摘要：随着交通事业蓬勃发展，不可避免的在高速公路修建过程中会遇到岩溶地区。本文以叙永至威信（四川境）高速公路设计作为背景，结合本项目岩溶发育的特点，对桥梁桩基设计进行思考分析。
关键词：岩溶，高速公路，桩基
一、项目工程概述
叙永至威信（四川境）高速公路是《四川省高速公路网规划（2014-2030）》中的20条联络线之一，是经纳黔高速北连泸州至成都、重庆，南接云南威镇高速至贵州赫章、云南昭通的又一条快速出川通道。本项目路线长为35.335公里，桥梁长为14.184公里，占比40.1%，桥梁比例较高、规模大。
二、桥梁桩基设计原则
本项目路线跨越断层破碎带，大多数桥梁桥址区位于岩溶弱到中等发育区域，局部为强烈发育，桩基设计及施工受岩溶影响大，应采取可靠措施确保施工和桥梁安全。
岩溶地区桥梁设计情况较为复杂，一般可以分为两类情况考虑：一类为岩溶破碎带；一类为围岩完整性较好的溶洞。在勘察阶段应根据桥梁孔跨尽量做到逐桩钻孔，根据地勘资料确定溶洞的岩体厚度，结构面，以确定可利用顶板的厚度。其次，需要桩基按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计所需的岩土体物理力学参数，针对特大型溶洞应有专门的详细勘察资料。
由于岩溶地区地质情况复杂，不管勘察手段如何详尽，也难以明确溶洞分布，以及溶洞的几何形状，设计中应按以下情况考虑：
1.岩溶地区嵌岩桩以端承摩擦型桩为主，其端承力和侧摩阻力在桩基承载力中都占有较大的比重。单纯的按摩擦桩和端承桩考虑设计可能会造成设计上的浪费。
2.桥梁桩基不宜过长。桩基内力计算主要采用“m”法，根据刚性桩与弹性桩的判别式，当桩基入土深度h满足hα≤2.5时（α—土中基础变形系数），将桩按刚性基础计算，否则按弹性基础计算。
因此，当覆盖层厚度足够时，在竖向承载能力满足要求的前提下，理论上桩端支承在基岩上即可，考虑基岩存在一定的斜面，应预留一定安全度，在设计中嵌岩深度取1.0D～3.0D。刚性桩的水平荷载全部由嵌岩深度提供，由于岩溶地区灰岩多有裂隙，应充分考虑其完整程度对嵌岩深度的影响，一般考虑嵌入基岩3.0D～5.0D；由于在开挖桩基时，可能存在没有发现的桩侧溶漕，设计时控制桩长大于14m，以避免出现大直径短桩，防止在运营阶段桩受水平力后向溶槽侧发生倾斜变形。
3.桩基设计中不可避免会遇到穿过溶洞的情况，设计时不考虑溶洞洞高对桩基承载力的影响。若按摩擦桩设计，厚度大于2 m 时可将溶洞顶（隔）板厚度乘以0.5的系数计入相应的侧阻力，否则不计入该段岩体的侧阻力，作为安全储备。
4.、桩基按嵌岩桩设计时，若遇桩基持力层下方有溶洞，则应验算顶板的承载能力，否则桩基需要穿透溶洞。
溶洞顶板岩层较为完整且跨径大于3倍桩径时，可以按梁板受力状况进行设计，按溶洞顶板受弯控制顶板安全厚度。其抗弯验算公式为：H≥；式中：σ—岩体计算抗弯强度，H—溶洞顶板持力层厚度，M—弯矩。顶板岩层的完整度分别按悬臂梁、固端梁、简支梁3种情况考虑来计算弯矩值
溶洞顶板岩层完整但跨径小于3倍的桩径时，可考虑为刚性基础，按溶洞顶板抗剪切能力控制顶板安全厚度。其验算公式为： ;式中：q—溶洞顶板自重加附加荷载，L—溶洞平面周长，τ—灰岩取1/12 容许抗压强度。
在项目设计中，也会遇到未探明溶洞情况的桩基，作为桩基持力层的溶洞隔板厚度在扣除嵌岩深度后，桩底以下顶板厚度应不小于3 d 且不小于5m 无裂隙分布。
三、桩基施工溶洞处理方式
1.虽然相关施工技术规范在溶洞桩基施工时不建议采用人工挖孔，但在具有必要的安全措施以及桩长不长的情况下，可以考虑采用人工挖孔，人工挖孔在一定程度上可以揭示溶洞尺寸、发育情况，对于桩基设计更明确。对于挖孔桩穿透的溶洞，一般可以采用锥填的方式进行处理。下图为一4m高溶洞回填处理示意，砼护壁的厚度应根据溶洞高墩进行取值。
2.采用冲孔工艺施工的桩基，在遇到溶洞或岩溶裂隙时泥浆渗漏，应及时加大泥浆浓度，采用回填片石和粘土反复冲钻挤密溶洞，以增大孔壁的自稳能力，若不能形成有效护壁时，则采用回填C20砼进行钻孔造壁，提高溶洞或土洞稳定性，以保证桩基顺利成孔。
3.遇到复杂溶洞问题时，特别是回填效果差，桩基难以成孔时应及时考虑采用钢护筒甚至全护筒跟进。该工程中某匝道桥桩基施工时遇连续雨天，地质状况较差，覆盖层较厚，人工挖孔时发现孔壁有垮塌的风险立即停止作业，后采用钢护筒桩基施工才继续顺利实施。在采用钢护筒时，应注意护筒定位的准确性，以及保证钢护筒具有一定的刚度。
四、结语
在岩溶地区建造桥梁，要想完全避绕是不可能的，只有根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、精心设计，才能确保桥梁建设和运营安全。溶洞地区桥梁的设计和施工复杂多变，在施工图设计阶段，也存在漏探的溶洞，所以在桩基施工过程中要全程跟踪，根据现场发生的情况进行动态设计。以上内容只是以粗浅的角度去分析了桩基遇到溶洞时的一些常见问题和解决办法，希望对后续同类工程起到参考借鉴的意义。对于此类桩基的设计和施工，还有很多方面值得我们思考，解决问题并运用到实际工程中。
参考文献：
[1] 《贵州山区复杂地质条件公路桥梁桩基设计指导书》JTT52/01-2015
[2] 《广东省岩溶地区桩基设计与施工技术指南》GDJTGT A01-2016
论文作者:陈典
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/18
标签：桩基论文; 溶洞论文; 岩溶论文; 顶板论文; 桥梁论文; 厚度论文; 情况论文; 《防护工程》2019年第5期论文;