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摘要：近些年，我国的工程行业规模和种类都在迅速发展。其中，岩溶地质在我国分布范围较为广泛，特别是山区，受地形、勘察手段、岩溶分布密度等路线不易绕避。在岩溶场区修建桥梁，危害程度高，可能发生桥梁基础沉降大、岩溶塌陷等工程风险。鉴于此，首先介绍了岩溶发育特点及岩溶区常见的公路桥梁基础形式，随后针对桥梁桩基础，分析了桩端岩溶顶板的安全厚度和影响因素，最后提出了岩溶地区公路桥梁基础的具体设计方法和要点。研究成果可以为类似的岩溶地区公路桥梁设计提供依据。
关键词：岩溶;桩基础;顶板厚度;设计理念
引言
岩溶地区的桥梁桩基础设计与施工是当前桩基础技术研究的热点内容，也是一个难点。从当前研究现状看，岩溶地区桩基础的设计和施工并未形成一个完整而独立的体系，多数研究只是针对某一方面、某一个工序而进行的。一些工程师就设计的理念与计算方法进行了深入的研究，但是由于个体的差异，使得结果有较大的区别，有的过于保守，有的过于激进，很难有一个放之四海而皆准的设计理念。而我国又是一个岩溶分布广、面积大的国家，随着岩溶区大批公路工程的修建，以及大量的旧桥升级改造工程的推进，在工程建设中将会遇见大量的岩溶地质难题。在过去，由于桥梁的规模较小，采用扩大基础等浅基础形式的桥梁较多，但是改革开放之后，大型桥梁的建设如雨后春笋般兴起，多数采用深基础，并要求桩端要置于基岩甚至嵌入基岩内一定的深度。在最初的建设中，由于对下伏基岩的认识不深刻，勘察深度不够，造成大量的工程事故。在岩溶地区建设公路的过程中以及公路运营使用的过程中，在交通荷载的作用下，可能会导致溶洞坍塌、地表沉降，影响公路的安全运营，因而在岩溶区多采用桥梁跨越溶洞的方法。目前，在岩溶地区修建公路桥梁时,由于其特殊的地质条件,多采用桩基础进行处理。因而在桥梁桩基建设中，仍以规避为主，无法避开时，应高度重视，根据岩溶的发育程度进行合理的设计和选择适宜的施工方法。通过以上分析可以发现，当前岩溶地区的桥梁桩基设计仍存在一些欠缺之处，本文介绍岩溶地区桥梁桩基设计的核心问题———桩端持力层安全厚度的确定方法以及桩基设计原则和具体步骤，以期为同类的工程提供参考和借鉴。
1岩溶发育及岩溶桥梁基础
1．1岩溶的发育
所谓岩溶指可溶性岩石受到含有CO2的流水溶蚀，再加上沉积作用而形成的地貌。溶洞的结构变化较大，存在的形态也各有差异，主要有孔内大溶洞、斜面溶洞、陡半边溶洞、石柱、石笋等，各形态依次如图1所示。
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图1常见的溶洞形态
1．2岩溶地区公路桥梁基础
(1)扩大基础。岩溶地区公路桥梁在选择扩大基础时要遵循以下原则:第一，溶洞的覆盖层厚度较小，土质较好，溶洞较小，可以选择明挖基础，揭露溶洞的充填物，从而对浅层溶洞、溶沟进行清除;第二，如果溶洞处在持力层范围之内，可以根据溶洞大小选择砂砾或浆砌片石填，必要时可在基础内部加钢筋网;第三，如果溶洞埋藏深度较大，溶洞中地基土以粘性土、砂类土等以细颗粒为主，且溶洞上覆土层的承载力不能满足规范要求，可选择灌浆、砂桩等方法进行加固。
(2)桩基础。目前，桩基础是解决公路桥梁岩溶地基效果最好的方法，也是岩溶地区最常见的公路桥梁基础。桩基础的形式主要有摩擦桩、嵌岩桩、扩大基础与桩基础混合等。
2桩端持力层设计安全厚度的确定
在确定岩溶地区桥梁桩基的桩长和持力层安全厚度方面，国家规范并未对其有明确的规定，在规定中“当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d”，但近年来大直径灌注桩（桩径1.0～2.5m）的应用越来越广泛，考虑3倍桩径的持力层厚度外，还需要考虑一定的嵌岩深度，总的顶板安全厚度高者可达10m多，在实际的工程中很难做到。另一方面，在使用小直径桩基时，3倍桩径的持力层厚度又过小，很难保证桩基的承载力和安全使用。本文建议岩溶地区桩基础持力层的安全厚度可以根据岩溶的发育程度、地层岩石的节理裂隙发育状况、溶洞顶板跨度综合确定。根据经验，当桩端持力层岩体结构较为完整，溶洞顶板跨度较小时，持力层的安全厚度取3倍桩径且≥4m，如果溶洞顶板宽度过大，可以根据顶板的抗弯承载力确定安全厚度；如果桩端基岩破碎，节理裂隙较为发育时需要进行试验确定。
3阻止地表水和地下水活动法
由于地表水或地下水活动是土洞发育的三个基本条件之一，因此，可采取措施消除该条件，防止土洞的出现或已有土洞的继续发展。地表水活动形成的土洞或塌陷，可采取地表截流、防渗或堵塞地表水下渗通道等措施进行处理。地下水活动形成的土洞，当地质条件许可时，可采用截流、改道方法处理;附近如有抽水井应停用;如有矿山突水口应封闭。地表水活动形成的土洞处理方法实施较易(如场地满填一定厚度的黏土隔水层，并分层夯实)，地下水活动形成的土洞处理方法理论上可行，但实施较难，因为很难准确找到地下水的位置。另外，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)(简称地基规范)第6.6.8条第3款规定，采用阻止地表水和地下水活动法处理的同时，尚应采用梁、板或拱跨越方法处理。
4溶洞处理措施
岩溶地区桥梁的桩基处置，通常有以下几种措施，如钢护筒跟进、高压注浆法、回填法、旋喷注浆加固法等。1）回填法适用于溶洞较为独立且施工工期较紧张的工程，通过钻孔将片石等填料自上而下依次填充夯实，如果处理区有多个溶洞，则需要先处理最上部的溶洞，回填材料可以是片石、碎石、混凝土。2）钢护筒跟进法适用于溶洞规模较大、空间尺寸较大，桩端持力层的稳定性及承载力不能满足设计要求的工程，钢护筒穿过上覆的软弱层，到达坚硬稳定的地层，在工程中，钢护筒跟进一般与回填法或者注浆法结合使用。3）如果岩体较为破碎，或者溶洞内的填充物呈现流塑或者软塑，可以采用高压注浆法，将水泥浆液或者其他加固浆液压向溶洞内以提高填充物的强度。
结语
(1)岩溶的存在，对公路桥梁桩基础的设计、施工等都会产生各种不利影响，主要体现在地基不均匀沉降、溶洞塌落、地下水不易排出等方面;(2)岩溶地区公路桥梁基础的常见基础有扩大基础和桩基础，桥梁基础选择时要对溶洞的规模大小和形态进行综合考虑;(3)如果岩溶地区桩基础端部岩层的完整性较好，设计安全厚度可取桩基础直径的三倍且不小于4m。如果桩基础端部岩层的完整性较差，设计安全厚度应当通过抗弯承载能力验算来确定;(4)设计安全厚度的影响因素主要有岩溶发育、顶板裂隙发育、顶板跨度、工作荷载、上覆土层的摩阻力等。此外，岩溶区桥梁桩基设计关键就是要确定桩型、桩长、截面尺寸、确定桩基数量及位置，且桩基础在布置时应当尽可能使上部荷载的作用中心与桩基的平面形心在同一条轴线上。
参考文献
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