岩溶地区桥梁桩基施工技术浅议

2022-09-10

1 工程简介

某高速公路互通式立交桥, 其包括大桥两座 (主线桥长234m, 匝道桥长218m) , 中桥两座 (跨地方道路桥和主线跨匝道桥) 。其中, 主线桥、匝道桥和主线跨匝道桥采用钻孔灌注桩基础, 工字组合梁和连续箱梁;跨地方道路桥采用扩大基础、空心板梁, 整个立交桥主线桥、匝道桥和主线跨匝道桥, 设计的桩基总数为94根, 施工中增加骑马桩18根, 共计施工桩基112根。该立交桥位于岩溶地区, 地表覆盖层厚12m～40m, 地下水位较高, 水量丰富, 且连通性好, 设计地质钻探资料表明, 溶洞大小不一, 顶板厚度相差很大。桩基大部分位于新填土区, 部分位于交通繁忙的该高速公路线路中心, 部分位于淤积很深的溪流中。

2 岩溶区桥梁桩基施工技术注意问题

(1) 对整个场地岩溶的发育规律、埋藏条件和岩溶的分布、形状、大小、延伸方向, 基岩的完整性, 风化程度、岩溶水情况和岩溶填充物等都要通过详细勘测彻底查明, 设计时才能心中有数。其中, 要特别注意建筑场地内是否有大型溶洞, 另外, 应特别注意岩溶的主要延伸方向和路线, 因为该路线上的溶洞、裂隙石芽分布最多, 使岩体的承载力偏低。设计时, 要加大这条路线上各桩的底面积, 以提高桩的承载力。成孔后做基岩检查时也要特别注意这条路线上的桩底岩溶发育情况。 (2) 岩溶地区的桩基一般宜用钻孔桩或人工挖孔灌注桩。当单桩荷载较大且岩层埋深较浅时, 宜采用嵌岩桩口。 (3) 岩溶区桥梁桩基孔底施工检查时, 应加布钻孔, 桩径1.0m以下布置两个, 1.0m以上应布置3个, 呈正三角形分布。勘探孔深根据第三章研究结论, 至少需在桩底以下3倍桩径且不少于3.0m, 以保证在此范围内无软弱层、断裂带、溶洞分布, 保证基岩的承载力和稳定性。 (4) 桩端应力扩散范围内应无岩体凌空面, 否则, 应验算基底岩体向凌空面滑动、倾覆的可能性。 (5) 因岩溶地基普遍存在溶蚀裂隙而使基岩不完整, 将降低岩石的整体承载能力。设计时建议桩底面积在按国家规范公式计算的基础上增大10%～20%, 以保证桩的承载力。 (6) 若采用人工挖孔桩, 宜采用钢筋混凝土护壁, 因砖护壁在清爆溶洞或桩底岩石打风钻时易垮壁。 (7) 嵌岩深度在可能条件下宜浅不宜深。嵌岩深度对于硬质岩石, 宜控制在50±20cm, 对于软质岩石, 宜控制在80±20cm。否则井孔过深, 劳动条件差, 工作面狭窄, 钻深十分困难, 如采用爆破, 对整个场地及桩本身都极有影响。根据规范:当岩面较为平整且上覆土层较厚时, 嵌岩深度宜采用0.2d或不小于0.2m岩溶区桩基承载力取决于三个方面: (1) 桩本身的材料强度; (2) 岩土层的支承能力; (3) 上部结构的容许变形值。

3 岩溶区桥梁桩基设计方法

(1) 桩基础设计一般应满足如下要求。

(1) 保证与上部结构的可靠连接, 容许承载力和变形应能满足设计要求; (2) 考虑成桩过程及其使用过程中各种因素变化及其可能产生的后果; (3) 具备一定的安全储备; (4) 经济上合理; (5) 提供施工控制标准及监测手段, 以保证桩基能满足上述要求。简单地说, 桩基的设计应力求选型得当、经济合理、安全适用。

(2) 设计前还必须深入调查研究, 一般应具备以下基本资料。

(1) 岩土工程勘察资料, 如岩土的物理力学性能指标, 地下水位及其化学成分, 岩层埋深, 岩面倾斜, 起伏及滑坡、岩溶、洞穴等不良地质情况; (2) 建筑场地与环境条件, 如交通、管线设施、水电材料供应及周围环境要求等; (3) 上部结构的类型、平面尺寸、构造及使用要求, 上部结构的荷载及其性质; (4) 当地的施工条件, 包括沉桩机具、施工方法及施工质量等; (5) 供设计方案比较用的各种桩型及其实施的可能性。

4 岩溶区桩基施工步骤

(1) 桩型、桩长和截面尺寸的选择。

充分掌握建筑场地地质条件, 并考虑到打桩设备、施工条件等因素, 合理选择桩型。通常岩溶区桥梁桩基优先考虑钻 (冲) 孔灌注桩和人工挖孔桩两类桩型, 如果地下水位较低, 施工排水方便且对周围环境无较大影响时, 可优先考虑人工挖孔桩。桩长主要取决于桩端持力层的选择。岩溶区桥梁桩基一般应嵌岩, 但嵌岩深度也不宜过深。桩截面尺寸可根据所选用桩型的施工要求大致确定, 并初步确定承台底面标高。

(2) 桩数确定及桩位布置。

(1) 桩的根数。

F为作用在桩基上的竖向力设计值 (kN) ;G为承台及承台上土的重力 (kN) ;R为单桩竖向承载力设计值 (kN) 。偏心受压时, 对于偏心距固定的桩基, 如果桩的布置使得群桩横截面的形心与荷载合力作用点重合时, 桩数仍按以上公式确定。否则, 应将上式所求桩数增加10%～20%, 所选桩数是否合适, 尚须待验算各桩受力后决定。考虑承受水平荷载计算时, 可粗略地以各桩水平承载力之和作为桩基的水平承载力。两者结果取大值作为初定的桩数。

(2) 桩中心距。

桩的间距过大, 承台体积增加, 造价提高;间距过小, 桩的承载力不能充分发挥, 而且给施工造成困难。一般岩溶区桥梁桩基对于不扩底钻、挖孔灌注桩, 其中心距可取2.5d;对于扩底钻、挖孔灌注桩, 其中心距取1.5D。 (d为桩身设计直径;D为扩大端设计直径) 。

(3) 桩位布置。

桩在平面内可布置成方形、三角形或梅花形。为使桩基中各桩受力均匀, 布置时应尽可能使上部荷载的中心与桩群的横截面形心重合或接近。

(3) 桩端基岩稳定性验算。

对岩溶区桥梁桩基, 桩端基岩安全厚度为3倍桩径且不小于3.0m, 但对于水平尺寸较大的溶洞, 应进行抗弯强度验算。另外, 对于在桩端应力范围内基岩存在凌空面时, 应验算其向凌空面滑移及倾覆的可能性。

(4) 承台设计。

承台设计按照一般桥梁桩基承台设计要求进行即可。

5 工程中遇到的具体问题

匝道桥5气2桩, 冲孔过程中三次失浆, 均以抛填混合料的方法处理, 第三次顺利完成冲孔施工, 桩长22.47m, 入岩0.164m, 钻到18.24m时失浆, 当灌注水下混凝土高度达到15.4m时, 桩内混凝土连同泥浆突然下降4.2m。经测量、计算与混凝土数量核对, 认定混凝土埋管深度仍有2.3m, 可以继续灌注混凝土, 为保证孔内混凝土不压坏侧壁, 并保证己灌混凝土和后灌混凝土的结合, 采取在混凝土中添加缓凝剂的做法, 灌注3m混凝土, 将导管上拔Zm, 使管中位于新灌注的掺有缓凝剂的混凝土中, 停止灌注, 通过试件观察, 待溶洞附近混凝土达到终凝而后灌混凝土未达到初凝时, 继续灌注混凝土到设计标高, 施工中孔壁未坍孔, 经检测该桩质量合格。

岩溶地区施工主要取决于当地地质条件, 若无覆盖层或覆盖层很浅时, 宜采用先下钢围堰后成桩方案。若覆盖层较厚, 且覆盖层较软承载力较小, 则宜采用先成桩后下钢围堰方案。岩溶地区桥梁施工工序繁多, 质量要求高。但是, 只要我们认真学习有关标准, 切实贯彻执行施工技术的各种规程规范, 坚持开展, 全员、全过程的质量控制, 切实把好施工技术这一关, 就一定能抓出成效来。

摘要：随着桩基施工技术与设计方法研究的不断深入, 岩溶地区桥梁桩基的设计理论、施工技术及处治方法的研究也日益重要。本文针对岩溶地区的特殊情况, 提出了岩溶区桩基设计方法及具体设计步骤, 并借鉴国内外岩溶区桩基的成功经验, 提出了岩溶区桩基设计处理几种特殊方法, 可供同类工程借鉴。

关键词：岩溶地区,桥梁桩基,施工技术