摘要：目前桩基承载力检测方法主要有静载试验法和高应变动力检测法，成桩质量检测主要有低应变动力检测法、超声波透射法和抽芯法。考虑到工期因素，本项目采用低应变动力检测法与抽芯法相结合的方式对桥梁桩基进行检测，对抽芯检测显示桩底持力层不满足厚度要求的桩基采取一定的桩底补强措施。
关键词：岩溶；高速公路桥梁；端承桩
桥梁桩基础类型分为端承桩桩和摩擦桩两种，对于中风化岩层埋置深度不深的区域，桩基大多采用端承桩。端承桩对桩底中风化岩层的承载力要求较高，并且需要保证桩底以下一定厚度范围内不存在较大溶洞。由于岩溶地区地质条件多变且复杂，即使在勘察设计阶段达到逐桩进行钻孔勘探的密度，也难以完全探明地下溶洞的发育情况。因此，对溶洞发育区域高速公路桥梁桩基进行逐根检测具有重要意义。
一、桩基受力特点
根据桩基受力特点，可将其分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。端承桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受，桩侧阻力相对桩端阻力而言较小或可忽略不计的桩。 嵌岩桩为一种多应用于桥梁基础的桩型，其以基岩作为持力层。该桩型一经出现就受到工程界的普遍重视，当初人们只是把它看成典型的端承桩。但通过静载试验测试，嵌岩桩所穿过的土层的性质对于嵌岩桩的荷载传递特性具有很大的影响，也就是说嵌岩桩必须考虑桩侧土摩阻力以及嵌岩段的侧摩阻力。研究表明，嵌岩桩多为摩擦桩，即使对于无覆盖层的短桩也不全属于端承桩，而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩，很长的嵌岩桩完全属于摩擦桩，其桩顶荷载大部分由桩侧土摩阻力以及嵌岩段的侧摩阻力来承担。通过对国内有关研究成果的深入分析，结合岩溶的特点，综合考虑桩底嵌入完整基岩深度、桩底持力层基本完整基岩厚度、桩基承载力校核安全系数这三个关键因素的定量分析评价标准，并将专家经验有机的融合进来，添加了工程意义上地质隐患的影响程度这一分项。通过进行危险性分析评估打分，再按照各项重要性等级加权求和，综合评价其持力层地质隐患的危险性，由此建立了定量分析和专家经验相结合的综合评价体系。现对各分项评价标准介绍如下。 桩底嵌入完整基岩深度：对于嵌岩桩，其嵌岩深度需根据实际的工程地质条件和嵌岩桩的设计承载力、设计桩长、桩径比以及桩端岩石的性质来综合考虑。对于不同的基岩其饱和单轴抗压强度相差很大，在上部有同样的覆盖土层时，对于同一嵌岩桩如果基岩为软岩，要达到要求的承载力时，由于软岩的抗压强度较低，就必须增大嵌岩深度提高嵌岩段的侧摩阻力，这样嵌岩深度就比较大；而对于基岩为强度较高的硬岩时，可以充分发挥桩端承力，而不必通过增大嵌岩深度来增加承载力，这样嵌岩深度可以取得比较小。目前国内通常研究成果认为其适宜的嵌岩深度应为 3 倍桩径，且不宜少于50cm。对于端承桩，考虑构造要求，其桩端嵌岩深度不应小于50cm。
二、慨况
某高速公路桥梁位于岩溶强发育区，桥梁跨径布置为5孔20 m，上部结构采用标准预制装配式预应力混凝土箱梁结构，下部采用柱式墩、肋板台，桩基础采用端承桩。设计强度为C30，桥墩桩基桩径1.6 m，桥台桩基桩径1.2 m。桩基施工采用冲击钻，桩端持力层为中风化灰岩。设计要求桩底持力层厚度不小于5 m且不小于3 倍的桩径。
1、桩基检测。本工程采用低应变动力检测法与抽芯法相结合的方式对桥梁桩基进行了检测，桩基桩底以下3.3 m 发现高度0.6 m 溶洞，持力层厚度不满足设计及规范的要求。通过对各种方案的经济性、可靠性、工期进行研究分析，决定采用高压旋喷注浆处理方案对桩底溶洞进行处理。
2、高压旋喷注浆处理方案设计。检测显示桩基存在的问题为桩端持力层溶洞顶板厚度不足5m，针对桩底持力层发现溶洞这种地质情况，本着技术可行经济合理的原则，确保高压注浆固结体的强度，采用高压清水旋喷切割以及气举反循环联合套洗清渣后，对溶洞内进行高压旋喷注浆，利用抽芯检测孔进行注浆，检测孔直径为130mm。抽芯注浆孔布置及注浆后检测孔布置见图。
3、施工工艺及流程
施工工艺流程为旋喷钻机就位调试→清水切割冲洗→水泥浆制备→高压旋喷注浆→钻机移位。
旋喷钻机就位。先搭设脚手架，根据抽芯孔位置将钻机就位，要求钻头对准孔位中心，偏差不得大于lcm，然后用水平尺调校，钻机应放置平稳，同时钻杆角度和设计要求角度的偏差＜ 1.0%。下部的溶洞充填水泥浆固结体，芯样呈长柱状，及碎块状，肉眼判断强度高，固敲击芯样使之破碎，未能取样作室内抗压强度试验，取芯率为90，RQD 为 30。左29-2-检测2 在25.00～30.45m 为溶洞，该溶洞在桩尖以下，充填水泥浆固结体，芯样呈长柱状，局部呈碎块状，肉眼判断强度高，溶洞顶部固结体与灰岩接触紧密，取芯率为95%，RQD为85，取样测试抗压强度为3.9～20.0MPa，平均为11.9MPa。左29-2-检测3在27.70～29.88m 为溶洞，充填水泥浆固结体，芯样呈长柱状，肉眼判断强度高，顶底板附近夹少量泥质物，28.70～28.96m 为灰岩夹层，取芯率为85～100%，RQD 为90～100，取样测试抗压强度为9.7MPa。
清水切割冲洗。埋设孔口管注浆前在抽芯孔上部埋设带有开关的孔口管，孔口管的水泥砂浆强度≥15 MPa，孔口耐压≥5 MPa 高压清水切割通过高压水射流对溶洞顶底板区间段内的充填物或岩土层进行高压清水切割，处理段内重复切割次数不小于5 次。
气举反循环清渣。气水联合高压清洗喷射切割后，若各孔互通，则在其中一孔下入风管，通风气举返渣，同时向其他互通孔供清水将残渣清洗出孔，各互通孔均轮流通风或供水一次，至所有孔均返出清水为止;若各孔之间不互通，则在一个孔下入直径73 mm 出渣管至距离孔底0. 3 m 处，在管内下入风管通风，在出渣管与孔壁之间的环形空间供水，即单孔气举返渣至水清为止。
4、高压旋喷注浆。下入高压注浆管，自孔底向上对溶洞段进行注浆，替换出清水及泥浆，直至孔口返出浓水泥浆，孔口压补浆。高压旋喷灌浆结束后，注浆管连接孔口开关向孔内注入较浓水泥浆，通过压力使桩底持力层内的水泥浆渗透的影响范围加大。孔口压浆终止后，及时对补强孔进行补浆。桩底沉渣处理根据桩基完整性检测结果，如果桩底有大量的沉渣，沉渣厚度大于0. 5 m，则先进行桩底注浆加固，然后再进行持力层处理。高压切割清洗，结合气举反循环清渣，待确认桩底沉渣清洗彻底后，再进行高压注浆补强。
5、效果检验。注浆施工结束18d 后，对所处理桩基再次进行钻芯法检验，钻芯取样水泥浆芯样胶结较好，桩底持力层连续，处理效果明显，满足使用要求，注浆封闭取样孔。桩底溶洞处理后通过抽芯检测，桩端持力层满足端承桩持力层厚度满足规范及设计要求。采用高压清水旋喷切割以及气举反循环联合套洗清渣，然后对溶洞内进行高压旋喷注浆的方法处理桩底溶洞，在技术和经济上均取得了较好的效果。
该工程所处区域岩溶强烈发育，施工难度较大。虽然勘察设计阶段对桥梁桩基进行了逐桩钻探，但是仍出现了勘察小钻孔探测无溶洞，施工桩基直径大钻孔中发现溶洞的情况。造成个别桩基成桩后因抽芯检测桩底持力层厚度不合格而需要进行补强处理。在施工过程中，根据现有地勘资料对溶洞进行分析，选择了合理的桩底补强处理方案，保证了桩基持力层的厚度。
参考文献
［1］谢珲，王德华. 岩溶强发育区桥梁基础设计研究［J］．铁道标准设计，2015(6).
［2］ 许德慧. 岩溶地区基桩钻芯法检测常遇质量问题及处理［J］. 广东土木与建筑，2015(6).
［3］张宇娜. 溶洞发育地区桩基设计及施工处理方法［J］． 城市道桥与防洪，2014(5).
［4］张友科. 岩溶发育区溶洞的综合处理方法［J］． 四川建筑科学研究，2016(3).
论文作者:陈震,姚西刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/18
标签：桩基论文; 溶洞论文; 高压论文; 水泥浆论文; 注浆论文; 基岩论文; 岩溶论文; 《基层建设》2019年第8期论文;