定嵌岩深度按桩基全断面入岩3d控制。

本桥钻孔探明桥下地层中有呈上下成串分布的溶洞,最大溶洞约11.8m高,因此,在桩长验算中,钻孔中遇到溶洞层采用不考虑岩溶层对桩的摩阻作用。另外,为避免桩基嵌入中风化岩后再遇溶洞,还需按地勘分类考虑持力层厚度。

(1)溶洞顶板岩层完整且跨径<3d,控制条件为顶板的抗剪切力:Q=(q+p)/(τl),式中q为顶板自重加上覆盖土层荷载,τ为岩层的1/12容许抗压强度,l为溶洞平面周长。

(2)溶洞顶板岩层较为完整且跨径≥3d时,最小厚度由弯矩控制,设计最小持力层板厚为H=(6M/(q[σ])0.5,[σ]为岩层1/10容许抗压强度。弯矩M按梁板受力状况计算:(a)当溶洞洞周完整而桩基底顶板跨中有裂缝时,按悬臂梁M=pl+ql2/2;(b)当溶洞顶板完整,按固端梁M=0.7pl/4+ql2/12;(c)当桩基底完整但洞周有裂缝时,则按简支梁M=pl/4+ql2/8。

当桩底位于第二层溶洞以下时,不考虑覆盖土层荷载产生的弯矩影响,多层溶洞桩端持力层厚度是按溶洞顶板的裂隙情况、腐蚀以及完整性分析计算得出。经计算及综合考虑安全系数后,确定桩基施工中持力层最小厚度为6~8m。

3.2 桩基施工配合

该项目施工时,发现桩径远大于钻孔直径,岩溶地区中逐桩钻孔勘探亦不能完全反映岩溶发育规律。施工中,断面揭露原设计0号台、2号墩实际孔与原详勘孔地质差异大,原设计桩底持力层溶洞顶板最小厚度不足,为使桩基安全,调整桩基穿透本土层并将下一层顶板作为持力层,因此,0号台桩长由16m变更为40m,2号墩北侧桩桩长由20m变更为35m。其余墩台实际孔与原详勘孔地层基本一致,因此,仅按岩面倾斜角度对桩长进行略微调整。

为了保证岩溶区桩基施工顺利成孔成桩并满足承载力要求,对桩基遇到较大溶洞(H>3m),建议采用钢护筒跟进法,全桩长钢护筒护壁施工;桩基遇到较小溶洞(H≤3m)时,采用抛石、注浆填充溶洞后,再进行桩基钻孔施工。

本桥桩基在施工中采用高应变检测验证桩基承载能力,最终证明本桥所有桩基承载能力均满足设计要求。经过12个月工期,该桥所有桩基全部终孔。

4 非湿陷性软土地区嵌岩桩

4.1 桩基设计

项目四为一座支路上的拱桥,桥长30.9m,桥宽3.5m,上部采用净跨20m,矢跨比为1/8的无铰钢梁拱圈,下部采用重力式桥台,Ф1.0m桩基。全桥共12根桩,桩长最长为24m。项目位于非湿陷性软土区,地质勘察显示两桥台桩基穿过的淤泥层厚度约11.5~15.3m,在淤泥层下5~7m进入中风化花岗岩层。考虑本桥址处地质情况,嵌岩桩相比于摩擦桩,成本增加不多,但利于结构受力,因此本桥按嵌岩桩设计,全断面嵌岩深度按2d控制。

由于桩基位于非湿陷性软土区,且穿越淤泥层较厚,考虑桥头填土等因素造成土层沉降量大于桩基竖向位移值,淤泥层将对桩基产生负摩阻力。桩身产生负摩阻力深度与桩侧土层压缩、桩身压缩等有关。一般情况下,并非全段淤泥层均有负摩阻力,但为保守起见,本桥按全段淤泥层中均有负摩阻力考虑,地勘提供淤泥的桩侧土的摩阻力标准值为-12kPa,将其代入公式进行复核。由于本桥frk为55MPa,最大桩顶力881kN,经复核,本桥嵌岩桩桩长满足设计要求。

4.2 桩基施工配合

该项目由于桩基位于软土区,打桩平台及河道内架设钢梁的平台均需地基处理,并且在现状河道中开挖承台需设围堰。由于原设计围堰对钢梁吊装机重量考虑不足,设置围堰较薄弱,现场施工时围堰需外扩并加固,故设计由原来河道内的清淤、抛石挤淤,设置黏土袋装围堰修改成清淤、抛石挤淤,扩大围堰范围,设置钢板桩围堰。由此,虽然增加了造价,但承台、桩基及钢梁吊装施工安全得到了保证。经施工钻孔,桩基地层与原设计基本符合,经过2个月工期,该桥所有嵌岩桩全部终孔。

5 结束语

综上所述,常规地质条件下进行桩基设计时,桩基采用摩擦桩还是嵌岩桩与桩基造价、工程地质及项目桩基规模数量等相关,对荷载较小、地质条件较好人行桥,优先考虑采用摩擦桩;对于桩基体量较大的工程,为使全项目桩基设计标准统一,尽量采用嵌岩桩,但若大部分桩基按嵌岩桩设计时桩长需超过40m,可按摩擦桩进行复核,若安全储备仍较大,则部分长桩可采用摩擦桩以适当减少桩长,节约造价。若桩基位于软土层,则应考虑软土引起的桩基负摩阻力,保证桩的安全储备,在桩长对造价增加不大的情况下,采用嵌岩桩对桩基安全更有保障。在溶洞地区进行桩基设计时,由于地质复杂,除按桩基常规设计外,更重要的是结合现场勘孔实际情况,加深对现场地质情况的认知,一旦有异常情况,应随时补钻,及时变更,修正桩基长度,确保桩基质量。

猜你喜欢

终孔溶洞桩基
四川诺克ROCK-1300型全液压便携式钻机NTW钻具终孔1050m
桩筏基础在处理桩基质量问题中的应用
桥梁桩基处理泥浆固化技术应用
采用桩基托换进行既有铁路桥加固分析
顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术在孟津煤矿三软突出煤层中的研究与应用
开阳县三口河水库(岩溶地区)溶洞处理
出发吧,去溶洞
妙梦巴王国历险记 七.中保村和百丈山溶洞24
对接框接头定位方法工艺改进研究
冲孔灌注桩施工探讨