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橋梁樁基礎在巖溶地質條件下應用
閱讀：289 發布時間：2017-9-27摘要：分析不同類型橋梁基礎的特點及適應條件，巖溶地質橋梁基礎的處理辦法和橋梁樁基礎的應用，以及施工過程的技術措施。
關鍵詞：橋梁基礎；巖溶地質；樁基礎
1、引言
橋梁基礎設計與施工質量的好壞，是整座橋梁質量的根本問題，只有掌握橋梁基礎的分類、特點，掌握基礎的適用范圍，才能使專業人員設計和施工時更好地注意發揮各類基礎的特長，才能更合理選擇適宜的基礎，確保建成的橋梁能安全、經濟、舒適、地使用，尤其是在巖溶地質這個特殊的環境下。
2、基礎分類、特點
基礎根據埋置深度分為淺基礎和深基礎兩大類。基礎埋置深度小于5m的稱為淺基礎：埋置深度大于5m，則稱為深基礎。基礎埋置在土層內深度雖較淺，但水下部分較深稱為深水基礎。
2.1淺基礎特點、分類天然地基淺基礎特點是施工簡單，不需大型的機具設備，比較經濟，在中、小型橋梁上使用較廣泛。淺基礎根據受力條件及構造可分為剛性基礎和柔性基礎兩大類。剛性基礎：基礎內不需配置受力鋼筋，這種基礎稱為剛性基礎。特點是穩定性好、施工簡便、能承受較大的荷載。缺點是自重大，受地形限制。柔性基礎：必須在基礎中配置足夠數量的鋼筋，這種基礎稱為柔性基礎。特點是整體性能較好，抗彎剛度大，對上部結構產生的附加應力比較小。缺點是柔性基礎主要是用鋼筋混凝土澆筑，鋼筋和水泥用量較大，施工技術要求較高。
2.2深基礎特點、分類深基礎特點是承載力高、穩定性好、埋置深度大、工期短、適應大型及大跨度橋梁的建設。常用深基礎有樁基礎、氣壓沉箱基礎、沉井基礎等。
樁基礎是一種常用的深基礎，它是由若干根樁和承臺兩個部分組成樁基礎的作用是將承臺以上結構物傳來的外力通過承臺，由樁傳到較深的地基持力層中去。樁基礎的特點是承載力高，穩定性好、沉降量小而均勻，具有較好的適應性。樁的施工方法種類較多，主要的是鉆孔法和打人法。目前常用的有鉆孔灌注樁。挖孔灌注樁、打人樁；沉箱是一個有蓋無底的箱形結構物，人在壓入壓縮空氣的工作室內挖土，沉箱在自重作用下沉入土中。沉箱的優點是整體性強，穩定性好，能承受較大的荷載，在下沉過程中能處理障礙物，基底的處理和質量能得到保證。缺點是氣壓沉箱費用高，要有一套完整的設備，人在高壓下工作效率低。進度慢，施工組織較復雜；沉井基礎在橋梁工程中較為廣泛的應用，它是以井內挖土，依靠自身重量克服井壁摩阻力后下沉至設計標高，然后經過砼封底，并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺或其他結構物的基礎。沉井基礎特點是埋置深度可以很大、整體性強、穩定性好，能承受較大的垂直荷載。
3、巖溶地質橋梁基礎的處理辦法
由于溶洞的規模和類型不同，它們對橋梁穩定性的影響程度也不同，當然對其處理的方法也應有所不同。
3.1加固地基（擴大基礎）
（1）當溶洞頂覆蓋較薄，可采用清爆的方法，揭露溶洞充填物，以便清除、換填，或使充填物風干，提高地基的強度。
（2）若溶洞位于持力層范圍內時，清除覆土及原填充的土質，視溶洞寬窄分別打入小鋼軌，用漿砌片石或混凝土填塞，設置鋼筋混凝土蓋板或基礎內部加鋼筋網。
（3）對于溶洞埋藏不深，洞中有較厚的碎塊石堆積物，可采用壓漿的方法使其固結。對于粘性土、砂類土等以細顆粒為主的堆積物地基，可采用旋噴樁方法加固。
（4）若溶洞位于基底以下一定距離，且符合完整頂板厚度與跨長之比小于2.0，或溶洞跨長大于8m、但厚跨比值大于2.0；頂板巖層完整性較好，溶洞形態大小探測清楚，一般認為地基不需加固。
3.2樁基礎樁基礎是處理橋梁巖溶地基zui有效的方法。設計與施工時應注意的基本原則如下。
（1）當橋梁地基下的溶洞較大，埋藏較深，但又不滿足頂板厚度檢算要求時，只能采用樁基礎。當巖面溶蝕高差大于1m或巖溶洞穴平面、剖面尺寸大于1m者，可溶性巖層埋深在8m以上，基底巖層部分缺角且無法嵌補，明挖或水下施工壓漿有困難等情況均可使用樁基處理。
（2）鉆（挖）孔樁在穿過溶洞進入完整基巖中深度不得小于5倍樁徑，若實際值小于此項要求時，應結合地質資料進行加深或驗算。
（3）對于樁尖下伏溶洞，是采取穿過溶洞還是樁尖立于溶洞頂，須根據檢算和經驗設計。一般情況若完整基巖頂板厚大于10m且頂板厚與溶洞孔徑之比大于2時，基底以下溶洞可以不處理，否則應該采用樁基穿過溶洞。
（4）設計時應重視樁基負摩擦力的影響。一般地基土石在擾動之后都會在自重的作用下固結下沉，特別是由于大量開采地下水而導致地基軟弱層相對樁基固結下沉，因而產生一個向下的摩擦力，即負摩擦力，從而增加了樁基所承受的軸向荷載，甚至可能導致樁基破壞。
（5）當基樁穿過多層巖溶層支立于堅固的巖層上時，不應考慮多層巖溶層對樁側起摩阻作用，因為巖溶層與樁側之間的摩阻作用，在本質上不同于一般土與樁側之間的摩阻作用。
4、巖溶地質橋梁樁基礎的應用
4.1支承樁及嵌巖樁支承樁及嵌巖樁安全性高、抗震性好，是的樁基類型。當覆蓋土層的摩阻力不足以提供樁基的豎向承載力，或不能滿足沉降要求時，須采用支承樁或嵌巖樁，樁基的承載力可按規范公式計算。此類樁基的設計難點是如何確定樁底巖層的厚度，通常認為樁底有連續3倍樁徑的完整巖體是安全的，但無定量的理論依據。
4.2摩擦樁在巖溶地區采用摩擦樁有兩種情況：一種是覆蓋層的摩阻力足以提供樁基的豎向承載力，樁基不進入溶洞區；另一種則是樁底進入溶洞區并終孔在薄頂板或充填物中的情況，此時計人覆蓋層及溶洞充填物和溶洞巖體的摩阻力。前一種與普通樁基的設計計算沒有太大區別，但要注意保證樁底與溶洞間土層及巖體的厚度；后一種摩擦樁的計算則要根據具體情況變通應用規范公式，設計的難點是：合理選取溶洞區樁側土的極限摩阻力及樁底支承力如何計入。
4.3打入樁在巖溶地區采用打入樁，目前并不是常規方法，但在合適的條件下也是一個很好的方案。打人樁避免了鉆孔樁施工時的塌孔風險，及多次回填或其它措施（如鋼護筒）帶來的費用增加。打人樁基礎通常為群樁，可采用預制預應力高強混凝土管樁，也可采用鋼管樁，對于管樁應避免樁底直接打到巖面，且都應注意巖面傾斜等不利情況。
5、巖溶地質橋梁樁施工的技術措施
基于以上的分析，巖溶地區橋梁樁基施工的技術措施主要包括以下幾個方面：
（1）巖溶地區樁基施工，必須根據不同的地質條件遵循相應的處理原則。對于巖溶，首先應對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。然后根據地質鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。對每種處理方案，都要進行仔細的計算。
（2）對于上覆土層較厚、地下水較豐富的摩擦樁，采用鉆孔法為宜。當鉆進到達溶洞頂板時，沖擊鉆頭操作要平穩，盡可能少碰撞孔壁，并減少沖程懸距（不大于0.80m），慢慢穿過并及時采取防護措施，按一定比例投入黃土和片石來封堵，防止漏漿。
（3）樁基穿過多層溶洞或暗河，拋填粘土袋及片石用沖錘擠填樁外溶洞空間，采用2層、3層鋼護筒防塌孔是較好的選擇。在橋施工時，因該地區巖溶裂隙發育，當鉆孔進入巖層后發生漏漿時，及時加強護壁。
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