巖溶地區(qū)鉆孔樁受力機理探究

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1、巖溶地區(qū)鉆孔樁受力機理探究　　摘要：由于巖溶地基會對橋梁的建設(shè)和施工造成非常嚴重的危害，因此在橋梁設(shè)計和施工的時候必須高度重視巖溶地基對橋梁建設(shè)的影響。本文結(jié)合某鐵路大橋的實例與該地區(qū)巖溶地質(zhì)發(fā)育形態(tài)的特點，提出了一些橋梁建設(shè)時應注意的問題：主要包括巖溶發(fā)育地區(qū)地質(zhì)的勘探、洞頂板安全厚度的計算、樁基設(shè)計和施工等。關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)；巖溶；承載力；嵌巖深度；頂板厚度中圖分類號：TU473.1文獻標識碼：A引言7巖溶地區(qū)的橋梁墩臺基礎(chǔ)目前在情況下都采用了鉆孔樁基礎(chǔ)。巖溶的發(fā)育會導致在地質(zhì)柱狀圖上呈現(xiàn)“葡萄串”狀的多層溶洞。每層溶洞的頂板

2、都不是太厚，大約在0.2~3.0米之間。巖溶的這些特點給鉆孔設(shè)計帶來了一些值得研究的并且比較新穎的課題。由于溶洞的分布沒有任何規(guī)律可循，且運用現(xiàn)有的勘探手段還不能準確確定溶洞的位置及大小，因此這會給橋梁的建設(shè)帶來諸多問題：例如工期延長、工程量和工程費用增加等。針對這種問題，在施工的過程中會采取逐根鉆探的辦法探明溶洞分的布情況，并以此來確定基樁設(shè)計的各項參數(shù)。在樁基設(shè)計時候，應重點考慮巖溶地區(qū)鉆孔樁的持力層頂板的厚度和嵌巖的深度。目前國內(nèi)外的研究內(nèi)容主要是對施工方案的描述以及對施工故障的處理措施。根據(jù)橋梁建設(shè)的實際經(jīng)驗和對參數(shù)的簡

3、單的估算得出以下結(jié)論：（1）頂板厚度應控制在5m左右;（2）嵌巖深度（樁側(cè)巖壁累計深度）應大于5m。本文根據(jù)貴廣鐵路客運專線廣西段巖溶地區(qū)某特大橋的1根鉆孔樁的設(shè)計對巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁的負重能力和嵌巖深度及頂板厚度進行了分析[1]。1橋梁巖溶樁建設(shè)思路1.1方案在局部巖溶嚴重以及較大型或者不易搞清巖溶分布的地段，在選線的過程中應盡量繞開或者大跨度跨越該地區(qū)。選線的時候盡量沿著與巖層構(gòu)造和斷層破碎帶垂直的方向選擇溶蝕程度比較低的地區(qū)；盡量避免地下河以及可溶與非可溶的接觸地帶和碳酸鹽類巖石與金屬礦接觸的地帶。1.2施工工藝7巖溶地區(qū)

4、鉆孔灌注樁設(shè)計與施工的關(guān)鍵是：（1）灌注樁保證不漏漿或者雖然灌注樁漏漿但不會發(fā)生坍孔；（2）保證順利成孔成樁并滿足承載力要求。對溶蝕發(fā)育嚴重和空洞較大的多層溶洞，在樁基施工設(shè)計的時候應采用雙護筒跟進的方式?jīng)_擊成孔，施工注意以下幾點：（1）外護筒直徑應較設(shè)計樁徑大20cm，內(nèi)護筒直徑應較設(shè)計樁徑大5cm；（2）根據(jù)對該地區(qū)地質(zhì)勘探的結(jié)果，遵循先易后難、先外后內(nèi)、先短后長的順序進行施工；（3）外護筒下到巖面以下后，對覆蓋層和頂板進行沖鉆且沖鉆成孔的樁徑比設(shè)計的要大7cm；（4）鋼護筒打至第一層巖面或者已經(jīng)穿過該溶洞進入到下一層巖面的

5、時候，要在鉆孔前拋擲一個0.5~1.0m大小的小片石或者適量粘土，以達到使開孔堅實、豎直、圓順并起到導向的作用；（5）當內(nèi)護筒下沉到位以后，在內(nèi)護筒和外護筒之間進行拋石壓漿的處理，以增加護筒的整體剛度；（6）雙護筒沖擊鉆孔采用吸泥法清孔[2]。2樁身入巖深度及單樁容許承載能力分析由于每層溶洞的頂板都比較薄，因此樁底無法找到一個穩(wěn)固的支承面，而只有使樁身穿過多層溶洞的頂板，主要靠樁側(cè)巖壁與樁身的作用起到支承的效果，同時樁底又落于某一層頂板上，這樣的樁就兼有摩擦和柱樁的性質(zhì)。由于目前缺乏試驗和實測資料，所以只有按現(xiàn)行《鐵路橋涵地基和

6、基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.5-2005)（以下簡稱《橋規(guī)》）以及現(xiàn)有的資料來確定樁身的入巖深度，以及按巖壁的阻力來確定比較合適的單樁容許承載力[3]。由嵌入巖層內(nèi)鉆孔樁的容許承載力公式：〔P〕=R(C1A+C2Uh1)（1）7支承樁的力是由樁底的巖石和樁側(cè)的巖壁兩部分的支承力組成的。立于巖面或嵌入巖石不多的樁，完全或主要依靠樁底巖面支承力，而從巖溶地區(qū)鉆孔樁的受力狀態(tài)來看，主要是依靠樁側(cè)巖壁支承力，樁底的支承作用是極小的。根據(jù)這一觀點，我們用樁身巖壁的支承力來代替樁底巖面的支承力，從公式(1)中，即可導出樁身人巖的最小深度

7、h1，為方便起見，樁徑均以設(shè)計樁徑代人公式。令R·C1·A=R·C2·U·h1則h1=(C1/C2)·(D/4)（2）式中h1——樁身入巖深度，米；D——設(shè)計樁徑，米；C1，C2——由巖層的破碎程度和清底情況而定的系數(shù)，可參照《橋規(guī)》的規(guī)定。根據(jù)公式（2）可列出表1：表1巖壁起主要支撐作用時，樁身入巖最小深度實際上樁身的入巖深度是指樁身穿過各層溶洞頂板的累計厚度,即h1=h′1+h′2+h′3+…….,如圖1(a)所示。因此從表1可以看出，樁徑為1～1.5米的鉆孔樁，其樁身入巖最小深度，即巖層的累計厚度h1應為4～6米(其中當巖

8、層厚度不足0.5米時，一般不計入)。這個數(shù)值即是從柱樁7由樁側(cè)巖壁支承力這個概念出發(fā)所得出的樁身入巖最小深度。那么，如果用公式（1）來計算巖溶地區(qū)鉆孔樁的單樁容許承載力，將會得到一個不小的數(shù)值，但是由于樁身受力實際上是巖壁與樁身的摩阻力起作用，因而還應該用摩擦樁