岩溶地区城市高架桥桩基设计和施工方法探讨

谭 潇 上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海 200437

桥址处属岩溶强烈发育区，地下多溶洞、土洞、裂隙、流砂等不良地质现象，覆盖层深浅不均，基岩起伏变化剧烈。桩基施工过程中容易出现塌孔、漏浆、卡钻，更为甚者还有塌方的风险。即便施工过程顺利，如果设计考虑不周，在道桥正常使用过程中容易出现不良地质处理不彻底、达不到预期桩基承载力而导致的安全隐患，这对道桥设计和施工提出更为严格的要求。

1 工程概述

龙岩市龙岩大道高架桥工程位于龙岩市新罗区，南起华莲路交叉口，北至爱亭路交叉口，全长3.4km;高架桥主线跨越西陂路、登高西路、人民路、龙厦铁路、罗龙路、龙津河、双洋路，与爱亭路平交。桥梁总长约1989m，标准横断面宽25.5m。引桥共589 根φ1500 钻(冲)孔灌注桩，按嵌岩桩设计。

2 工程地质

拟建桥址区位于龙岩盆地中部，在勘探深度范围内所揭露的岩土层自上而下为:①1 素填土;①2 素填土;②1 粉质粘土;②2 卵石;②3 含碎石粉质粘土，土层中土洞充填物为含砾粉质粘土;②4 原生红粘土，土层中土洞充填物为含砾粉质粘土;③1 中风化灰岩，岩芯极为破碎且溶洞极其发育，溶洞充填物主要为含角砾粉质粘土;③3 微风化石灰岩，裂隙不发育，岩芯完整，饱和单轴抗压强度平均值74.27MPa。

桥位处土洞、下伏的灰岩溶洞非常发育，为了确保设计安全及质量，逐桩布孔进行勘察，并做纵、横向地质剖面，以判断桥墩处溶洞范围。桩基的嵌岩深度综合考虑桩身长径比、岩层性质以及覆土层特性等参数，提出具体的桩基嵌入深度［1］。本工程要求桩底确保桩端全断面垂直进入微风化石灰岩层不小于2 倍桩径的深度。勘探孔深度须达到预计桩底深度以下，保证一定的安全距离;当在预计勘探深度范围内，遇有软弱下卧层时或溶洞时，应予以钻穿，并达到安全厚度。保证在钻孔桩桩底以下4 倍桩径高度范围内必须为完整基岩，不存在溶洞。

3 桥梁嵌岩桩设计

根据高架沿线范围内岩溶的发育规律、基本形态、规模大小、溶洞顶底板岩层的厚度、完整性，以及洞内的填充情况和填充物性状，有针对性地将工程地质特征分为四类具体论述桩基设计特点。

3.1 一般小溶洞、串珠溶洞地段嵌岩桩设计

本工程沿线地质钻孔表明，大部分桩位处均有土洞、溶洞分布，洞穴或为空洞或填充有淤泥质粘土，无法提供有效侧阻力。串珠溶洞大多分布较密，洞间隔板厚度1 米左右。所以高架桥桩基均按嵌岩桩设计，原则上尽量穿过上部岩溶发育带和溶洞层，选择溶洞下部完整微风化基岩作为桩端持力层。对于覆盖层较浅，深度在100 米以内即有完整微风化持力层的位置，桩基穿过全部溶洞，桩端完整嵌入基岩不小于两倍桩径的深度，以保证桩基承载力。此类桩基设计如图1 所示。

图1 42#墩桩基地质剖面图

3.2 溶洞埋藏较深地段嵌岩桩设计

本工程有几处桩基地质钻孔反映微风化持力层虽然埋藏较浅，但溶洞分布较深，一百米深度范围内仍无完整的微风化持力层。如桩基穿过上部所有溶洞，则桩基过长，端承力很难发挥，而侧阻力因为溶洞过多亦很难保障。所以设计考虑选择较厚的溶洞顶板作为持力层［2］，桩基嵌入顶板且保证桩底以下有5 米完整的岩层。根据地堪报告提供的微风化岩强度，经过验算确定桩底的溶洞顶板如有5 米以上厚度，则这层顶板能提供足够的承载力［3］。

如桩基经过串珠型溶洞，并且桩端的溶洞顶板岩层都较差，厚度不足，则需在桩底下的溶洞里注浆，以保证桩基的安全。注浆范围从设计桩底标高至桩底标高以下6m 范围，注浆材料选用C40 水泥浆。注浆前将含角砾粉质粘土中的粘土及细小角砾用清水冲洗出溶洞或裂隙。待冲洗孔口出水为清水且基本无细沙时，再进行注浆工序。此类桩基设计如图2 所示。

图2 9#墩桩基地质剖面图

3.3 无微风化岩地段桩基设计

高架桥在人民路以南11#、12#和14#墩的部分桩基钻孔显示，地下100 米范围内没有微风化持力岩层。其中12#、14#墩有一半桩基钻孔显示微风化岩埋深90 多米，另一半桩基钻孔显示地下100 米深处没有堪测到微风化岩层。这几个墩位均位于人民路与龙岩大道交叉口附近，桥墩横跨龙岩大道地下管线共同沟，桩位可调整的范围有限。所以经综合比选，对没有堪测到微风化持层的桥墩桩基按摩擦桩设计［4］，保护桩基穿过溶洞间中风化层的厚度至少50 米。因为中风化层岩溶极其发育，岩芯破碎，为保证桩基的承载力，桩底以下6 米范围仍采用注浆加固处理。此类桩基设计如图3 所示。

图3 11#墩桩基地质剖面图

3.4 陡峭岩面上的嵌岩桩设计

本工程范围内有多处基岩面起伏剧烈，相邻桩基堪探钻孔显示微风化层高差约10～30m，而相邻桩水平间距只有3m。出现这种情况的原因有两点:一是地下岩溶复杂，溶洞、裂隙在这些位置分布集中，二是受堪探方法所限无法反映地下岩面变化全貌。在这种情况下，如各个桩基都严格按照本桩基的钻孔设计桩长，则同一承台下桩基长度差异过大，会导致桩基受力不均匀、刚度差异较大的问题。由于桩径为1.5m，相邻桩间距3m，所以邻桩钻孔所反映的溶洞很可能已联通到本桩基位置。因此，确定桩基长度和桩底标高时，同时参考相邻钻孔情况，逐桩进行分析确定。桩长控制到相邻桩端连线与水平面的夹角不大于45°，且严格保证桩基全断面嵌岩，以保证倾斜岩面上桩端的稳定性。此类桩基设计如图4 所示。

4 施工方法及注意事项

施工区域地下多溶洞、土洞、裂隙、流沙等不良地质现象，桩基施工过程中，钻进至溶洞、土洞时容易出现漏浆、塌孔甚至地面塌陷，对施工人员和机械以及周边道路、建筑都带来极大的安全隐患。

图4 11#墩桩基地质剖面图

4.1 防塌孔措施

为了防止因遇到溶洞或土洞引起的塌孔、地面塌陷，桩基施工前埋置钢护筒，钢护筒底部完全穿透岩层以上的覆盖层。现场钢护筒埋设主要采用“大套小、边钻进边跟进方式”，大钢护筒直径宜比桩径大40cm，小钢护筒直径宜比桩径大20cm。大护筒在钻机开孔之前埋设至承台底标高，小护筒为跟进的钢护筒。根据地质勘探资料，要求扩孔钻进深度穿透岩层以上的覆盖层。扩孔施工时钻头直径宜比桩径大20cm，以利于小钢护筒顺利的穿透岩层以上的覆盖层。

4.2 漏浆、塌孔处理措施

当钻孔至中风化岩层中的溶洞时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，现场主要以片石、黏土填充处理。这种方式方便、快捷且节省费用［5］。若溶洞内漏浆严重时，应再次回填，反复回填、反复冲击、或者加入水泥麻丝进行堵漏，直至不再漏浆为止。

当溶洞高度大于4m，且连通性较好时，以钢护筒形式穿过溶洞空洞，要求钢护筒全部穿过覆盖层和溶洞且嵌入岩面。根据地质情况对1.5m 钻孔桩采用1.7m 至2.2m 钢护筒套插，护筒级差为10～15cm。单个大溶洞用双层护筒，两个大溶洞用三层护筒，以此类推。

5 结论

本文主要针对岩溶地区城市高架桥梁桩基设计过程中遇到的实际问题，通过具体分析几类地质特征，分别确定合适的桩基长度和持力层，并对施工方法提出建议，以保证桥梁在施工和使用过程中的安全，同时控制整个工程的经济成本。

［1］徐伟.公路桥梁桩基设计要点分析［J］.城市道桥与防洪，2014(10):93-95.

［2］高宏伟.岩溶桥梁嵌岩桩基础设计及施工技术［J］.交通科技，2012(02):48-50.

［3］庞竞拓.桩基下溶洞顶板安全厚度有限元计算分析［J］.铁道堪察，2014(06):50-53.

［4］唐志，龙万学，杜镔，凌桂香.贵州山区高速公路复杂地质条件桥梁基础设计［J］.中外公路，2014(05):138-142.

［5］李军伟.对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨［J］.施工技术，2010(64):390-391.