喀斯特地貌是指具有溶蝕力的水對(duì)石灰?guī)r等可溶性巖石進(jìn)行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱巖溶地貌。湘西土家族苗族自治州屬于云貴高原東側(cè)的武陵山區(qū)，以喀斯特地貌分布廣，面積大。如何進(jìn)行溶洞區(qū)地質(zhì)勘探，確定樁底持力層的高度，如何制定優(yōu)秀的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案是橋梁設(shè)計(jì)者必須重視的問題。

、1、工程概述

、杭瑞高速公路湖南省鳳大段是國(guó)家規(guī)劃高速公路網(wǎng)中18條東西橫線中的第12條，是湖南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中五縱七橫中的第一橫。本項(xiàng)目王家寨1號(hào)橋，中心樁號(hào)K1+780.0(左寬)，結(jié)構(gòu)尺寸8×30+10×40m，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)t梁，先簡(jiǎn)單后連續(xù)，盡量避開溶解孔，左右寬度獨(dú)立設(shè)置，單橋?qū)挾?1m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式、矩形中空腳、橋采用柱式、u型橋。挖孔灌注樁基，樁徑1.5m～2.2m，全橋共設(shè)計(jì)樁基108根，設(shè)計(jì)最大樁長(zhǎng)46m。

橋的位置地形地質(zhì)條件復(fù)雜，處于硬碳酸鹽巖工程地質(zhì)亞區(qū)，含碳酸鹽巖溶解水，部分地質(zhì)勘探鉆孔顯示有多層溶解孔。整座橋的地質(zhì)復(fù)蓋層從上到下:①第四系殘坡上堆積碎石，粉質(zhì)粘土，坡頂植被茂密的粉質(zhì)粘土灰黃色，灰黑色，稍濕，硬塑料，主要由粘粒構(gòu)成，局部含碎石。層厚0.5~1.9m，地面調(diào)查機(jī)構(gòu)推薦承載力=[fa0]=180Kpa，極限摩阻力[qik]=35Kpa。②寒武系中系奧溪組泥灰?guī)r、灰?guī)r、局部基巖暴露。中風(fēng)化灰?guī)r，灰色，灰白色，主要礦物成分為方解石，隱結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄中厚層結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂縫發(fā)育，巖芯破碎，呈碎塊狀，呈少量短柱狀，在整個(gè)橋址區(qū)大量分布。最大層厚度為30.6m。推薦承載力=[fa0]=1000Kpa，極限摩阻[qik]=300Kpa。本區(qū)洞穴最多層數(shù)達(dá)8層，一般為3-7層，最大洞穴高度為12.5m。

2巖溶解區(qū)地質(zhì)勘探的要求和特點(diǎn)

對(duì)于巖溶解區(qū)橋梁樁基地質(zhì)勘探，溶解孔的發(fā)育狀況，如大小、填充物、頂板厚度等影響設(shè)計(jì)的深度和工程整體成本，因此該項(xiàng)目在地面勘探初期提出了明確的要求:一般應(yīng)用于樁基地溶解孔的發(fā)育時(shí)，必須對(duì)樁基地溶解孔的發(fā)育大，如本橋的8-1#樁基地溶解孔的發(fā)育高達(dá)12.5m，樁基地面向4-5m

關(guān)于3、巖溶區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論的研究

、巖石溶解地區(qū)端承嵌巖樁設(shè)計(jì)，一般應(yīng)盡量考慮通過巖石溶解發(fā)育帶，選擇溶解孔下部弱風(fēng)化基巖作為樁端部的支撐層。但如本橋9-1#樁基，地勘鉆孔總深度在60m范圍內(nèi)樁基多次穿越多層溶解孔，正確估算樁端溶解孔頂板的安全厚度是巖溶解地區(qū)多層溶解孔樁基設(shè)計(jì)的核心問題。

3.2根據(jù)控制彎矩估計(jì)，溶解孔頂板的巖層比較完整，強(qiáng)度高，孔跨度大時(shí)，彎矩是主要控制條件，梁板受力時(shí)，公式如下:H=[6Mq*[σ]0.5

m為彎矩的q為溶解孔頂板

根據(jù)頂板巖石的完整性，分別根據(jù)以下3種情況計(jì)算。

手臂①溶洞頂板周圍有裂縫，樁基底部(即溶洞頂板跨中)完整時(shí)，用簡(jiǎn)單的支梁計(jì)算:M=ql2/8+pl/4。②溶解孔頂板周圍完整，樁基底部有裂縫時(shí)，按懸臂梁計(jì)算:M=ql2/2+pl。③當(dāng)溶洞頂板均比較完整時(shí)，按固端梁計(jì)算：M=ql2/12+0.7pl/4。式中：P為樁尖對(duì)溶洞頂板的集中力（KN）；根據(jù)以上兩種力學(xué)模式計(jì)算，王家寨1號(hào)橋多層溶洞樁端持力層厚度，分兩種情況考慮：對(duì)于溶蝕，裂隙嚴(yán)重的溶洞頂板，按摩擦樁計(jì)算。對(duì)于無(wú)溶蝕，裂隙現(xiàn)象的持力層，溶洞頂板按嵌巖樁計(jì)算，考慮安全一定的安全系數(shù)后，決定采用4-5m的弱風(fēng)化灰?guī)r完整頂板，作為樁基終孔最小控制溶洞頂板厚度。

　　4 巖溶區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　�、賻r溶地區(qū)的巖石裂隙發(fā)育，含有豐富的碳酸鹽類水，樁基礎(chǔ)施工可能會(huì)出現(xiàn)深水，漏漿，樁底部浮渣土難以清楚干凈，所以在設(shè)計(jì)階段，對(duì)于樁基底部為強(qiáng)風(fēng)化類巖層，十分松散又夾雜以大量粘性土的，一般不計(jì)樁尖抗力的作用，以策安全。②對(duì)于單個(gè)尺寸較大的溶洞或多層溶洞基本連通，溶洞的橫向直徑大于3倍樁基直徑的，采用片石或素混凝土回填用量大，且難以填充密實(shí)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在圖紙中增加鋼護(hù)筒數(shù)量，以替代傳統(tǒng)的低標(biāo)號(hào)混凝土護(hù)壁。③按橋規(guī)相關(guān)規(guī)定計(jì)算單樁承載力時(shí)，不應(yīng)考慮多層溶洞對(duì)樁基側(cè)面的摩阻力作用，僅將這種摩阻力視為安全儲(chǔ)備。因?yàn)檫@種多層巖溶層與樁側(cè)面的摩阻力作用，有區(qū)別于一般的較完整土體與樁側(cè)之間的摩阻關(guān)系。特別是，當(dāng)多層溶洞層與樁基側(cè)面之間粘結(jié)成一體，樁身所受的軸向荷載如何分配給單一巖層，難以計(jì)算，很可能在某一巖溶層與樁身粘結(jié)處，因受集中力而出現(xiàn)摩阻破壞，進(jìn)而影響整個(gè)樁基礎(chǔ)的受力情況。因此，通常不考慮多層巖溶解層對(duì)樁基側(cè)面的摩擦阻力作用，在灌注樁的施工過程中，應(yīng)采取相應(yīng)的措施(如麻布或油氈作為中間層)，將多層溶解層與樁基側(cè)壁之間隔開，樁基承受的軸向負(fù)荷全部作用于樁基底部的弱風(fēng)化硬巖層④設(shè)計(jì)部門在橋圖說明中，招標(biāo)清單中，樁基施工技術(shù)應(yīng)優(yōu)先人工挖孔灌注樁。人工挖孔的工人可以隨時(shí)觀察樁基內(nèi)的巖石風(fēng)化程度、地下水、洞穴發(fā)育等情況，對(duì)巖石溶解和樁基持力層的判斷直觀，隨時(shí)可以采取補(bǔ)救措施。人工挖孔可根據(jù)持力層需要調(diào)整擴(kuò)大樁頭直徑，充分利用樁身混凝土強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性好。由于特殊原因，如地下水旺盛或薄弱復(fù)蓋層過厚，不能采用人工鉆孔時(shí)，考慮采用正循環(huán)沖擊鉆孔法。多例證明正循環(huán)沖擊鉆孔方法容易保證墻壁質(zhì)量和處理洞穴，有效抑制混凝土澆筑數(shù)量的擴(kuò)大。⑤根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論，樁基常用的有摩擦樁、端承樁兩種形式。端承樁和嵌巖性端承樁安全性高，抗震性好，是優(yōu)先的樁基類型。復(fù)蓋土層的摩阻力不足以提供樁基的縱向承載力，或者不能滿足沉降要求時(shí)，必須采用終端承載樁或嵌巖性終端承載樁，樁基的承載力可以按規(guī)范公式計(jì)算，這種樁基的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何確定樁基巖層的厚度，以前很多設(shè)計(jì)部門認(rèn)為樁基有連續(xù)3倍樁徑的完全弱風(fēng)化，中風(fēng)化巖體是安全的，但是沒有嚴(yán)格定量的理論依據(jù)。樁基底部溶洞頂板的安全厚度可以根據(jù)本文推薦的公式進(jìn)行研究計(jì)算。⑥在巖溶地區(qū)采用摩擦樁有兩種情況:一種是復(fù)蓋層的摩擦阻力足以提供樁基的垂直承載力，樁基不進(jìn)入溶解孔區(qū)，另一種是樁基進(jìn)入溶解孔區(qū)，最終孔進(jìn)入薄頂板或填充物時(shí)，計(jì)入復(fù)蓋層、溶解孔填充物和溶解孔巖體的摩擦阻力。前者和普通樁基的設(shè)計(jì)計(jì)算沒什么區(qū)別，但要注意保證樁基和洞之間的土層和巖體厚度的后者摩擦樁的計(jì)算應(yīng)根據(jù)具體情況改變應(yīng)用規(guī)范公式，設(shè)計(jì)難點(diǎn)是合理選擇洞區(qū)樁側(cè)土的極限摩擦阻力和樁基支撐力。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　在巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)充分重視前期地勘階段中對(duì)溶洞發(fā)育形狀，分布規(guī)律的探測(cè)，在兩階段施工圖設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格按橋規(guī)進(jìn)行樁基受力計(jì)算。樁底持力層標(biāo)高的確定可結(jié)合本文所述的溶洞頂板安全厚度估算方法進(jìn)行計(jì)算。施工期間，對(duì)復(fù)雜的樁基溶洞，駐工地設(shè)計(jì)服務(wù)人員還應(yīng)多去現(xiàn)場(chǎng)查看樁基開挖情況，結(jié)合超前鉆，地質(zhì)雷達(dá)等，及時(shí)對(duì)樁基長(zhǎng)度進(jìn)行跟蹤計(jì)算調(diào)整。

本項(xiàng)目后期靜載試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)方案安全、經(jīng)濟(jì)、合理。