一　工程概況
在我國(guó)西南地區(qū)修建鐵路、公路,不可避免地會(huì)遇到巖溶地基。對(duì)于巖溶發(fā)育地區(qū)的樁基,如何準(zhǔn)確確定樁基持力層高程,如何在樁基設(shè)計(jì)、施工過程中確保樁基工程質(zhì)量,如何采用安全、經(jīng)濟(jì)、合理的樁基設(shè)計(jì)及溶洞處理方案,是樁基設(shè)計(jì)人員普遍關(guān)注的問題。
本文以某穿越巖溶地區(qū)的鐵路大橋樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及施工為例,探討巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工的技術(shù)措施。該橋橋區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,基巖起伏較大,巖溶極為發(fā)育,存在暗河和多層溶洞。根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露,橋區(qū)上覆地層為第四系沖積層,下伏基巖為石炭系灰?guī)r,地層自上而下可分為:①第四系沖積層,亞粘土、粉細(xì)砂、圓礫卵石層交錯(cuò)分布,層厚1.6～10.9m;②強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖,半巖半土破碎塊狀,層厚3.20～32.2m;③弱風(fēng)化灰?guī)r,巖芯呈碎塊狀,裂隙發(fā)育,層厚1.10～5.00m;④微風(fēng)化灰?guī)r,塊狀構(gòu)造。節(jié)理裂隙發(fā)育,溶隙及溶洞極發(fā)育。本區(qū)溶洞層數(shù)最多達(dá)11層,一般在7～8層,溶洞最高約10m。全橋30根樁基處于溶洞區(qū),在樁基施工過程中增加了10根溶洞樁基。
二　溶洞本身存在的問題解決
溶洞問題的存在本身就有三大難點(diǎn)期待解決:
2.1溶洞的孔壁情況以及大小、位置不清等會(huì)對(duì)沖擊鉆頭運(yùn)行情況造成隱患,如卡鉆、掉鉆等;
2．2溶洞的連通情況無法準(zhǔn)確了解,這會(huì)造成孔內(nèi)泥漿急劇下沉,鉆孔過程中的內(nèi)外水頭失去平衡,有可能造成孔壁坍塌事故的發(fā)生;
2.3溶洞的走向不明,加上施工超前鉆只能在樁位以外進(jìn)行地質(zhì)層的揭示,從某種意義上來說,勘探資料無法提供準(zhǔn)確的地質(zhì)分布狀況,正是這種模糊的參考資料,造成施工中極大的盲目性。
傳統(tǒng)的地質(zhì)鉆探方法在非灰?guī)r地區(qū)、巖溶不發(fā)育地區(qū),因地質(zhì)勻質(zhì)性較好,作為判明地基承載力,地質(zhì)分層情況的方法是十分有效的、可行的;但是,在巖溶發(fā)育地區(qū),該方法卻存在一定的局限性,地質(zhì)鉆孔取樣所提示的地質(zhì)條件并不能完全反映樁位處巖溶、裂隙的發(fā)育狀況。因此,在初勘階段,地質(zhì)部門就應(yīng)采用鉆探與物探相結(jié)合,物探的優(yōu)點(diǎn)是效率高、成本低、儀器和工具比較輕便、探測(cè)的范圍比較廣而全。雖然物探較難得出肯定的結(jié)論,但通過物探,對(duì)整個(gè)場(chǎng)地的地質(zhì)有了較全面的了解,初步探明地質(zhì)異常區(qū),再與鉆探相結(jié)合,對(duì)指導(dǎo)地質(zhì)判斷,合理布置鉆孔、減少鉆探工作量等方面能起到良好的作用。由于巖溶發(fā)育規(guī)律性不強(qiáng),加上鉆探本身也存在較大的局限性,初勘階段的工作重點(diǎn)應(yīng)放在探明巖溶發(fā)育強(qiáng)度及分布規(guī)律上,而不要過多地考慮橋梁樁基的具體位置。建議在巖溶發(fā)育地區(qū),應(yīng)根據(jù)橋梁跨徑、巖層分布等情況選擇合適的物探方法進(jìn)行補(bǔ)充勘探,以做到經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠地探明樁位處的地質(zhì),確保工程安全。
樁基施工前,對(duì)樁基穿過石灰?guī)r地層的溶洞分布情況,特別是每根樁基深度范圍內(nèi)溶洞分層高程、填充體、暗河水流情況的地質(zhì)資料勘探清楚,盡可能做到每根樁基1孔或多孔鉆探;若對(duì)大直徑樁巖溶情況難以判斷,每樁須鉆2個(gè)或3個(gè)地質(zhì)孔,探明設(shè)計(jì)樁位與溶洞的關(guān)系,如溶洞分布面積大、層數(shù)多豎向溶溝,為減少施工難度和投資,可加大橋梁跨度,減少樁基工程。
由該橋的勘探實(shí)踐證明,由于樁基直徑遠(yuǎn)大于地質(zhì)勘探孔直徑,個(gè)別未進(jìn)行物探,僅按逐樁鉆孔勘探橋梁的溶洞樁基,并不能完全揭示巖溶發(fā)育與分布規(guī)律,對(duì)于直徑1.5m以上的樁基,必要時(shí)可用一樁三孔查明溶洞分布情況,并在樁基孔施工中,基巖面露出后,在其四周布孔,準(zhǔn)確查明樁基直徑范圍內(nèi)一定深度的巖溶發(fā)育情況。
三　設(shè)計(jì)體會(huì)
3.1針對(duì)樁位下較深范圍內(nèi),有密集型溶洞和完整巖性埋置較深的情況,或者溶洞分布較淺、頂板較薄無法滿足嵌巖樁要求時(shí),可考慮采用摩擦樁,并應(yīng)考慮基礎(chǔ)的不均勻沉降。此時(shí),頂面巖溶層與樁之間亦應(yīng)采取隔離措施,不得考慮樁身與該頂面巖溶層之間的摩阻作用。置于巖溶地區(qū)溶槽或溶溝處的樁基礎(chǔ),當(dāng)樁穿過溶槽、溶溝內(nèi)的填充土支立于溶槽底面或溶溝底面的巖層上時(shí),不應(yīng)考慮多層巖溶層對(duì)樁側(cè)起摩阻作用,僅將這種摩阻作用視作安全儲(chǔ)備。通常不僅不應(yīng)考慮多層巖溶層對(duì)樁側(cè)的摩阻作用,而且在鉆孔灌注樁施工過程中應(yīng)采取措施(例如采用麻布或油毛氈作隔層),將多層巖溶層與樁壁之間分隔開,使基樁承受的軸向荷載全部作用于樁底的堅(jiān)固巖層上,可按支立于一般巖層上的柱樁分析方法進(jìn)行樁的內(nèi)力分析。樁的軸向容許承載力應(yīng)根據(jù)溶槽或溶溝底面巖層的穩(wěn)定性(包括強(qiáng)度和縫隙等情況)確定。