岩溶地区桥梁基础设计与处理
2016-09-26
1、概述
宜州至河池段高速公路是西部开发省际公路通道阿荣旗至北海公路的重要组成部分，也是《国家高速公路网规划》中第十七横汕头至昆明高速公路的一部分，同时又是广西高速公路“四纵六横三支线”网中横三线的组成部分。项目位于广西壮族自治区河池市境内，处于云贵高原与广西盆地的过渡地带。项目所在区沿线地形属低山、丘陵地形。丘陵与低山交错，地面高程在145m～718m之间。形多为孤峰或峡谷，区内多为石灰岩地区，岩溶地貌发育，路线区岩溶地貌以峰丛洼地为主，岩性有灰岩、白云质灰岩及白云岩等。中、上石炭统和上泥盆统碳酸盐岩最纯，岩性结构均一，为岩溶发育最强的岩组，二叠系次之，再次为东岗岭组，余者岩溶不甚发育。主要表现为溶蚀沟槽、溶蚀洼地、漏斗、溶洞、落水洞、地下暗河等形式。
2、地基处理与基础设计
溶洞为岩溶的主要形态之一，项目区所见溶洞规模一般不大，开口一般2-3m。主要呈层状分布于峰（丛）林中。在形成初期，岩溶作用以溶蚀为主，随着孔洞的扩大，水流作用加强，机械侵蚀作用也起了很大作用，岩溶洞壁时常可见石窝、水痕等侵蚀痕迹。在构造裂隙交叉点，溶蚀及侵蚀作用更易于进行，并时常产生崩塌作用，形成高大的厅堂，洞穴中存在着溶蚀残余堆积。路线区碳酸盐岩分布区溶洞分布较多，大多数溶洞规模大，对路线影响相对较大，是影响桥梁设计的主要不良地质，对桥涵地基处理、基础设计影响较大，在路基处理后不能达到设计要求的，采用桥涵构造物跨越。宜州至河池高速公路，桥梁基础有溶洞的占60%以上，大多为隐伏型溶洞。初步设计期间才用了钻探、物探等方式确定。设计中，根据地质情况，结合桥跨式样、荷载大桥、桥梁基础形式等进行综合研究，选择最佳方案。通常基本方案为两种：一种是不扰动岩溶地基，利用其下卧层的固有强度，修筑基础；另一种是采用钻、挖孔桩穿过溶洞，支承于有一定厚度的稳固岩层。
①对于深岩溶洞穴较小，且岩面以上土层均匀、厚度较大（≥5m）承载力足够设计要求的，岩溶可不做处理。
②岩溶较发育，基础局部有容槽且呈收敛状的及浅藏或狭窄的，采用清除岩溶覆土及淤泥、然后灌注混凝土，或设置盖板于溶缝上跨过。对多条溶缝的，采用现浇钢筋混凝土垫层或基础。在溶缝、溶槽里采用填塞片石并压注水泥砂浆等进行处理。
③对岩溶较发育、地下水较大的，其溶洞直径较小（≤1m）埋藏深度浅（8m内）充填物较少或为空洞时，利用钻孔向溶洞灌填砂卵石、片石、碎石土等后，压入水泥浆液处理。
④对岩溶极发育，覆盖层较薄且覆盖层为砂卵石、碎石土或粘土等，采用高压注浆加固地基，设计采用扩大基础等。
⑤对岩溶较发育、发育，基础局部有溶洞或多层溶洞，溶洞深度在5m以上，或多层小溶洞总深度在18m以下，地下水不发育，则可采用挖孔桩处理。
⑥对岩溶较发育、发育，基础局部有溶洞或多层溶洞，大厅式溶洞或多层溶洞总深度在18m以上，地下水发育，则可采用钻孔桩处理。
⑦对岩溶极发育，覆盖层为不稳定地层，可采用沉井加钻孔桩基础。对于深水基础，还可考虑采用管柱桩。
⑧对于个别较大的大厅式溶洞，首先应以避开为主，处理为辅。
3、钻孔桩基础设计及处理
①对于较大较深的溶洞或多层串珠溶洞，对穿透岩溶的钻孔桩基础，设计应满足下列要求：
a、对穿透岩溶的桩基础，桩尖需置于完整岩层顶板要求大于6m，或顶板厚与溶洞孔径之比大于2。
b、对于多层串珠式空溶洞，桩侧需穿透累计岩层厚度大于等于5m（仅计大于1m以上的岩层），且桩尖置于下层岩层上，支承顶板厚度不小于3m。
c、对同一桥墩位分布于两侧溶洞距离相差较大的，可按不等长桩设计。除了按其穿透累计岩层厚度大于等于5m，且支承顶板厚度不小于3m外，考虑不均匀沉降影响，同一桥墩的桩基中，其桩底标高不可太悬殊，一般按3～5m控制。
②钻孔桩基础设计，对一般溶洞按下列措施处理：
a、采用抛填片石、碎石土或粘土坯方法，用以堵塞洞内填充物的活动通道、填充空洞。
b、对于有淤泥及流沙、松散砂卵石层或较大的空洞的岩溶，钻孔桩基础采用长护筒护壁法施工。
4、钻孔灌注桩基础计算时、取值
钻孔灌注桩承载力计算公式中及值的取值是宜州至河池高速路岩溶地区桥梁设计中经常碰到的难点问题之一。、这个两个数值是根据桩底清底情况和岩石破碎情况决定。钻孔清孔效果好坏，直径影响桩的承载力。由于、两值的大小对计算较敏感，设计中视地质情况、桩的大小及桩的长度等因素合理选用。
①岩溶较发育，桩长较长者，可按较差情况考虑或只考虑桩周受力作用而忽略桩底的承载力作用。
②8～18m长的桩，溶洞发育而地下水不丰富时，通常可按挖孔桩设计。挖孔桩施工清底容易，设计时可根据岩石情况选用良好及一般情况的、值。
③对于较深的钻孔桩，岩溶较发育，地下水发育或地质情况不好时，采用较差情况的、值。
④地质情况恶劣，岩溶极发育，地下水较丰富，施工清底难以保证时，可考虑忽略桩底的承载力作用。如果不满足设计要求，亦可采用增加桩嵌入岩层的深度或增加桩的根数等办法解决。
5、结束语
对于地质条件较复杂路段加大地质勘察工作力度，达到必要的深度。采用每墩、每桩对位钻孔的钻探方法，使得地质资料完整、可靠，为确保设计质量奠定良好的基础。
