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1、石 灰 岩 岩 溶 地 区 桥 梁 桩 基 设 计 与 施 工徐进前( 中 交 第 二 公 路 勘 察 设 计 研 究 院 , 武 汉 市, 430052)叶 慧( 广 东 广 韶 高 速 公 路 有 限 公 司, 广 州 市 , 510400)【 摘 要 】 通 过 翁 江 大 桥 溶 洞 桩 基 设 计 、 施 工 , 总 结 了 岩 溶 发 育 区 桥 梁 基 础 地 质 勘 探 、 溶 洞 顶板 安 全 厚 度 计 算 等 应 注 意 的 问 题 和 多 层 溶 洞 施 工 处 理 方 法 。【 关 键 词 】 多 层 溶 洞 桥 梁 桩 基 持 力 层 安 全 厚 度 计 算 施 工
2、 要 点桩 基 作 为 桥 梁 结 构 最 常 用 的 基 础 形 式 之一, 它能穿过软弱地层及溶洞, 将桥跨结构自重 及 活 载 传 递 到 较 深 的 高 承 载 力 持 力 层 中 , 从 而 达 到 减 少 基 础 沉 降 和 结 构 不 均 匀 变 形 的 目 的 。 由 于 桩 基 础 是 一 种 深 基 础, 对 于 岩 溶 发 育 地 区 的桩基 , 如何准确确定桩基持力层标高 , 在桩基 成 孔 、 混 凝 土 浇 注 过 程 中, 确 保 桩 基 工 程 质 量, 采 取 经 济 合 理 的 溶 洞 处 理 施 工 方 案, 是 桩 基 设 计和施工技术人员普遍关注的研究
3、课题 。 京珠 国 道 粤 境 高 速 公 路 通 过 粤 北 石 灰 岩 山 区 , 地 质 条 件 复 杂, 岩 溶 地 下 水 丰 富 , 岩 溶 发 育, 其 中 北 江 大 桥 、 翁 江 大 桥 、 黄 沙 河 大 桥 、 茶 园 分 离 式 立 交 、 麦坝分离式立交等均跨越溶洞密集区, 通过 现 场 设 计 和 施 工 技 术 人 员 近 一 年 的 共 同 努 力, 已 成 功 完 成 了 溶 洞 发 育 区 桩 基 的 施 工 , 并 经 桩 基质量检测全部合格 。 本文通过翁江大桥实践, 就 岩 溶 发 育 区 桥 梁 基 础 地 质 勘 探 、 溶 洞 顶 板 安 全厚
4、度计算等应注意的问题和多层溶洞施工处理方法的体会综述如下 。1 工程概况翁 江 大 桥 位 于 广 东 英 德 华 侨 茶 厂 境 内 , 是京 珠 国 道 粤 境 高 速 公 路 跨 越 翁 江 的 一 座 大 桥, 上 部 构 造 为 50 m 预 应 力 混 凝 土 T 梁 和 30 m 预 应力混凝土 T 形组合梁 , 跨径组成为 30 m +250 m + 330 m , 简 支 桥 面 连 续 体 系 , 单 幅 桥 宽 17 m ; 下 部 构 造 采 用 柱 式 墩 台 ; 钻 孔 灌 注 桩 基 础 , 桩径 1. 5 m , 全桥共计 60 根 。 设计最大 桩 长 38.
5、 59 m , 主 跨 最 大 桩 顶 垂 直 反 力 5 681kN 。2 桥区工程地质情况桥区地质条件复杂 , 基岩起伏较大 , 岩溶极为发育 , 存在暗河和多层溶洞 。 根据地质钻孔揭 露, 桥区上覆地层为第四系冲积层 , 下覆基岩为 石炭系灰岩, 地层自上而下可分为 : 第四系冲 2. 6 mm这种伸缩缝能满足这种小位移量的变形要便 、 造价低 。3 应用求 。T 形橡胶带伸缩缝具有密封止水好 的 在 公 路 新 改 建 工 程 项 目 中, 有 不 少 中 小 桥梁, 特别是广东水系发育地区沟渠多 , 中小桥数 量 也 多 , 而 每 座 中 小 桥 都 必 须 设 置 适 应 桥
6、梁 变形 的 伸 缩 缝 。 对 T 形 橡 胶 带 伸 缩 缝 , 既 能 适 应 中小桥小位移量的变形要求, 又具有结构简单 、方便安装 、 行车舒适 、 造价低廉等优点 。b.特点, 防止雨水渗漏, 对桥台支座起到很好的保护作用 。T 形 橡 胶 带 伸 缩 缝 的 缝 宽 较 小 , 避 免c.了行车冲击, 使行车平顺舒适, 噪声小 。T 形 橡 胶 带 伸 缩 缝 结 构 简 单 、 安 装 方d. 收 稿 日 期 : 2000209212中 南 公 路 工 程 26 卷50积层, 以亚粘土 、 粉细砂 、 圆砾卵石层交错分布,层 厚 1. 6 10. 9 m 。 强风化页岩 , 半
7、岩半土破 碎 块状 , 层厚 3. 20 32. 2 m 。 弱风化灰岩 , 岩 芯 呈碎块状, 裂隙发育 , 层厚 1. 10 5. 00 m 。 微风化灰岩, 细 隐晶结构, 块状构造 。 节理裂 隙发育 , 溶隙及溶洞极发育 。地质资料揭示全桥 26 根桩基存在溶洞, 桩 基 施 工 过 程 中 增 加 8 根 溶 洞 桩 基, 溶 洞 层 数 最 多 达 11 层, 最 大 溶 洞 高 6. 8 m , 溶 洞 跨 宽 15 m 左右 。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 l/ 10 容 许 抗 压 强 度
8、, M P a; M 为 弯 矩 ,M 根 据 顶 板 岩 石 的 完 整 性, 分 别按简支梁 、 悬臂梁和固端梁三种情况计算 : 当溶洞顶板四周完整 , 桩基基底 (即溶洞顶板跨中 ) 有 裂 缝 时, 按 悬 臂 梁 计 算 M = q l2 / 2 +P l; 当 溶 洞 顶 板 四 周 有 裂 缝, 桩 基 基 底 ( 即溶 洞顶板跨中 ) 完整时 , 按简支梁计算 M = q l2 / 8 + P l/ 4; 当溶洞顶板均完整 时 , 按固端 梁计算 M = q l2 / 12 + 0. 7P l/ 4, 其中 P 为桩 尖 对 溶 洞 顶 板 的 集 中 作 用 力, kN ,
9、当 桩 底 设 置在第二层溶洞以下时, 弯 矩 M 不 考 虑 覆 盖 土 层均布荷载作用产生的 弯 矩 ( 即 M 式 中 的 第 一 项 ) , 仅 考 虑 桩 基 集 中 力 荷 载 作 用 产 生 的 弯 矩 。 对 于 固 端 梁 , 集 中 力 弯 矩 按 0. 7 倍 的 简 支 梁 计算 。4. 2 按剪切应力控制估算顶板安全厚度 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 。H = (q + P ) / ( l)式 中 : q 为 溶 洞 顶 板 自 重 加 上 覆 盖
10、土 层 均 布 荷 载, kN / m ; P 为 桩 尖 对 溶 洞 顶 板 的 集 中 力 , kN ; 为 对 于 灰 岩 取 l/ 12 容 许 抗 压 强 度 ,M P a; l 为溶洞平面周长, m 。根 据 以 上 两 种 力 学 计 算 模 式 计 算, 翁 江 大桥 多 层 溶 洞 桩 端 持 力 层 厚 度 根 据 溶 洞 顶 板 溶 蚀 、 裂隙情况和整体性, 分别采用了悬臂梁和固 端梁两种情况分析计算 。 对于溶蚀 、 裂隙严重的 溶 洞 顶 板, 按 悬 臂 梁 计 算 , 对 于 无 溶 蚀 、 裂 隙 现象的持力层, 溶洞顶板按固端梁计算, 考虑安全系 数 后 ,
11、 分 别 确 定 为 4 m 和 6. 5 m 的 微 风 化 完 整顶板 , 作为桩基终孔最小控制溶洞顶板厚 度 。 施工过程 , 为检验桩基的承载能力, 翁江大桥等溶 洞 桩 基 在 施 工 过 程 中 采 取 大 应 变 检 测 , 检 测 结果证明 , 桩基承载能力完全满足设计要求 。3 岩溶发育区桥梁基础地质勘探岩 溶 发 育 地 区 桥 梁 桩 基 勘 探, 应 以 查 明 岩溶发育的程度和岩溶形态的空间分布规律为目 的 。 具体步骤应先物探, 根据物探查明的岩溶情况, 再在每个基础内采用逐桩钻孔 。 翁江大桥地 质勘探采取了逐桩布置地质孔和物探结合的勘 探方案 , 效果良好 。
12、实践证明 , 由于桩基直径远 大于地质勘探孔直径 , 个别未进行物探 , 仅按逐 桩 钻 孔 勘 探 桥 梁 的 溶 洞 桩 基, 并 不 能 完 全 揭 示岩 溶 发 育 与 分 布 规 律, 对 于 直 径 1. 5 m 以 上 的 桩 基 , 必 要 时 可 一 桩 三 孔 办 法 查 明 溶 洞 分 布 情况 。4 桩底持力层安全厚度的计算方法岩 溶 地 区 嵌 岩 桩 桩 基 设 计, 原 则 上 应 尽 量穿 过 上 部 岩 溶 发 育 带 和 溶 洞 层 , 选 择 溶 洞 下 部 微风化基岩作为桩端持力层 。 对于下覆过深的 多层溶洞区, 桩基无法全部穿过溶洞层, 桩端持 力
13、层 为 溶 洞 顶 板 岩 层 时 , 正 确 估 算 持 力 层 厚 度是岩溶地区多层溶洞桩基设计的关键问题 。 翁 江大桥对于多层溶洞桩基采用了如下两种计算 方法 。4. 1 按 溶 洞 顶 板 受 弯 矩 控 制 估 算 顶 板 安 全 厚 度当溶洞顶板岩层比较完整, 层理较厚 , 强度 较高, 洞跨较大时 (大于 3 倍桩 径 ) , 弯矩是主要 控制条件 , 可按梁板受力情况计算, 最小设计持 力层板厚为 :H = 6 M / (q ) 0. 55 溶洞施工方案及处理措施5. 1 施工方案溶 洞 桩 基 施 工 应 根 据 桩 基 地 质 勘 察 报 告2 期 徐进前等 : 石灰岩岩
14、溶地区桥梁桩基设计与施工 51中, 岩 溶 发 育 程 度 和 溶 洞 的 空 间 分 布 及 大 小 确定施工方案 。 翁江大桥溶洞桩基施工采用了如 下 施 工 方 案 : 溶 洞 高 度 在 1 m 以 内 , 施 工 时采 用 片 石 黄 土 造 壁 成 孔 。 溶 洞 高 度 在 1 3m , 溶 沟 未 与 水 平 暗 河 直 接 连 通 的, 根 据 溶 洞 所 处的深度情况 确 定 处 理 措 施 : 溶 洞 埋 深 在 10 m 以内的单层溶洞, 采用片石黄土造壁封 堵 ; 大于10 m 的 采 用 钢 护 筒 护 壁 。 溶 洞 高 度 在 3 5 m , 水 平 发 育 区
15、 域 较 大 , 溶 洞 埋 深 在 10 20 m 的溶洞 , 采用双层钢护筒护壁 。 对于水平区域以冲挤到溶洞回填物中作骨架 , 稳定充填物, 使孔壁趋于稳定 、 密实 。 为保证回填及时 , 必须准 备 足 够 的 编 织 袋 , 将 黄 泥 袋 装 后 与 片 石 一 起 囤 积 在 钻 孔 桩 周 围 , 随 时 准 备 应 付 突 发 事 件 的 发 生 。 成孔过程中泥浆的控制是最重要的一点 。泥 浆 的 优 劣 对 钻 孔 的 顺 利 与 否 起 着 关 键 作 用 。 对 造 浆 所 需 粘 土 应 具 有 一 定 的 膨 胀 性 , 以 提 高 泥浆性能 。6 结语发 育
16、连 通 性 大 和 溶 洞 高 度 大 于 5 m洞, 采用三层钢护筒护壁 。5. 2 处理措施的 多 层 溶 公 路 工 程 实 践 中 遇 到 的 各 种 各 样 地 质 问题, 归结起来实质上是岩体稳定问题 。 岩溶作为 常 见 的 岩 体 不 稳 定 地 质 现 象, 在 岩 溶 发 育 地 区 修建公路桥梁, 应详细了解岩溶发育情况, 从选 线 、 桥梁基础型式的选择和布置, 均应尽量避开 溶洞密集区 。 对于大型桥梁 , 宜采用桥梁控制路 线 的 选 线 原 则 , 桥 位 应 选 在 难 溶 岩 层 , 避 开 大 、 深 、 密的溶洞地段 。翁 江 大 桥 全 桥 60 根 桩 基 , 在 设 计 、 施 工 各 方 技 术 人 员 的 共 同 努 力 下, 由 于 施 工 方 案 科 学 合理, 未出现塌孔和其他任何工程质量事故, 桩 检全部桩
