杨鸿玮--岩溶区桥梁桩基勘察与设计要点分析.doc

岩溶区桥梁桩基勘察与设计要点分析 3000 摘要：以某高速公路岩溶区的一座双柱式墩为例，介绍了该墩桩基的溶洞处治方案、桩基的设计思路，并依据相关规范对该墩桩基进行验算，同时对桩端岩溶顶板的稳定性进行了分析和计算，其方法和结论可为同类桥梁桩基设计提供参考和借鉴。 关键词：：高速公路；岩溶区；溶洞处治；桩基设计 1、项目概况 铁路跨线桥为本合同段唯一的一座特大桥，采用上跨三茂铁路的方式通过，与铁路的交叉角度为53.94°。本桥互通区采用（5×25+5×25+4×25+25）m 先简支后桥面连续预应力混凝土组合箱梁，设计荷载：公路-Ⅰ级；设计洪水频率：1/300；地震动峰值加速度：0.05g。左幅 35 号桥墩为本桥的第 3 联，采用1.4～1.6 m 的双柱式墩，墩高 14.6 m。 2、地质勘探 详勘阶段地勘单位对该桥进行了详细的勘探，共布置了 109 个钻孔，基本查明了桥位处的工程地质条件。工程地质勘察报告显示桥位处不良地质为岩溶，极发育，溶洞高度大、深覆盖，填充物密实度不均匀；且桥位处遇洞率为 20%，工程地质条件较为复杂。本桥左幅 35 号桥墩原位钻孔柱状图见图 1 所示。 3 桩基设计 3.1 溶洞的处治 岩溶区桥梁桩基设计必须要考虑溶洞的影响，目前溶洞处治常见的有如下 3 种方法：a）片石、黏土等封闭法，此法适用于溶洞较小的情况。b）护筒跟进法，护筒可单层或多层，通过护筒的“支护、隔离”，达到正常成孔，此法适用于溶洞较大、上覆层较厚或单个溶洞不大但有串珠时。c）静压注浆法，以压浆固结填充物、或填满溶洞，以提高溶洞中土体的承载力。设计阶段结合本项目特点拟定了溶洞处治方案，溶洞处治一般原则见表 1 所示，溶洞处治示意见图 2。由于该墩 0 号、1 号桩基钻孔柱状图中溶洞上覆土层均超过 20 m，单个洞深均超过 5 m，所以考 虑采用双层护筒方案处治溶洞。 3.2 嵌岩深度与承载力的对比 岩溶区桩基类型的选择应根据钻孔资料中溶洞的具体情况、处治方式以及周边桩基溶洞的发育情况综合考虑。岩层较浅的采用端承桩，岩层较深的应对摩擦桩与端承桩做比较，选择经济合理的桩基类型；岩层埋深对于端承桩与摩擦桩区别不明显时，考虑到端承桩沉降量小，优先考虑采用端承桩。一般地层端承桩的承载力按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007（以下简称 07 地基规范）中 5.3.4 条计算,但岩溶区由于溶洞的存在必然对端承桩承载力产生不利。广东省地方标准《广东省岩溶地区桩基设计与施工技术指南》（以下简称广东岩溶桩基指南）中通过对桩端阻力、总侧阻力进行折减来反映溶洞对桩基承载力的影响，所以相比07 地基规范更符合实际情况。基于 07 地基规范修正后的端承桩单桩轴向受压承载力容许值计算公式为： 式中：k1、k2分别为根据溶洞顶板厚度而定的桩端折减系数和总侧阻发挥系数，其取值参见表 2。其余参数详见 07 地基规范。 岩溶区端承桩的最佳嵌岩深度，应根据桩顶荷载、岩溶区地质条件、上覆土层厚度、持力层基岩、桩径、桩长等因素综合考虑。广东岩溶桩基指南中通过数值分析，考虑嵌岩深度和溶洞顶板的相互制约条件下，其桩基嵌岩段桩端力、侧阻力及总体承载力关系曲线见图 3。 从图 3 中可见，岩溶区由于溶洞的存在，桩基端承力随着嵌岩深度的增加是减小的，虽然这个阶段侧阻力也在增加，但其幅度远比端承力减小要慢，端承桩的总承载力基本随桩端力的减小而减小，所以端承桩要首先考虑如何有效提高桩端力。 3.3 桩基类型、长度的确定 综上所述，并结合本项目岩溶区端承桩嵌岩要求，同时本着优先保证顶板安全厚度的原则，左幅35 号墩桩基拟定为 41 m 端承桩，35-0 嵌岩深度为4.1 m，顶板持力层厚度为 3.8 m；35-1 嵌岩深度为3.7 m，顶板持力层厚度为 7.3 m。桩基嵌岩深度验算见表 3。 3.4 桩基强度验算 桩基设计为 1.6 m 钻孔灌注桩，均布 32 根 25的 HRB400 钢筋，其强度验算见表 4。 3.5 桩基轴向承载力验算 计算桩基承载力时不考虑桩基与钢护筒间的摩阻力，且偏保守地认为地质柱状图最底层之下即为溶洞，采用公式（1）计算的 35 号墩桩基轴向受压承载力见表 5。由结果可知该墩桩基满足承载力要求，且有一定的安全储备。 4 顶板安全验算 4.1 抗冲切验算 岩溶区桩端岩层顶板的安全性对于端承桩的承载力及桩基安全都有着重要的影响，现在大量的研究表明，岩溶顶板较厚时桩端持力层多以冲切破坏形式发生。冲切破坏锥体对岩层侧表面的剪应力和拉应力均存在，实际工程中为安全起见，也应分别验算。桩基岩溶顶板冲切破坏简图见图 4。根据力学平衡，可得冲切锥体的平衡条件为如下两种模式（不考虑锥体的自重）。 4.1.1 模式 1 剪切破