岩溶地区桩基础方案的选择

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１０１　岩溶地区桩基础方案的选择　杨　雷　（上海市政工程勘察设计有限公司，上海市２０００９２）　摘要：该文以无锡市清明路运河桥工程为例，对岩溶地区现象进行了分析与研究，并对两种桩基方案进行了比较及选择。　文章编号：１００９—７７１６（２００７）０８一ＯｌＯ１—０３　关键词：岩溶；桩基础；方案选择　中圈分类号：Ｕ４４３．１５　文献标识码：Ａ１　概述　１．１工程概况　无锡市清名路运河桥工程位于无锡市运河东　路、清名路口，呈东西向跨越京杭运河，桥址处河　面宽度约为１００　ｍ。清名路运河桥工程包括主桥、　东西两侧引桥及人行梯道。西起新盛路交叉口东　侧，西侧引桥跨过运河西路，主桥跨过京杭大运　河，东侧引桥跨过运河东路后至曹张路交叉口西　侧接地。　１．２基础设计的困惑　拟建场区埋深约６０　ｍ左右遇到灰岩，其上部　裂隙发育，有溶蚀痕迹，并伴生溶洞。溶洞深度　０．１—１。０　ｍ不等，纵横交错，没有规律且相互贯　通，半充填或无充填，充填物以硬塑状粘性土为　主。由于岩溶不确定因素较多，给基础选择带来较　大难度。主墩桩基础采用桩端支承于第四系松散　覆盖层上的灌注桩（短桩方案）还是采用桩端支承　于灰岩的嵌岩灌注桩（长桩方案）成了桩基设计的　困惑。　如果采用短桩方案，需要考虑群桩桩端体的　压力包有效搜盖范围内是否有坚硬的下卧层，是　否能避开复杂变化的基岩表面对桩基造成的危害　或潜伏的危害。　如果采用长桩方案，需要搞清岩溶形态的规　模、密度及其空间分布规律，分析评价岩溶地基稳　定性以及采用什么样的岩溶处理方案。另外，还需　要考虑采取何种桩基施工方法、如何保证施工质　量、工期及安全等。　２　地层分布　桥址区地貌单元为长江三角洲太湖冲积平　原。无锡市区地层隶属于江南地层区，修水一钱塘　江分区，苏州一长兴小区。境内第四纪沉积物覆盖　收稿日期：２００７—０６—０４　作者简介：杨雷（１９７１一），男，上海人，工程师，从事岩土工程　勘察工作。　广泛，除泥盆系出露地表并组成境内山体外，其余　地层均隐伏于第四系之下。本工程区域均被第四　系覆盖，以粘性土层为主、夹少量粉（砂）性土层，　下伏基岩为三叠系灰岩。详见表１、图１。　３　岩溶　３。１岩溶的形态　岩溶的主要形态有溶洞、溶槽等，是可溶性岩　受水的化学和物理作用的结果。⑩　层中的岩溶形　态根据勘探揭示的情况来判断只有溶蚀裂隙及溶　洞两种。最大的溶洞也只有１　ｍ左右且数量不　多。溶洞内有粘土状充填物，进一步说明溶洞是岩　石裂隙溶蚀扩大而形成的。但＜１　ｍ的溶蚀裂隙较　为发育，纵横交错，形态不规则，部分互相贯通，　这是钻探时泥浆水突然消失的原因。⑩　层青灰　深灰色微风化灰岩未发现溶洞，也未发现有明显　的溶蚀裂隙，完整性较好。　３．２岩溶形成原因及其规模推测　⑩　层淡黄色、浅红色弱风化灰岩：有泥屑结　构、微晶结构、内碎屑（微屑）结构。泥屑的矿物成　分为泥晶方解石，含极少量石英微粒；微屑的矿物　成分为方解石。该层位于基岩表层，受风化作用强　烈，导致黏土矿物及其它杂质含量增加，外观、结　构与泥灰岩及砂岩相似。另外基岩表面裂隙的存　在加剧了溶蚀效果。　⑩：层灰岩呈深灰、青灰色，含有较多杂质。　结晶结构，晶粒极细，属微晶灰岩。可以推测是　在没有持续水流的平静环境中由灰泥沉积而　成。一般地说，含泥质或其他杂质的岩层岩溶发　展较弱；结晶颗粒粗大的岩石，岩溶较为发育，　结晶颗粒细小的岩石，岩溶发育较弱。所以可以　推断桥址处的岩溶现象是简单的而且规模较　小。　３．３岩溶发育带的划分　从岩芯外观形态、颜色、矿物成分及风化程度　将基岩划分为⑩　层弱风化层及⑩　层微风化层。　并根据溶蚀形态、程度、规模将⑩　层弱风化层确　维普资讯 http://www.cqvip.com １０２　管理施工　城市道桥与防洪　２００７年８月第８期　图１　西侧主墩⑩，层、⑩　层层顶等高线示意图　定为岩溶发育带。　若采用第四系地层（⑧层）作为桩基持力层　４　基础方案　（短桩方案），需计算桩端与存在溶洞、裂隙的灰　岩层之间的地层受力情况。按明德林应力公式计　４．１主墩基础设计方案　算出⑩　层灰岩顶面处附加应力约为１２０～１５０　清明路运河桥主墩承台底竖向荷载为１２１．６　ｋＰａ，附加应力与自重应力之比约为２０％～３０％；⑩　ＭＮ，主墩基础有两个方案待比选：　层灰岩顶面处附加应力约为８０～１００　ｋＰａ　附加应　方案一（即长桩方案）：采用嵌岩灌注桩，桩端　力与自重应力之比约为１４％～１８％，说明岩溶发育　嵌入灰岩（⑩层）一定深度。每个主墩基础采用ｌ６　带完全位于“压缩层”范围之内。由于岩溶发育带　根钻孔灌注桩，直径为１５０　ｃｍ，单桩容许承载力　内溶洞、裂隙发育错纵复杂，没有规律可徇，其骨　约ｌ０～１５　ＭＮ。要求桩尖下完整岩层厚度《５．０　ｍ，　架能否承受此附加应力始终是个疑问，所以对岩　且桩尖所在的灰岩的岩石天然单轴极限抗压强　溶发育带须进行注浆等地基处理，以消除可能存　度《２０　ＭＰａ。　在的隐患。　方案二（即短桩方案）：采用摩擦桩，桩长约　采用＠１２００的钻孔灌注桩，由于提供的单桩　５３　ｍ，桩端位于第四系地层（⑧层）。每个主墩基　承载力较小，约为４～５　ＭＮ，从而桩数将增加至２６　础采用２６根钻孔灌注桩，直径为１２０　ｃｍ，单桩容　根（嵌岩桩只有ｌ６根），承台面积将比嵌岩方案增　许承载力约为５－６　ＭＮ。　大近２０％。由于桩数多、承台面积大，施工较困　４．２基础方案的比选　难，沉降亦较难控制。　两个基础方案的比较情况见表２。　若采用嵌岩方案（长桩方案），⑩　层弱风化灰　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１０３　桩型　１　２００ｍｍ钻孔灌注桩　１　５００ｍｍ钻孔灌注桩　桩长　５３　ｍ　嵌入⑩　层１．５ｍ　持力层　⑧　⑩　桩的根数　２６　１６　承台尺寸　地基处理　注浆，但效果较难鉴定是否达到要求　不需要注浆　施工难度　施工难度不大，但承台尺寸较大，属于大体积混凝根据推断岩溶发育程度属轻微，施工难度不大。但在岩溶发育带　土，须采取一定措施保证质量　内不排除尚未揭露的大溶洞存在。　施工勘察　为了地基处理方案的有效性需要进行施工勘察，进由于岩溶发育带的存在及⑩　层层面埋深起伏较大，需要进行超　一步探明岩溶发育情况及其规模　前钻以指导施工　施工工期　较易控制，但由于桩数多，周期较长　较难把握，视溶洞大小及施工队伍的经验、所采取的安全措施而定　安全性、风险系数　如果处理效果达不到要求可能存在安全隐患，风险只要穿过岩溶发育带，桩端确保位于⑩　层青灰色灰岩上，该桩　系数ｆ　基是稳定的，风险系数　经济性　承台体积大，桩数多，费用较大　承台体积小，桩数少，费用较低　岩裂隙发育，局部溶蚀成洞，属岩溶发育带，不宜　采用冲孔方式钻进。　作为桩端持力层。⑩　层微风化灰岩较均匀完整，　由于在地质勘探时发现弱风化岩带内存在　根据详勘阶段的１Ｏ个钻孔来看，该层岩性稳定未　有溶蚀洞穴或裂隙并伴有严重的漏水现象，施工　发现溶洞等明显的溶蚀现象。根据岩石抗压强度　时采取相应的防患措施。正式钻孔前采取压注水　试验，其单轴极限抗压强度标准值达到４０　ＭＰａ，　泥浆等预处理措施，考虑到孔洞连通和由此带来　是设计允许值的２倍。故桩基持力层选择⑩　层微　的处理效果的不确定性，施工单位根据地质报告　风化灰岩。　和类似工程的施工经验，充分考虑溶洞对于桩基　根据桥址处地质情况，特别是对不同层次的　施工带来的困难和施工费用的增加，溶洞处理可　灰岩的特性进行深人研究之后，并经过１２０　ｅｍ和　采用下钢护筒、抛填片石、粘土、水泥等方法。溶　１５０　ｅｍ桩径的计算分析比较，并考虑桩基布置和　洞破顶时有相应的挖机设备相伴，并做好紧急预　施工方便，最终推荐选用嵌岩灌注桩（长桩方　案，确保人员和设备的安全。　案）。　６　小结　５嵌岩灌注桩的施工　本文从技术经济、施工难度、工期、安全性等　为稳妥起见，在每根桩位先做超前钻，查清溶　多方面对深埋岩溶地区两种桩基方案进行了认真　洞、裂隙发育情况，并与详勘阶段绘制的基岩等高　比选。在对岩溶的规模、特性进行深人了解后，认　线图进行分析比较，确定实际的⑩　层埋藏深度。　为嵌岩桩灌注桩比摩擦桩具一定优势，是一种切　灌注桩施工采用先钻后冲的方式，即第四系覆盖　实可行的桩基方案，为其它类似地区的建设工程　层内采用钻孔方式钻进，一旦钻至⑩　层顶面立即　提供了借鉴价值。