如何在岩溶地质进行桥梁桩基础施工之探析

李东文

摘要:桥梁基础设计与施工质量的好坏,是整座桥梁质量的根本问题,只有掌握桥梁基础的分类、特点,掌握基础的适用范围,才能使专业人员设计和施工时更好地注意发挥各类基础的特长,才能更合理选择适宜的基础,确保建成的桥梁能安全经济、舒适、高效地使用,尤其是在岩溶地质这个特殊的环境下。

Abstract: Whether the design and construction quality is good or not is the basic problem of the entire quality of the bridge. Only when the categories and characters of the bridge are well understood and the scope of application is well mastered, the professional designer can play all kinds of advantages of the bases. And in this way the suitable base is chosen, which in turn, will make sure that the bridge can be safe、economical、comfortable and high- efficiently used.

关键词:桥梁基础;岩溶地质;桩基础

Key words:bridge foundation;karst geology;pile foundation

中图分类号:U443.1 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0215-01

1基础分类、特点

1.1 浅基础特点、分类

天然地基浅基础特点是施工简单,不需大型的机具设备,比较经济,在中、小型桥梁上使用较广泛。浅基础根据受力条件及构造可分为刚性基础和柔性基础两大类。刚性基础:基础内不需配置受力钢筋,这种基础称为刚性基础。特点是稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。缺点是自重大,受地形限制。柔性基础:必须在基础中配置足够数量的钢筋,这种基础称为柔性基础。特点是整体性能较好,抗弯刚度大,对上部结构产生的附加应力比较小。缺点是柔性基础主要是用钢筋混凝土浇筑,钢筋和水泥用量较大,施工技术要求较高。

1.2 深基础特点、分类

深基础特点是承载力高、稳定性好、埋置深度大、工期短、适应大型及大跨度桥梁的建设。常用深基础有桩基础、气压沉箱基础、沉井基础等。

桩基础是一种常用的深基础,它是由若干根桩和承台两个部分组成。桩基础的作用是将承台以上结构物传来的外力通过承台,由桩传到较深的地基持力层中去。桩基础的特点是承载力高,稳定性好、沉降量小而均匀,具有较好的适应性。桩的施工方法种类较多,主要的是钻孔法和打入法。目前常用的有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、打入桩;沉箱是一个有盖无底的箱形结构物,人在压入压缩空气的工作室内挖土,沉箱在自重作用下沉入土中。沉箱的优点是整体性强,稳定性好,能承受较大的荷载,在下沉过程中能处理障碍物,基底的处理和质量能得到保证。

2岩溶地质桥梁基础的处理办法

2.1 加固地基(扩大基础)

(1)当溶洞顶覆盖较薄,可采用清爆的方法,揭露溶洞充填物,以便清除、换填,或使充填物风干,提高地基的强度。(2)若溶洞位于持力层范围内时,清除覆土及原填充的土质,视溶洞宽窄分别打入小钢轨,用浆砌片石或混凝土填塞,设置钢筋混凝土盖板或基础内部加钢筋网。(3)对于溶洞埋藏不深,洞中有较厚的碎块石堆积物,可采用压浆的方法使其固结。对于粘性土、砂类土等以细颗粒为主的堆积物地基,可采用旋喷桩方法加固。(4)若溶洞位于基底以下一定距离,且符合完整顶板厚度与跨长之比小于2.0,或溶洞跨长大于8m,但厚跨比值大于2.0;顶板岩层完整性较好,溶洞形态大小探测清楚,一般认为地基不需加固。

2.2 桩基础

(1)当桥梁地基下的溶洞较大,埋藏较深,但又不满足顶板厚度检算要求时,只能采用桩基础。当岩面溶蚀高差大于1m或岩溶洞穴平面、剖面尺寸大于1m时,可溶性岩层埋深在8m以上,基底岩层部分缺角且无法嵌补,明挖或水下施工压浆有困难等情况均可使用桩基处理。(2)钻(挖)孔桩在穿过溶洞进入完整基岩中深度不得小于5倍桩径,若实际值小于此项要求时,应结合地质资料进行加深或验算。(3)对于桩尖下伏溶洞,是采取穿过溶洞还是桩尖立于溶洞顶,须根据检算和经验设计。一般情况若完整基岩顶板厚大于10m且顶板厚与溶洞孔径之比大于2时,基底以下溶洞可以不处理,否则应该采用桩基穿过溶洞。(4)设计时应重视桩基负摩擦力的影响。一般地基土石在扰动之后都会在自重的作用下固结下沉,特别是由于大量开采地下水而导致地基软弱层相对桩基固结下沉,因而产生一个向下的摩擦力,即负摩擦力,从而增加了桩基所承受的轴向荷载,甚至可能导致桩基破坏。(5)当基桩穿过多层岩溶层支立于坚固的岩层上时,不应考虑多层岩溶层对桩侧起摩阻作用,因为岩溶层与桩侧之间的摩阻作用,在本质上不同于一般土与桩侧之间的摩阻作用。

3岩溶地质桥梁桩基础的应用

3.1 支承桩及嵌岩桩

支承桩及嵌岩桩安全性高、抗震性好,是首选的桩基类型。当覆盖土层的摩阻力不足以提供桩基的竖向承载力,或不能满足沉降要求时,须采用支承桩或嵌岩桩,桩基的承载力可按规范公式计算。

3.2 摩擦桩

在岩溶地区采用摩擦桩有两种情况:一种是覆盖层的摩阻力足以提供桩基的竖向承载力,桩基不进入溶洞区;另一种则是桩底进入溶洞区并终孔在薄顶板或充填物中,此时计入覆盖层及溶洞充填物和溶洞岩体的摩阻力。

3.3 打入桩

在岩溶地区采用打入桩,目前并不是常规方法,但在合适的条件下也是一个很好的方案。打入桩避免了钻孔桩施工时的塌孔风险,及多次回填或其它措施(如钢护筒)带来的费用增加。打入桩基础通常为群桩,可采用预制预应力高强混凝土管桩,也可采用钢管桩,对于管桩应避免桩底直接打到岩面,且都应注意岩面倾斜等不利情况。

4岩溶地质桥梁桩施工的技术措施

(1)岩溶地区桩基施工,必须根据不同的地质条件遵循相应的处理原则。对于岩溶,首先应对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。然后根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。对每种处理方案,都要进行仔细的计算。(2)对于上覆土层较厚、地下水较丰富的摩擦桩,采用钻孔法为宜。当钻进到达溶洞顶板时,冲击钻头操作要平稳,尽可能少碰撞孔壁,并减少冲程悬距(不大于0.80m),慢慢穿过并及时采取防护措施,按一定比例投入黄土和片石来封堵,防止漏浆。(3)桩基穿过多层溶洞或暗河,抛填粘土袋及片石用冲锤挤填桩外溶洞空间,采用2层、3层钢护筒防塌孔是较好的选择。在桥施工时,因该地区岩溶裂隙发育,当钻孔进入岩层后发生漏浆时,应及时加强护壁。