预应力管桩基础在岩溶地区的应用

              0 前言

　　岩溶地质在我国分布广泛 , 特别在南方省份较为集中 , 在这些地方修建桥梁 , 受路线技术指标及控制点的限制 , 不可避免存在溶洞基础问题。 由于溶洞发育千奇百怪 , 覆盖土层性质多样 , 再加上有土洞伴生 , 使得岩溶地区的桥梁基础设计及施工均有很大难度。 通常采用的应对措施有 : 改变桥孔跨径或横向移动桩基 , 避开不利位置 ; 采用整体双柱式桥墩或独柱式桥墩等减少桩基数量的方式 , 减小溶洞影响 ; 采用水泥浆或砂石预先填充 ; 在冲击成孔时采用多项防护措施 , 如 : 钢护筒 ; 小锤小冲程的冲击方法 ; 多次回填成孔法 ; 预备块石、砖坯及泥浆供漏浆时应急等。 但这不能完全避免施工中的塌孔、 地陷等事故 , 当出现这些事故时通常会导致邻近桩基的破坏 , 造成严重损失并影响工期。　　 

　　近年来随着预制预应力高强混凝土管桩在建筑工程中的广泛应用 , 部分公路工程中也开始使用这种打入桩基础应对岩溶地质 , 由于在施工中避免了桩基成孔的高风险 , 且施工速度快 , 经济上与其它方案相比有一定优势 , 因此这项技术深受欢迎 , 但应用管桩基础也有它的局限性和缺点 , 使用时应根据具体地质条件仔细分析。　　　

　　1 适用情况及形式选用　　　

　　在岩溶地区应用管桩基础的主要优点是 : 利用覆盖土层的承载力 , 将多根管桩打入 ( 或静压 ) 到溶洞顶层岩面以上 , 形成群桩基础 , 满足桥梁的承载要求 , 因此 , 管桩基础避免了常规桩基在钻孔时穿过溶洞造成的风险。　　

　　管桩基础在覆盖土层较厚 , 持力层为强风化的条件下最为适用。 而当基岩埋深较浅、覆盖层较薄、有孤石、表层软土层较厚等情况下不宜采用 , 否则易导致桩身倾斜、桩体折断、 桩端或桩头破损等问题。但若采用桩底注浆加固等辅助措施 , 也可在某些不利条件下应用。 实际工程中需根据地质勘察了解的具体地质情况 , 结合管桩的特点 , 合理选择构造形式及施工控制方案。　　

　　当覆盖土层较厚 , 有较好的持力层 ( 标贯值大于25 击 ), 基岩溶洞发育 , 连续 5 m 以上的微风化岩层埋深较深时 , 最适宜采用管桩。 群桩基础通常采用图 1 的形式 , 桩底设置在溶洞以上一定距离的持力土层中。 此时若采用传统钻孔桩基础 , 其缺点是 : 若设计为钻孔支承桩 , 就须穿过溶洞将桩底设置在深层基岩上 , 施工时需进行溶洞处理 ; 若设计为单根钻孔摩擦桩 , 将桩底放在溶岩以上的土层 , 则覆盖土层的厚度不够 , 桩基达不到需要的承载力 ; 若设计为多根钻孔摩擦桩 , 采用群桩构造 , 形式与 管桩基础类似 , 则由于两类桩基在施工、 构造与受力上的差别 , 费用大于管桩基础。　　

　　当覆盖土层较薄 , 基岩溶洞发育 , 连续 5 m 以上的微风化岩层埋深较深时 , 若采用单根大直径桩基 , 需设计为支承桩 , 桩基要穿过多层溶洞 ; 若采用管桩 , 如果桩底不落在顶层岩面 , 也会因覆盖土层过薄而导致单桩承载力过低 , 若把桩打到岩面又面临诸多不利。 此时可在管桩的基础上配合采用桩底加固等辅助措施 ( 见图 2), 先把管桩打到距岩面一定高度处 , 然后采用注浆或高压旋喷等工艺把桩底至岩面的土层加固到一定强度 ( 通常可得到单轴极限抗压强度 5 MPa 以上的复合土体 ), 从而使管桩的承载力大为提高 , 如有必要还可将顶层的溶洞一起注浆填充加固。

　　若采用桩底加固的管桩基础时 , 应根据溶洞的发育程度、溶洞的大小、 充填情况、顶层岩面的厚度及倾斜情况 , 谨慎考虑。 由于群桩基础平面尺寸较大 , 岩溶地质复杂多变 , 通常一个桩基须有两个以上的钻孔 , 如有条件可采用物探等技术手段得到更为准确全面的地质断面情况。 如 果顶层岩面厚度较小 , 应同时加固桩底一定深度内的溶洞。 如果顶层岩面过于倾斜 , 应考虑其它方案 , 实际工程中因岩面倾斜而导致施工断桩的情况并不少见 , 且过于倾斜的岩面对桩基受力不利。 如果覆盖土层过薄 , 土质松软或为厚层软土时 , 也不宜选用管桩。 如果覆盖层有土洞时也应谨慎选用。　 

　　管桩基础的应用不仅受一定条件的限制 , 且在实施和使用上也有一些不利因素 : 管桩的施工机械无论是静力压桩还是动力打桩都比较笨重 , 不利于在交通条件差的地方使用 , 若桩基位于河道中也会给施工造成较大困难 ; 管桩结合注浆或高压旋喷时 , 加固效果检测难度大 , 施工质量及费用难以控制 , 工程中有的基础注浆使用上百吨水泥 ; 管桩基础的抗震性能相对要差。　　

　　2 构造与计算　　

　　预制预应力管桩采用专业化工厂集中生产 , 质量易于控制。 其特点是桩身混凝土强度较高 , 因此管桩桩径的大小选用合适的锤重 , 5 40 的管桩通常采用 9t 锤 , 5 60 的管桩通常采用 15t 锤。 动力打桩时的重点是控制好贯入度 , 既要使桩基到达设计承载力 , 又要避免桩基打到岩面上后出现桩身倾斜、断桩或桩头破损等情况。 贯入度可采用 Hiley( 海利 ) 打桩公式估算 :　 

　　s= GEQ uk#W + Pe2W + P- c2　 

　　若无确定经验 , 应通过试打 , 结合 PDA 打桩分析仪等进行承载力测定后确定。 管桩施工后的检测包括 : 长度、垂直度、 完整性等。　

　　若采用管桩结合注浆或高压旋喷的形式时 , 还涉及注浆和旋喷的施工。 浆液通常采用 425# 普通硅酸盐水泥 , 水灰比 1.0 。 浆液可根据需要添加水玻璃 , 以加快凝固避免顺裂隙流失 , 也可采用间歇多次注浆的方法解决流失问题。 注浆工艺可采用袖阀管法进行渗透或劈裂注浆。 高压旋喷的压力要求大于 20 M Pa, 旋喷桩有效直径约为 0.5 m 。 加固土体通常在 28 d 后进行钻孔取芯检验 , 检验的主要内容还包括 : 整体性和均匀性、 有效直径、 垂直度、强度、固结体的溶蚀和耐久性等。　

　　4 结语　

　　岩溶地区桥梁桩基设计难度大、 施工风险高 , 预应力管桩基础在一定条件下是不错的方案 , 近年来在不少工程中有应用 , 但理论与经验还不是很成熟 , 希望本文的内容能对设计与施工有所帮助。