跨河桥梁桩基设计施工关键技术研究

熊依成

华维设计集团股份有限公司，江西 南昌 330029

1 工程概况与地质条件分析

跨河桥梁全长共530m，主桥跨径3m×35m+3m×35m，该桥梁为梁拱组合体钢箱拱桥，桥的宽度在22.5m左右。整个施工区域地形平坦开阔，没有活动性断裂发育情况，桥梁构造比较稳定，地区内地震发生频率低，适宜建造桥梁桩基工程。经过工程前期勘察发现，在勘探深度范围内土层主要为震旦系灰岩，对桥梁右主墩的位置处进行钻孔，发现充填物黏土即溶洞地质，同时伴随着坚硬的含砂礓石和风化碎石，溶洞高度在4.49～11.4m范围内。在该区域进行桩基施工，主要存在以下难点：卡钻和掉钻现象；孔壁坍塌事故；岩溶发育区域，地质钻孔取样的地质条件无法真实反映桩位岩溶和裂隙的实际情况。

2 跨河桥梁桩基的设计与施工关键技术

2.1 桩基方案优化

因基岩风化带存在溶洞地质，且跨河桥梁施工位置的基岩埋深比较大，施工时不宜采用嵌岩桩施工方法。选用30～50m的桩长和1～2m的桩径施工，以端承摩擦桩作为施工案例，不同条件下单桩的轴向受压承载力也会不同。比如桩长45m，桩径1m时，受压承载力为4480kN；桩径2m时，承载力为9923kN。经过分析得知，当桩径增加或减少0.5m的时候，承载力容许值也会增减55%左右；当桩长增加或减少5m的时候，承载力容许值会增减12%左右。桩径越大，桩端承载力就越大；桩长越长，桩端承载力的所占比例就会越低。要求施工单位按照跨河桥梁的实际施工情况科学选择桩的长度和直径，保障桩基施工稳定。

2.2 桩基设计与施工技术

2.2.1 桩基设计

（1）摩擦桩桩基设计。按照跨河桥梁的结构要求，采用单排桩或者群桩施工方案。如果溶洞分布比较强，且顶板比较薄，此时将无法满足嵌岩桩的施工要求，当桩基穿过溶洞群时可以按照摩擦桩的情况计算桩的长度。如果桩身混凝土可以和岩石胶接，且试桩后桩基抗剪强度较强，岩石摩阻力与普通土的摩阻力更大。但岩石裂缝处存在裂隙水与岩溶水，施工时可能面临渗水或者漏浆的问题，底部的沉淀土无法有效清除。面对这一情况，在桩基设计工作中无需关注桩端抗力带来的作用，只需按照摩擦桩来设计桩的长度，经过验算后根据溶洞情况及时补桩。

（2）嵌岩桩桩基设计。对于不同地质条件，应合理选择桩基类型，单排桩与群桩可用于大孔径桥梁桩基施工，以此提升桩基容载力，保持桥梁的横向稳定性。为了使各个桩基的受力均匀，桩底应同时位于统一的岩层，底部基岩厚度不宜超过4m，岩石抗压强度不宜低于3MPa。

2.2.2 桩基施工技术

本工程决定按照地质实际情况选用两种桩基施工方法。

（1）钻孔桩施工技术。由于施工处岩溶裂隙发育，且具有较强的连通性，钻孔灌注桩时带有一定的漏浆问题，施工单位决定针对不同溶洞类型采取相应的施工措施。对于一般溶洞的漏浆和卡钻问题，应结合泥浆面实际情况做好护臂工作，以便及时补浆。以1：1的比例回填土施工，等待泥浆面稳定后继续钻进，在钻头和溶洞之间有1m间距时，建议采用短冲程快频冲击是奇偶号拍卖行。针对溶洞塌孔问题，可采取双层钢护筒施工技术，先使用直径比较大的钻孔，配合外护筒冲钻到溶洞顶部1m的位置，再使用小钻头继续冲击洞顶，1：1的比例回填土，直到密实。

（2）挖孔桩施工技术。为了保障施工安全，对于洞穴较小的桩位可以采用挖孔桩工艺，节省施工时间，以便面对地质变化时及时补救。挖孔时关注施工进展，做好记录工作，对于强风化岩层，有必要加强护臂，做好孔内的排水工作。终孔标高超过2m时应扩孔，将桩基底部设计为锥台型，加大桩底面积，提升桩基的承载能力［1］。

2.3 钢护筒施工工艺

使用强度较大的钢板卷预制钢护筒，在焊接钢护筒时预留厚度在10mm左右的钢带，底部架设底部最少为12mm的钢带，最大程度上提高钢护筒刚度，确保施工工艺合理可靠。。建议在跨河桥梁桩基施工现场拼接护筒，要求钢护筒分段设计制作，拼接时垂直度偏差允许值在1cm/m以内，保证焊缝连续，不能有漏水的情况出现。结合工程实际情况科学设计钢护筒内径和长度，按照溶洞与基岩面位置的施工要求明确单层钢护筒与内层钢护筒的埋设深度。要求钢护筒的内径必须超过护筒桩径20cm，外层钢护筒内径应超过内层钢护筒外径至少20cm，以此达到工程施工需要，保障钢护筒施工质量。如果桩基施工时需要多层钢护筒施工，应按照相隔20cm的距离依次向外设置，并按照溶洞的实际分布情况保障内径设置合理。如果钢护筒的长度不超过10m，建议使用10mm壁厚的钢护筒；如果长度在10～20m之间，建议使用12mm厚度的钢护筒；如果长度超过了20m，建议使用14mm厚度的钢护筒。成桩时，当钢护筒沉到溶洞底部，应使用C15混凝土封底，等待混凝土强度达到要求，桩基直径冲锤，冲孔到桩底的设计标高位置，随后清孔并防止钢筋笼，最后浇筑混凝土。

3 总结

针对存在岩溶区域的跨河桥梁桩基工程，建议施工单位选择桩径较大且承载力较强的桩基材料，优化桩基施工方案，科学进行桩基设计，应用先进的桩基施工技术，做好钢护筒施工步骤，从而提高工程经济效益。