冯 川
（贵州江习古高速公路开发有限公司，564600）
【摘 要】贵州属于典型岩溶发育区，岩溶形式、种类多样，分布区域广，对桥梁基础影响很大。本文依托于贵州江习古高速公路工程项目TJ7标段官渡河特大桥溶洞桩基设计和施工，总结了岩溶发育地区公路桥梁基础地质勘探、桩基设计及桩基施工等应注意的问题。
【关键词】贵州江习古高速；岩溶发育区；地质勘探；桩基设计及施工
1．项目概况
贵州江习古高速公路起于重庆江津柏林镇与贵州习水寨坝镇交界的两路口，与重庆江津至四面山高速对接，经习水温水镇一碗水至习水县城，在四川境内与四川叙古高速公路对接，路线全长80.289km。项目TJ7标段位于温习段范围内，标段内官渡河特大桥为9×40m预制T梁＋（100+190+100）m预应力混凝土连续刚构桥＋12×40m预制T梁，桥梁全长1243m。全桥共204根桩基，桩基直径1.8m～2.5m。
2．岩溶区桥梁基础地质勘探
全线岩溶主要分布于温习段。岩溶现象主要表现为石芽、溶洞、钟乳石、暗河。经统计，全线溶洞共22段，顺线路长度560m。
官渡河特大桥桥址区属于长期的强烈剥蚀、溶蚀作用形成的河谷地貌。根据工程地质测绘及钻探成果表明：桥位区表层第四系覆盖层为全新统坡残积层（）粉质粘土和碎石土、冲洪积卵石土（），下伏地层岩性为三迭系下统茅草铺组二段（）泥质白云岩、泥岩、灰岩、粘土岩、溶蚀灰岩和溶塌角砾状白云岩。
2.1岩溶形态特征
桥位区地表坡度较大的地方一般裸露灰岩，经地面调查，地表基岩裸露段溶槽、溶隙等岩溶形态较为发育，官渡河两岸陡壁发育多处小型溶洞，钻孔揭露的灰岩、泥质白云岩和溶蚀地层溶孔和溶隙比较发育；桥终点侧主墩岩溶尤其发育，取芯非常破碎岩，多为岩溶填充物。
2.2岩溶的物探分析
采用高密度电法方法查明浅层地下结构。桥终点侧主墩布置3条横桥梁轴向的横剖面，剖面长度3×300m，共计900m，采用温纳装置进行测试。
通过物探测试成果，结合地址调绘和钻探成果资料，对桥终点侧主墩地段3条物理探测剖面综合分析，视电阻率变化较大，变化范围一般多在30Ω?m至1100Ω?m之间，局部大于1100Ω?m。视电阻率在30Ω?m～100Ω?m时，岩溶极发育。
根据物探结果表明，在探测深度范围内，该桥墩位置整体上稳定性较好。在桥墩位置右侧30m以下存在较大低阻区域，推测为岩溶发育区域或岩性发生变化。所测的3条视电阻率剖面一致性较好，经与已知地段和地面资料对比，高密度视电阻率法探测剖面和钻孔结果基本一致，与资料比较吻合。
3．岩溶发育区桥梁桩基设计
3.1溶洞顶板稳定性验算
对于岩溶区嵌岩桩桩基的设计，原则上应尽量穿过上部岩溶发育带或溶洞层，以溶洞下部微风化基岩作为桩端持力层。当桩基处为下覆过深的多层溶洞区时，应考虑将溶洞顶板岩层作为桩端持力层。
3.1.1溶洞顶板弯矩控制估算顶板最小厚度
当溶洞顶板岩层较完整、层理较厚、强度较高、洞跨较大时（大于3倍桩径），弯矩是主控条件，可按梁板受力情况计算，其受力弯矩根据溶洞顶板岩层的完整性，分别按简支梁、悬臂梁和两端固定梁三种情况计算：
①溶洞顶板跨中有裂缝，顶板两端支承处岩石坚硬完整时，按悬臂梁计算，
②当裂隙位于溶洞两端支承处，而顶板较完整时，按简支梁计算，
③当溶洞两端支承位置和顶板岩层均完整时，按两端固定梁计算，
通过抗弯验算，最小设计持力层板厚为：
式中：q为溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载（kN/m）；取灰岩1/10容许抗压强度（MPa）；M为弯矩。
3.1.2剪切应力控制估算顶板最小厚度
当溶洞顶板岩层完整、岩体强度高但洞跨较小时（小于3倍桩径），抗剪切力是溶洞顶板破坏的主要控制条件：
式中：q为溶洞顶板自重加上附加荷载（kN）；对于灰岩取1/12容许抗压强度（MPa），L为溶洞平面周长（m）。
3.2桩基设计
（1）当桩基础位于岩溶区，桩基穿过溶槽或溶沟内的填充土支立于溶槽或溶沟底面的岩层上时，按一般桩基进行内力计算分析。桩的轴向容许承载力应根据底面岩层稳定性确定。
当桩基位于溶洞顶板很薄位置时，溶洞很深且溶洞内填充土稳定而密实，具有足够承载能力，桩底可穿过溶洞顶板置于洞内填充土层中，此时桩基以摩擦桩设计。
（2）当桥梁墩台处地基有串状分布的溶洞时，首先应充分探明溶洞最下层分布情况，并采用桩基直径大于150cm的钻孔桩。若所有串状溶洞均较小且洞内有填充物时，在钻孔至有空洞时，先进行压浆填充加固，待其达到一定强度后依次往下钻孔压浆，直至满足按摩擦桩计算所需的桩长。
当串状空洞较大，或探明溶洞大小较困难，无填充物或填充物较为松散时，也应采用先钻孔、抛石、压浆填充空洞，再依次往下钻孔、压浆，此时须按柱桩进行计算。须注意的是，除非能确保所有空洞已经处理密实，否则不能考虑桩周摩阻力。
（3）岩溶区桩基设计时应重视桩基负摩擦力对桩基的影响。一般情况下，地基土石经扰动后会因自重固结下沉而产生向下的摩擦力，从而增加桩基所承受的轴向荷载，甚至导致桩基破坏。
（4）当桩基穿过多层岩溶层支立于坚固的岩层上时，多层岩溶层对桩侧的摩阻作用仅应作为安全储备。因为多层岩溶层对桩侧的摩阻作用和一般土体与桩侧之间的摩阻作用在本质上是不一样的。当多层岩溶层与桩侧之间粘成一体时，桩的轴向荷载将如何分配给某单一岩层，这时非常复杂的，极有可能在某一粘结处因集中受力出现摩阻破坏从而导致整个桩基础破坏。因此，在桩基施工过程中应将多层岩溶层与桩壁之间采取隔离措施分隔开（如采用油毛毡或麻布作隔层），使桩基承受的轴向荷载全部作用于桩底的坚固岩层上，并按柱桩设计。
4．桩基溶洞处理
常见桩基溶洞处理方法有抛填法、灌注混凝土处理法。现根据本项目溶洞特征及已成功实施的处理方式选择具有代表性的桩基对溶洞处理方式进行说明。
（1）官渡河特大桥10-2#、10-5#桩基为嵌岩桩,桩径φ2.5m，设计桩长59m，采用人工挖孔施工。开挖至34米处，发现较大的溶蚀裂隙形成小型溶槽，溶槽平均宽95cm，长14m，与设计中线成43°斜向发育。溶槽内有大量流塑状岩溶充填物。
处理方法：采用50cm短进尺开挖和支护，逐级清除桩周所有岩溶充填物；桩周以外1m区域采用C20钢筋砼填充，与非溶槽区域的桩基护壁形成环向整体式护壁；其余区域待整个溶槽填充物清除完毕后，人工分层填筑片碎石。
（2）官渡河特大桥右14-1#桩基为嵌岩桩，桩径φ1.8m，设计桩长28m，采用人工挖孔施工。开挖至19米处发现深3m、宽5m、长11m的溶洞。洞内岩体溶蚀严重、节理裂隙发育、无填充物、渗水量较小。
处理方法：首先采用片碎石填充并人工分层夯实，填充尺寸为顶宽1m，按1：1.5放坡。然后采用C20钢筋砼加厚溶洞区域的护壁，邻溶洞侧护壁加厚200cm，同时为了保证该区域护壁的环向稳定，无溶洞侧护壁加厚60cm。
（3）官渡河特大桥17#墩基础为4根φ2.0m嵌岩群桩，设计桩长25m，采用人工挖孔施工。右17-3#桩开挖至26m处发现溶洞，溶洞平均高约16m，长19m、宽约8m，贯穿左幅17-1#、17-2#、17-4#、右幅17-3# 4根桩基。洞内岩体溶蚀严重、节理裂隙发育、无填充物、渗水量较小。
处理方法：采用水泥拌制孔渣作为回填料分层回填溶洞，分层厚度50cm，并用小型打夯机进行夯实。待回填料达到7d强度后，继续开挖桩基，穿过溶洞底部基岩3m并经钎探确认后终孔。开挖过程中采用C20钢筋砼加厚方式进行护壁，护壁厚度加厚80cm。
5．结束语
从该桥岩溶区桩基的顺利实施可以看出，详细的地质勘探，科学地确定桩端持力层的位置及溶洞顶板安全厚度，以及正确的桩基处溶洞处置方法对确保桥梁桩基工程施工的质量、安全，提高经济效益十分明显。以上为笔者的有限认知和理解，不妥之处，敬请指正。
论文作者:冯川
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/14
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