湘西岩溶地区桥梁桩基础设计.docx

湘西岩溶地区桥梁桩基础设计关键词：设计计算岩溶地区地质勘探安全厚度HYPERLINK"//www.cbi360.net/hyjd/20171120/103736.html"\h喀斯特地貌是指具有溶蚀力的水对石灰岩等可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。湘西土家族苗族自治州属于云贵高原东侧的武陵山区，以喀斯特地貌分布广、面积大。如何进行溶洞区地质勘探、确定桩底持力层标高，如何做出优秀的基础设计方案，是桥梁设计人员必须高度重视的问题。1工程概述HYPERLINK"//www.cbi360.net/hyjd/20160912/51216.html"\h杭瑞高速公路湖南省凤大段属国家规划高速公路网中18条东西横线中的第12条，是湖南省高速公路网规划中“五纵七横”中的第一横。本项目的王家寨1号大桥，中心桩号K1+780.0（左幅），结构尺寸8×30+10×40m，预应力砼连续T梁，先简支后连续，为尽量避开溶洞，左右幅独立分开设置，单幅桥宽11m。下部结构采用柱式、矩形空心墩，桥台采用柱式台、U型桥台。挖孔灌注桩基础，桩径1.5m~2.2m，全桥共设计桩基108根，设计最大桩长46m。HYPERLINK"//www.cbi360.net/hyjd/20170704/79877.html"\h桥址处地形地质条件复杂，处于坚硬碳酸盐岩工程地质亚区，含碳酸盐岩溶水，部分地质勘探钻孔揭示存在多层溶洞。全桥桥位处地质覆盖层从上往下为：①第四系残坡积碎石、粉质粘土，坡顶植被茂密；粉质粘土灰黄色、灰黑色，稍湿，硬塑，主要由黏粒组成，局部含碎石。层厚0.5~1.9m，地勘单位推荐承载力=[fa0]=180Kpa，极限摩阻力[qik]=35Kpa。②寒武系中统奥溪组泥灰岩、灰岩，局部基岩裸露。中风化灰岩，灰色、灰白色，主要矿物成分为方解石，隐晶质结构，薄中厚层构造，节理裂隙发育，岩芯破碎，呈碎块状，少量短柱状，在整个桥址区大量分布。最大层厚30.6m。推荐承载力=[fa0]=1000Kpa，极限摩阻力[qik]=300Kpa。本区溶洞最多层数达8层，一般在3-7层，最大溶洞高度12.5m。2岩溶区地质勘探的要求及特点岩溶区的桥梁桩基地质勘探中，溶洞的发育情况，如大小、填充物、顶板厚度等将影响到设计的深度及整个工程的造价，因此本项目在地勘初期就提出了明确要求：一般应每个墩台处有地质钻孔，当物探证实桩基处溶洞较发育时，必须一桩一孔，对于桩底溶洞发育较大的，如本桥的8-1#桩基，其中一段溶洞高达12.5m，可在桩基外围环向4-5m处设置地勘钻孔，以准确探明桩基直径范围内一定深度的岩溶发育情况，用以复核计算桩基的横向抗倾稳定性等是否满足规范要求。3岩溶区桩基础设计理论的研讨岩溶地区端承嵌岩桩设计，一般应尽量考虑穿过岩溶发育带，选择溶洞下部弱风化基岩作为桩端部持力层。但是，如本桥的9-1#桩基，地勘钻孔总深度为60m范围内桩基多次穿越多层溶洞，正确估算桩端溶洞顶板安全厚度是岩溶地区多层溶洞桩基设计的核心问题。3.1按溶洞顶板剪切应力控制估算当溶洞顶板岩层完整、岩体强度较高但溶洞跨径较小时（一般小于3倍桩直径），抗剪切力士溶洞顶板破坏的主要控制条件，最小持力层厚度H公式如下：H=(q+P)/(α*l)式中：q为溶洞顶板自重加覆盖土层均布荷载（KN/m）；P为桩尖对溶洞顶板的集中力（KN）；α对于灰岩取1/12容许抗压强度（MPa），l为溶洞平面周长。3.2按控制弯矩估算当溶洞顶板岩层比较完整、强度较高、洞跨较大时，弯矩是主要控制条件，可按梁板受力情况，公式如下：H=[6M/q*[σ]]0.5式中：M为弯矩；q为溶洞顶板自重加覆盖土层均布荷载（KN/m）；[σ]取灰岩1/10容许抗压强度（MPa）。根据顶板岩石的完整性，分别按以下三种情况计算：①当溶洞顶板四周有裂缝，桩基础底部(即溶洞顶板跨中)完整时，按简支梁计算：M=ql2/8+pl/4。②当溶洞顶板四周完整，桩基础底部有裂缝时，按悬臂梁计算：M=ql2/2+pl。③当溶洞顶板均比较完整时，按固端梁计算：M=ql2/12+0.7pl/4。式中：P为桩尖对溶洞顶板的集中力（KN）；根据以上两种力学模式计算，王家寨1号桥多层溶洞桩端持力层厚度，分两种情况考虑：对于溶蚀、裂隙严重的溶洞顶板，按摩擦桩计算。对于无溶蚀、裂隙现象的持力层，溶洞顶板按嵌岩桩计算，考虑安全一定的安全系数后，决定采用4-5m的弱风化灰岩完整顶板，作为桩基终孔最小控制溶洞顶板厚度。4岩溶区桩基础设计注意事项HYPERLINK"//www.cbi360.net/hyjd/20151222/27505.html"\h①岩溶地区的岩石裂隙发育，含有丰富的碳酸盐类水，桩基础施工可能会出现深水、漏浆，桩底部浮渣