岩溶地区桥梁桩基的勘察设计分析探讨

殷金龙

(广州市城市规划勘测设计研究院 广东广州 510060)

在对岩溶地区桥梁进行建设过程中，应严格进行前期地质勘察，并以勘察结果为基础，对桥梁桩基进行合理设计，使桥梁稳定性进一步提高，保障岩溶地区桥梁施工质量。

1 岩溶地区桥梁桩基地质勘察技术

1.1 钻探技术

钻探技术是当前岩溶地区桥梁桩基地质勘察最常用的技术之一，该种技术几乎不受地质影响，具有精确度较高的特点。在使用该技术对岩溶地区进行勘察过程中，勘察设计人员应以钻探标准、流程以及目的为基础，对勘察过程进行统筹规范，实时记录钻探变化情况，为后续施工奠定基础。

1.2 地球物理勘探技术

使用专业勘察仪器对岩溶地区各地质的分布情况进行检测，并得到勘察数据信息，该种技术即为地球物理勘探技术。地球物理勘探技术主要包含地震勘探法、放射性勘探法、声波测量法、直流电法以及交流电法等，虽然其具有获取数据信息量较大、操作简单、适应性强、涉及范围广、使用效率高等优点，但是该种技术极易受到其他因素的干扰，导致勘探结果受到影响，因此，在勘探过程中，勘察设计人员应以岩溶实际地质为基础，对勘探数据进行分析，使勘探结果的准确性得到进一步提高[1]。

1.3 高密度电法

高密度电法主要应岩土体的电性差异为依据对地质进行勘探。当前高密度电法观测系统主要由高级电法处理软件、多路电极转换器以及多功能数字激电仪等组成，图1 为观测系统图。在高密度电法勘探过程中，勘察设计人员应先对该区域施加一个电场，获取电阻值，从而达到分析地质的情况。

图1 高密度电法系统图

1.4 静力触探和遥感技术

在对岩溶地区地质进行勘察过程中，静力触探不但可以分析该区域是否存在隐蔽土洞进行分析，还可以以现有的数据资料为基础对隐蔽土洞位置进行分析，使用频率较高。除此之外，在使用遥感技术对岩溶地区地质进行勘察过程中，可以利用电磁辐射对地下深层信息进行勘察，并将其传送到地表，该种勘察方式可以使勘察效率进一步提高，该种检测方式主要适用于裸露性岩溶地区[2]。遥感技术真实性较高，可以直观地反映岩溶地区的地质，因此通过使用遥感技术进行勘察，可以了解岩溶地区的地质状况以及地势地貌，为桥梁桩基后续施工奠定基础。

2 岩溶地区桥梁桩基设计要点

2.1 溶洞的主要处理方式

在对岩溶地区桥梁桩基进行建设过程中，若该地区存在大量的溶洞，勘察设计人员应对溶洞数量以及分布特点进行分析，并以规范要求和标准为基础，对溶洞进行处理，溶洞的处理方式主要以下几个方面。

2.1.1 常规冲孔方式

对规模较小的小裂隙、溶沟、溶槽、溶洞等进行处理过程中，通常只需使用常规冲孔方式进行处理。

2.1.2 溶洞抛填法

当溶洞单洞高度不大于5 m 时，可以使用溶洞抛填法进行处理。如果溶洞规模较大需要进行全面充填处理时，施工人员应在冲孔过程中投放整袋水泥、粘土以及片石，使溶洞内部形成泥浆护壁，保障钻孔安全性。若果溶洞为半充填或无充填且冲孔过程存在护筒内泥浆液面突然下降的情况时，施工人员应立即将粘土和片石（体积比为1∶1）以及适量水泥放入钻孔中，并再次进行冲口处理，待液面稳定后，应静置一段时间，使溶洞表面形成稳定的泥浆护壁，经过多次回填、冲击后，确保不存在漏浆问题时，便可继续施工。

2.1.3 护筒跟进法

如果溶洞存在覆盖层有沙砾层、淤泥质土，多层溶洞呈现出串珠状，溶洞较大等特点时，施工单位可以采用护筒跟进法进行施工。通常护筒为钢板，厚度大于10 mm，直径应比桩径大10～30 cm。在开孔之前，施工人员应先将一节钢护筒打入溶洞内，在一边冲孔一边接护筒，在穿越溶洞发育段或易坍塌覆盖层时，应对护筒进行震动或静压下沉处理。通常情况下，多层串珠状溶洞可以使用2层或3层护筒进行处理，一般覆盖层则可以使用单层护筒进行处理。

2.1.4 高压旋喷法

使用钻机进行钻孔处理，并将带有喷嘴的注浆管放入溶洞的制定位置处，使用高压设备对溶洞进行旋喷处理，压强应为20～40 MPa，一边破坏、扰动、冲切土体一边将钻杆提升，将溶洞充填物或土体与浆液充分混合在一起，静置一段时间后使浆液凝固，便可形成旋喷桩，使地基稳定性得到进一步提高，避免出现塌孔问题[3]。

2.2 桩底持力层安全厚度的主要计算方式

在对桥梁桩基进行设计过程中，为了保障桥梁桩基的稳定性，勘察设计人员应对桩底持力层安全厚度进行计算，当前常见的计算方式主要以下几个方面。

2.2.1 以溶洞顶板弯矩控制情况为基础进行计算

当岩溶地区溶洞顶板岩层具有大洞跨、高强度、厚层力、相对完整等特点时，此时主要控制对象为弯矩，因此在对桥梁桩基进行设计过程中，勘察设计人员应先对梁板受力条件进行分析，并以此为基础，对最小设计持力层板厚进行计算，其计算公式如下。

式（1）中，M为弯矩；δ为灰岩容许抗压强度的1/10，单位为MPa；q为溶洞顶板覆盖土层荷载和自重和，单位为kN/m。

在使用该种计算方式进行计算时，顶板岩石相对完整，其计算过程还可以分为固端梁、悬臂梁以及简支梁计算。如果溶洞顶板较为完整，但桩基底部位置存在裂缝时，当溶洞顶板四周相对完整，但桩基基底部位有裂缝分布时，勘察设计人员可以以悬臂梁为依据进行计算；当桩基底部位置较为完整，但溶洞顶板四周存在裂缝时，勘察设计人员可以以简支梁为依据进行计算；当桩基底部和溶洞顶板都较为完整时，可以以固端梁为依据进行计算。

2.2.2 以剪切应力控制情况为基础进行计算

当岩溶地区溶洞顶板岩层较为完整，且洞跨较小、岩体强度较大时，勘察设计人员可以以剪切应力控制为基础对桩底持力层安全厚度进行计算，其计算公式如下。

式（2）中，l为溶洞周长，单位为m；τ为灰岩容许抗压强度的1/12，单位为MPa；p为桩尖对溶洞顶板的作用力，单位为kN；q为溶洞顶板上覆盖土层荷载和自重，单位为kN/m。

2.3 合理选择桥梁基础形式

2.3.1 摩擦桩

在对岩溶地区桥梁工程进行建设过程中，由于该区域地质条件较为特殊，因此通常会使用群桩或单排桩基础进行施工。当溶洞上方覆盖土层较薄时，由于其所提供的摩擦力相对较小，且具有顶板厚度小、溶洞分布较浅的特征，因此不可使用嵌岩桩进行施工[4]。为了保障桥梁基础的稳定性，桥梁桩基应从穿过溶洞群。在对桥梁桩基进行设计过程中，勘察设计人员应以岩石抗剪强度以及试桩结果为基础，对摩擦桩结构进行优化，并对桩身混凝土与周边岩石之间的粘结性进行控制。当桥梁工程施工现场土层较厚，且土层下串珠式溶洞深不见底时，勘察设计人员可以使用群桩摩擦桩方式进行设计，此时桩基础无需穿过溶洞。

2.3.2 嵌岩桩

（1）单排桩和群桩。在对桥梁工程进行施工过程中，若其存在桩基宽度较大、孔径偏差、同一墩台地基条件一致等特征时，可以选择群桩和单排桩结构进行设计。在这种条件下，单桩轴向横向稳定性以及轴向受压容许承载力相对较高，符合桥梁结构规范和标准要求。

（2）独柱单桩桩基。独柱单桩桩基主要适用于宽度下、孔径小的桥梁工程施工。与此同时，在对桥梁工程进行施工过程中，如果墩位下部溶洞分布密集、范围较深、溶洞埋深较大且岩性完整性较好时，勘察设计人员应选择独柱单桩桩基进行设计。

2.4 采用扩大基础和桩基础的联合基础

在对大多数桥梁工程进行设计过程中，大部分桥墩都可以扩大基础，但是在实际施工过程中，由于部分基础岩石支撑面为岩溶地区，会导致基础稳定性受到影响，因此在施工之前应先对溶洞进行处理，保障桥梁基础结构施工质量[5]。例如：在某一桥墩进行开挖施工过程中，溶洞中填满了上游的碎石子和泥沙，因此应对钻孔桩强度和长度进行合理设计，并使用钢筋对溶槽区域进行加固处理，使桩基上部和扩大基础连接在一起，形成联合基础。

3 设计实例

3.1 工程概况

某大桥工程所处区域为岩溶地区，桥梁结构为7×20 m拱形组合梁，其全加宽值为0.8 m，全超高值为7%。桥梁里面的单面坡坡度为0.31%，为了使车辆行驶安全性进一步提高，在桥梁施工过程中，该桥梁为1个4孔一联和1个3孔一联桥面连续结构，并将伸缩缝设置在3号墩顶和桥台前的相应位置处。

3.2 勘察结果

在对桥梁桩基设计之前，为了保障设计的合理性，勘察设计人员应对施工现场地质条件进行分析研究，通过对勘察结果进行分析可知：该工形组合梁大桥K2+609 m 位置下方为溶洞，溶洞具有体积较大的特点，该种地质结构会对桥梁施工稳定性和安全性造成较大的影响。

3.3 设计要点

勘察设计人员在对该桥梁工程桩基进行设计时，应以前期勘察结果为依据，选择合理桩基进行设计，其设计要点主要有：根据勘察结果可知，为了保障桥梁工程的稳定性，上部结构设计具有重要意义。通过对多种上部结构性能进行比较，可知7 孔20 m 的拱形组合梁性能最佳，因此可使用该种方式对上部结构进行施工。与此同时，桥墩应为钢筋混凝土圆形双柱式桥墩，在对墩柱直径进行设计过程中，勘察设计人员应以工程结构要求以及现场特征为依据，对各墩柱直径进行确定。该工程所有桩基均为嵌岩桩。

4 结语

综上所述，在我国经济发展的过程中，交通发展速度也随之增加，西南地区桥梁建设规模和数量也越来越多，由于西南地区存在岩溶发育不良、地形地貌复杂地质恶劣等特点，在对岩溶地区桥梁桩基进行勘察设计和施工过程中，采用常规施工方式对桩基进行施工，其桩基承载力、强度并不能满足规范和标准要求。因此，勘察设计人员应选择合适的勘察手段对岩溶地区地质进行勘察，并以勘察结果为依据，采取必要措施对溶洞等问题进行处理，并对桩底持力层安全厚度进行计算，最后选择合理的桥梁桩基形式进行施工，使桥梁桩基施工质量和安全性得到进一步提高，从而达到提高桥梁整体施工质量的目的。