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 , 不可避免存在溶洞管桩基础问题。 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。