岩溶地基铁路桥梁基础的设计.doc

岩溶地基铁路桥梁基础的设计 　　摘要：本文主要阐述岩溶地基铁路桥梁基础设计和钻孔桩设计的具体规定，以及工程地质勘探资料对岩溶地区桩基础设计的影响等问题，为岩溶地区基础设计提供一定的理论依据。 　　关键词：岩溶地区地质桥梁基础设计 　　一、概述 　　岩溶又称喀斯特，它是由石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等可溶性岩层因常年受水流侵蚀作用，逐渐溶蚀形成的溶沟、溶槽、溶洞。其空隙有的被泥土填充，有的为空洞，而某些空洞又与外界水流相通形成暗河，情况各异。溶洞作为一种不良地质现象，在岩溶地基上修建桥梁，由于岩溶情况复杂，变化无规律，给桥梁桩基础设计带来不少困难，设计不合理将直接威胁桥梁在建设和使用过程中的稳定和安全。 　　二、根据不同的岩溶地质情况，设计桥梁基础类型 　　岩溶地区桥梁基础的设计，应根据岩溶形态的具体情况，结合桥梁跨度和桥墩荷载的大小，以及岩面以上覆盖层的土质、厚度和稳定性等，就应予采用的基础持力方式加以综合考虑，慎重研究，妥善处理。一种是不扰动岩溶地基，利用岩溶地基下卧层的固有强度，修筑基础；另一种是采用钻、挖孔桩穿过溶洞。岩溶区最常用的基础形式主要是明挖基础和桩基础，二者的适用条件分析如下： 　　1 、明挖基础 　　当覆盖层较浅，溶洞埋藏较深，顶板厚度足够且为完整基岩，或基底仅局部有溶槽，深度不深且呈收敛状态，则可设明挖基础。明挖基础施工时应先清除溶槽内填充物，然后用和基础同等级混凝土回填(其上可增设一层钢筋网)，待回填混凝土达到强度要求后再灌注基础混凝土。 　　2、桩基础 　　当溶洞比较发育，埋藏较深，顶板厚度较薄，不足以直接作为持力层，或者发育有多层溶洞时，则需采用桩基础。桩基础是岩溶区桥梁最为常用且最有效的基础形式。根据地质情况和受力方式的不同，桩基础又分为摩擦桩和柱桩。 　　岩溶区的摩擦桩主要有两种情况：一是覆盖层较深，其摩阻力足以提供桩基竖向承载力，桩尖不进入溶洞区；二是桩基础进入溶洞区，桩尖置于溶洞薄顶板或填充区。第一种情况下基础计算与普通桥梁没有区别，但是要注意桩尖距溶洞的距离，如果十分接近溶洞，则应视实际情况考虑加长桩基础。第二种情况较为复杂。溶洞内填充物的极限摩阻力和桩底土承载力较难确定，穿过的溶洞岩层薄顶板与桩身的摩阻作用也有别于一般土与桩侧之间的摩阻作用，故岩溶区应慎用摩擦桩。在只能采用摩擦桩的情况下则需灵活变通规范公式，合理取用溶洞填充物的各项地质参数。 　　当岩层顶板厚度较薄时，可按嵌岩摩阻力桩设计，其桩长可按《铁路桥涵地基和基础设计规范》6.2.2-2条公式：[P]=1/2UΣfiLi+m0A[σ]，令第二项m0A[σ]=0 , 　　 　　则桩长 　　 　　式中极限摩阻力fi可参照漂石土、块石土采用400～600kPa, Li即为桩基穿过溶洞顶板厚度不小于1.0m的岩层累计厚度。嵌岩摩阻力桩桩尖仍支承在一定厚度的溶洞顶板上，以策安全。为了避免不均匀沉陷，不得出现部分桩底落于岩石，部分桩底落于土层的情况。 从各排桩的横向地质剖面图中，若发现桩位处顶板下部有较大的溶洞存在（深宽度等于或大于4m），如溶洞以上顶板厚度小于二分之一的溶洞深宽度时，则不计此层顶板摩阻力。在计算桩嵌入岩层的累计顶板厚度时，应扣除大跨径溶洞以上的顶板厚度，然后再按上式计算桩长。 　　绝大部分岩溶区桥梁基础均采用柱桩，柱桩具有安全性高、稳定性好的特点。 　　三、岩溶地区桥梁钻孔桩基础的设计 　　1、桩的受力情况和计算方法 　　岩溶地区岩面起伏经常很剧烈，为了避免个别不必要的下钻，出现了长短桩基础。此类基础在荷载作用下，各桩抗挠弯矩、轴向力、剪力的分配也将有差异，当列车朝右向短桩方向行驶时，其最大轴向力的桩位为受纵向力作用的最外一排桩和顺横向力矩方向最外一根桩控制；当列车朝左向长桩方向行驶时，其最大剪力和最大弯矩位置为受纵向力作用的最内一排桩和顺横向力矩方向最外一根桩控制。对于横向桩排数较多且短桩桩位不在最外一侧时，应逐桩进行计算，找出最大轴向力和最大弯矩和剪力的桩位。对于单线桥墩，单孔重载控制偏心和配筋，双孔重载控制轴向力。对于双线桥墩，单线单孔重载控制偏心和配筋，单线双孔重载或双线双孔重载控制轴向力并必须作双向行车计算，以找出最不利的控制情况。 　　2、岩溶地区桥梁钻孔桩的设计： 　　（1)、根据多年的设计实践对岩溶地区穿过溶洞的钻孔桩，要求如图1所示桩尖置于溶洞顶板上，不要落在溶洞内。 　　 　　 　　 　　支承桩尖的岩层顶板厚度不小于6m，但有的设计工点在地面以下40－50m深的范围内找不到6m以上厚度的顶板而此时已穿过多层岩板，因此根据实际情况，经理论分析又补充了一条原则，桩侧壁累计穿过溶洞顶板厚度为5m以上时，桩尖支承溶洞顶板厚度一般可不少于3m，其依据如下： 　　考