山区连续刚构渡槽桩基的应用

□陈 军 □刘爱环 □徐 江 □罗亚松

（贵州省水利水电勘测设计研究院）

山区连续刚构渡槽桩基的应用

□陈 军 □刘爱环 □徐 江 □罗亚松

（贵州省水利水电勘测设计研究院）

针对山区渡槽容易受其自身结构以及水、风荷载的影响，文章以黔中水利枢纽一期工程为例，分析了徐家湾等4座连续刚构渡槽背景，浅析山区渡槽大直径桩基设计、桩基施工、检测方法和基桩质量检验的特点。结果表明，要想保证山区连续刚构渡槽桩基的应用效果，必须根据工程所处的地质情况明确科学合理的桩基设计内容。

连续刚构渡槽；桩基；结构设计；基桩；质量检验；自平衡法

1 概述

由于我国贵州省的地形地貌皆为山区，这就为黔中水利枢纽一期工程建设带来一定难度。具体来说，工程建设的总干渠长约为63 km，其中渡槽共26座，总长约为13 km。这26座渡槽的主槽采用连续刚构渡槽的有4座，分别是：渠线上的徐家湾、草地坡、河沟头以及焦家。且4座渡槽的最大墩高为92 m，最小墩高45 m；最大桩深48.50 m，最大桩径2.20 m，最小桩径2 m。

由于工程采用的连续刚构渡槽结构易受其自重、水荷载以及风荷载的影响，使整个结构传递到底部的荷载极大。建设人员可采用板式基础来达到其结构的承载力要求，但这种建设形式需要花费较大的成本才能实现作用。基于此，连续刚构渡槽工程可采用桩基作为结构的基础，这是保证水利工程发挥出应有作用的关键，建设人员应将其重视起来。

2 桩基设计

2.1 地质情况

4座连续刚构渡槽桩基沿线地质条件较为复杂，从灰岩、白云岩、砂岩、泥质白云岩到煤层等均有出现，徐家湾与河沟头渡槽基础地质条件最有代表性，介绍如下：

2.1.1 徐家湾连续刚构渡槽主墩

GG1主墩基础位置基岩基本裸露，局部覆盖层厚最深达2 m左右。下伏基岩上部地层岩性为T1yn1-2中厚至厚层灰岩，下部为T1yn1-1中厚至厚层状泥质条带灰岩、含泥质灰岩夹泥灰岩。GG2主墩基础位置基岩基本裸露，岩性为T1yn1-1中厚至厚层状泥质条带灰岩、含泥质灰岩夹泥灰岩。GG3主墩基础位置覆盖层厚2.50～4.20 m，下伏基岩为T1yn1-1中厚至厚层状泥质条带灰岩、含泥质灰岩夹泥灰岩。钻孔未发现规模较大溶洞或溶隙，强风化带厚2～5 m。

2.1.2 河沟头连续刚构渡槽主墩

3个主墩基础位置覆盖层较厚，基岩为P2l泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、有机质泥质粉砂岩、砂岩、炭泥质灰岩、泥质灰岩及煤层等，整体为软质岩。

2.2 结构设计

2.2.1 桩型选择

根据地质资料及桩基初步计算荷载，明确各墩桩基按嵌岩桩设计，桩底置于弱风化基岩上。

2.2.2 桩的布置

连续刚构渡槽墩底除受到一个竖向荷载外，由于上部箱梁纵向的自身收缩及温降收缩，会在墩底产生一个极大的纵向弯矩；同时，由于各墩均较高且上部箱梁自身高度也较大，使得整个结构会受到一个极大的横向风荷载并由此对墩底产生一个极大的横向弯矩。纵、横向弯矩会使得其中一根角桩产生一个向下的竖向力，而其对角线处的另一根角桩则产生一个向上的竖向力。因此，群桩的具体布置应综合考虑相关影响，需经反复比较计算后才能确定。

2.2.3 确定桩底高程

根据岩土参数及桩基荷载，反算桩长及桩底高程。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第5.3.4条规定，支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值[Ra]可按下式计算：

上式表明：嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力主要取决于弱风化基岩的岩石饱和单轴抗压强度、桩径及嵌入弱风化基岩的深度，同样还涉及清孔情况、岩石破碎程度等因素。

一般情况下，各主墩桩基宜采用等长布置，4座连续刚构渡槽总计11个主墩，其中9个采用等长布置；河沟头连续刚构渡槽GG2、GG3主墩下岩面起伏较大，使得强风化下限起伏较大，因此，采用了不等长桩的布置方式；其中，GG2主墩桩长为39～48.50 m，GG3主墩桩长为22～28 m。

2.2.4 确定桩基终孔原则

在设计时，一定要明确桩基终孔原则，用于桩基施工时控制或调整终孔高程。结合4座渡槽的实际状况，制定了桩基终孔原则：一是最小入岩深度、岩层及岩石饱和单轴抗压强度必须满足设计要求；二是应确保桩底以下10 m范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，以确保嵌岩桩的设计可靠性。

2.2.5 桩身配筋

4座连续刚构渡槽采用m法进行内力计算并开展配筋设计。

2.3 施工过程中的动态设计

2.3.1 徐家湾、焦家连续刚构渡槽GG2主墩灌浆设计

在对徐家湾连续刚构渡槽的主墩进行施工时，靠近水库的3根桩基受岩溶通道的影响出现了桩底涌水问题，大幅度增加了开挖施工的难度。而焦家连续刚构渡槽的主墩桩基开挖施工，选择在雨季进行，当开挖深度＜5 m时，桩基底部也涌出了大量的水。针对上述问题，建设人员应根据工程现场勘察的结果，采用临时帷幕灌浆施工方法，对涌水问题进行处理。

2.3.2 焦家连续刚构渡槽GG2主墩桩基底部扩径设计

焦家连续刚构渡槽GG2主墩桩基开挖至设计高程时，设计地勘人员验孔发现其嵌入弱风化基岩深度有不足现象，不满足设计的终孔原则，由于出水量较大，很难继续向下开挖。为此，设计人员通过对现场施工进行充分调研计算分析后，提出将桩底直径扩挖至3 m。

2.3.3 溶洞、溶腔的处理

采用C15混凝土回填小型溶洞、溶腔，当规模较大时，则采用C15埋石混凝土进行回填处理。

3 桩基施工

3.1 成孔

为保证连续刚构渡槽桩基开挖施工的安全稳定性，建设人员将各个承台桩基均采用了间隔交错的方式来进行开挖成孔作业。此过程，还要采取相应的护壁措施后，才能继续进行开挖施工。在实际的开挖成孔施工过程中，施工技术人员首先要明确桩基成孔的尺寸、垂直度要求以及准确的平面位置等。其次，在对孔内基岩进行爆破作业时，要采用浅眼松动爆破法来进行爆破设计。最后，要控制好炸药的使用量，并在炮眼附近通过加强支撑和护壁，来防止震塌孔壁现象的发生。

3.2 灌注混凝土

首先，为确保桩基混凝土浇筑质量，相关建设人员应重点注重混凝土结构的工作性能。这样一来，施工人员就能根据结构作用需求来采取不同的施工作业方式。其次，对于水下灌注混凝土的施工过程，施工人员要控制好混凝土拌和物的和易性、流动性以及坍落度。同时，还要充分考虑气温、运距及施工时间给混凝土结构灌注带来的影响。最后，施工人员还要结合各墩桩基的实际情况，来确定各部分混凝土结构的灌注方式。

4 基桩质量检验

4.1 桩身完整性检验

4.1.1 桩身完整性分类

通过充分调研公路、建筑行业桩身完整性检验的经验后，按结构相似性原则，渡槽桩基桩身完整性分类按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01－2004）的规定进行分类。

4.1.2 检验方法

目前，桩身完整性检验的方法主要有钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法等。该工程建设采用声波透射法和钻芯法来进行检验。其中声波透射法的应用，要求技术人员要逐根对桩身的完整性进行检验。而钻芯法，主要复检第一检验方法中出现的Ⅲ类及Ⅳ类桩、施工质量有疑问的桩及设计方认为重要的桩基。值得注意的是，桩基混凝土灌注前应预埋声测管，单根桩基预埋声测钢管4根，内径51 mm，对称布置于桩基内侧。

4.1.3 检验结果

4座连续刚构渡槽工程建设所需的桩基数量约为130根。

4.2 基桩竖向抗压承载力检验

基桩抗压承载力检验的常规方法有锚桩横梁反力法（锚桩法）、压重平台反力法（堆载法）、锚桩压重联合反力法、地锚反力法、岩锚反力法等。4座连续刚构渡槽单桩最大竖向设计力极大，采用常规的检验方法面临现场实施的巨大困难，因此建议采用基桩自平衡法进行竖向抗压承载力检验。

4.3 其他

桩身完整性检验和竖向承载力检验，仅仅是混凝土灌注桩质量检验标准中最为重要的2项主控指标，其检验合格并不意味着桩基的合格，尚应注意当桩基桩位、孔深、混凝土强度、垂直度、桩径、沉渣厚度、混凝土坍落度、钢筋骨架等指标的质量检验满足要求后，方能认为桩基质量合格。

5 总结

文章以黔中水利枢纽一期工程总干渠为背景，介绍了草地坡、徐家湾、河沟头、焦家4座连续刚构渡槽桩基的应用情况。事实证明，只要控制好桩基结构的成孔施工以及混凝土的灌注施工质量，就能在很大程度上保证连续刚构渡槽工程项目的作用质量。

[1]徐江，向国兴，等.高墩大跨连续刚构渡槽技术在贵州峡谷山区的应用[J].人民珠江，2016（2）：8-15.

[2]刘效尧,徐岳，等.梁桥（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]向国兴.高墩大跨连续刚构渡槽初步研究[D].武汉：武汉大学，2010.

[4]向国兴，徐江.徐家湾高墩大跨连续刚构渡槽初步研究[J].中国农村水利水电，2011（7）：91-95.

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A

1673-8853（2016）11-0098-02

2016-07-15

（责任编辑：左英勇）

贵州省重大科技专项计划项目（20126013-4）。

陈 军(1977-)，男，高级工程师，主要从事水工结构设计及咨询工作。