摘要：近年來隨著預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，部分公路橋梁樁基工程中也開始使用。由于預(yù)應(yīng)力管樁在巖溶區(qū)施工中避免了樁基成孔的高風(fēng)險，且施工速度快，經(jīng)濟(jì)上與其他方案相比有一定優(yōu)勢。但是，在巖溶地質(zhì)條件下使用時也有一定的局限性，應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)條件慎重考慮。
1巖溶區(qū)橋梁樁基預(yù)應(yīng)力管樁的適用條件
1.1預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)點(diǎn)與局限性
與鉆孔灌注樁相比，預(yù)應(yīng)力管樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)預(yù)應(yīng)力管樁的單樁承載力高。
(2)抗彎性能好。預(yù)應(yīng)力管樁選用高強(qiáng)度、低松弛的螺旋槽鋼棒作為預(yù)應(yīng)力主筋，使樁身具有較高的預(yù)壓應(yīng)力，其抗彎性能良好。預(yù)應(yīng)力管樁有卓絕的貫入性能，能穿透密實(shí)的砂層，能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境與地理?xiàng)l件。管樁施工時樁底設(shè)置樁尖，常用的樁尖有十字形、圓錐形和開口形，可根據(jù)不同的地質(zhì)條件選用。
(3)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。由于采用工廠預(yù)制的生產(chǎn)方式，能利用先進(jìn)的工藝和設(shè)備，質(zhì)量容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量容易保證。
(4)應(yīng)用范圍廣。工廠生產(chǎn)、商品供應(yīng)，可以有不同的規(guī)格、長度供選擇，使設(shè)計(jì)選用范圍廣，容易布樁，對樁端持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。管樁分為不同的直徑(常用40、50及60cm)、壁厚和強(qiáng)度(分普通混凝土和C80以上的高強(qiáng)混凝土)，使用時根據(jù)不同的設(shè)計(jì)承載力要求選用。
(5)施工速度快，工期短。預(yù)應(yīng)力管樁在工廠商品化生產(chǎn)，能按施工要求及時供樁，施工前期準(zhǔn)備時間短，一般能縮短工期1～2月。
預(yù)應(yīng)力管樁在實(shí)際應(yīng)用中也存在以下局限性：
(1)場地內(nèi)分布有深厚粘性土層等，在此種地質(zhì)條件下采用管樁易發(fā)生擠土效應(yīng)，處理不當(dāng)會造成管樁上浮和斜樁，影響樁基承載力。
(2)有些地質(zhì)條件不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁。土層中含有較多嚴(yán)重影響沉樁施工及樁承載力可靠性的孤石或其他障礙物；土層中含有不宜作持力層且管樁又難以貫穿的堅(jiān)硬土層；擬作為樁基礎(chǔ)持力層的巖層面起伏變化較大或巖層面傾斜；淤泥等軟弱土層下直接到達(dá)碎石土層或風(fēng)化巖層等持力層。
1.2巖溶區(qū)橋梁樁基適用預(yù)應(yīng)力管樁的條件
當(dāng)覆蓋土層較厚，能提供較好的持力層(標(biāo)貫值大于25擊)，雖基巖溶洞發(fā)育，連續(xù)完整的微風(fēng)化巖層埋深較深，宜使用管樁。假設(shè)樁底設(shè)置在溶洞以上一定距離的持力土層中，此時若采用傳統(tǒng)鉆孔樁基礎(chǔ)，其缺點(diǎn)是：若設(shè)計(jì)為鉆孔支承樁，就須穿過溶洞將樁底設(shè)置在深層基巖上，施工時需進(jìn)行溶洞處理；若設(shè)計(jì)為單根鉆孔摩擦樁，將樁底放在溶巖以上的土層，則覆蓋土層的厚度可能不夠，樁基達(dá)不到需要的承載力；若設(shè)計(jì)為多根鉆孔摩擦樁，采用群樁構(gòu)造，形式與管樁基礎(chǔ)類似，則由于兩類樁基在施工、構(gòu)造與受力上的差別，費(fèi)用大于管樁基礎(chǔ)。
1.3巖溶區(qū)橋梁樁基不適用預(yù)應(yīng)力管樁的條件及應(yīng)對措施
管樁基礎(chǔ)在基巖埋深較淺、覆蓋層較薄、有孤石、表層軟土層較厚等情況下不宜采用，否則易導(dǎo)致樁身傾斜、樁體折斷、樁端或樁頭破損等問題。但若采用樁底或樁側(cè)注漿加固等輔助措施，也可在某些不利條件下應(yīng)用。
當(dāng)覆蓋土層較薄，基巖溶洞發(fā)育，連續(xù)完整微風(fēng)化巖層埋深較深時，若采用單根大直徑樁基，需設(shè)計(jì)為支承樁，樁基要穿過多層溶洞；若采用管樁，如果樁底不落在頂層巖面，也會因覆蓋土層過薄而導(dǎo)致單樁承載力過低，若把樁打到巖面又面臨諸多不利。此時可在管樁的基礎(chǔ)上配合采用樁底加固等輔助措施，先把管樁打到距巖面一定高度處，然后采用注漿或高壓旋噴等工藝把樁底至巖面的土層加固到一定強(qiáng)度(通?？傻玫絾屋S極限抗壓強(qiáng)度5MPa以上的復(fù)合土體)，或?qū)秱?cè)土體注漿加固，從而使管樁的承載力大為提高，如有必要還可將頂層的溶洞一起注漿填充加固。若采用樁底加固的管樁基礎(chǔ)時，應(yīng)根據(jù)溶洞的發(fā)育程度、溶洞的大小、充填情況、頂層巖面的厚度及傾斜情況，謹(jǐn)慎考慮。
綜上所述，在巖溶地區(qū)應(yīng)用管樁基礎(chǔ)的主要優(yōu)點(diǎn)是：利用覆蓋土層的承載力，將多根管樁打入(或靜壓)到溶洞頂層巖面以上，形成群樁基礎(chǔ)，若承載力不夠時亦可注漿加固，滿足橋梁的承載要求，因此，管樁基礎(chǔ)避免了常規(guī)樁基在鉆孔時穿過溶洞造成的風(fēng)險。
2管樁的注漿處理
2.1樁底注漿
當(dāng)管樁樁端持力層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，而持力層土質(zhì)適合注漿加固時，或持力層下伏溶洞頂離樁端較近時，宜對樁底持力層注漿加固，或注漿填充溶洞，以提高管樁的單樁承載能力。
管樁樁底注漿可利用管樁內(nèi)管，采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，孔數(shù)不少于2個。當(dāng)采用二次注漿工藝時，孔徑不宜小于75mm，以滿足放置兩根注漿管的需要。對于溶洞注漿，壓漿前采用高壓水切割溶洞內(nèi)的填充物和溶洞頂?shù)装灞韺拥娘L(fēng)化巖層，清洗溶洞頂?shù)装?，水流射壓不小?5MPa。切割清洗的同時，采用氣舉清渣工藝將溶洞內(nèi)的填充物等抽出。直到出水口的水流變清再壓漿。先利用低壓將漿液注入樁底空洞，等觀測孔的出漿與注漿漿液濃度一致時再采用高壓壓漿，一般情況下最終的穩(wěn)壓壓力為2MPa左右，穩(wěn)壓時間不小于10min。若在壓漿量達(dá)到估算總量時達(dá)不到穩(wěn)壓壓力，或不能達(dá)到穩(wěn)壓時間，則應(yīng)進(jìn)行間歇注漿。水泥漿液中可酌情加入速凝劑。
2.2樁側(cè)注漿
當(dāng)管樁較長，樁端持力層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，而持力層土質(zhì)不適合注漿，或注漿后也不能滿足承載力要求，需通過增加樁側(cè)摩阻力來保證管樁達(dá)到設(shè)計(jì)承載能力時，宜對管樁樁側(cè)注漿加固。
采取樁側(cè)鉆孔注漿，對樁周土體可能產(chǎn)生擾動，當(dāng)樁側(cè)為細(xì)粒土?xí)r注漿壓力超過劈裂壓力，則土體產(chǎn)生水力劈裂，呈現(xiàn)劈裂加筋效應(yīng)。當(dāng)樁側(cè)為粗粒土?xí)r，漿液通過滲透、部分?jǐn)D密、填充及固結(jié)作用，使樁側(cè)土空隙率降低，密度增加，呈現(xiàn)滲透填充膠結(jié)效應(yīng)。漿液充填樁身混凝土與樁周土體的間隙，提高樁土間的粘結(jié)力。上述兩種效應(yīng)不僅使樁周土恢復(fù)原狀，面且提高了樁周土的強(qiáng)度，另外，漿脈結(jié)石體像樹根一樣向樁側(cè)土深處延伸，促使樁側(cè)摩阻力和樁體承載力大大增強(qiáng)。樁側(cè)、樁底可采用樁側(cè)鉆孔同時進(jìn)行注漿，文獻(xiàn)[1]提出一種在預(yù)制樁的樁側(cè)及樁底預(yù)留預(yù)埋管的方法，可更好地滿足注漿需要。
3工程案例
某高速公路大橋位于巖溶地區(qū)，橋位地層由第四系覆蓋層亞粘土、淤泥及砂層和基底下石炭系灰?guī)r及其風(fēng)化層組成。土洞、溶洞發(fā)育，地質(zhì)資料顯示多為串珠狀。在樁基施工通過土洞、溶洞過程中，常出現(xiàn)卡錘、塌孔現(xiàn)象，個別樁基地質(zhì)勘探時未發(fā)現(xiàn)溶洞，但檢測時發(fā)現(xiàn)下伏溶洞而采取壓漿處理。其31#B、32#A、33#A、33#B樁原設(shè)計(jì)為單根D130cm的端承樁，經(jīng)地質(zhì)補(bǔ)勘，揭示均有串珠狀小型土洞及溶洞，后決定改為管樁群樁基礎(chǔ)。下面以32#A樁為例詳述其解決方案。
地質(zhì)情況：32#A樁地質(zhì)樁孔揭示，自地面往下依次為3.8m厚素填土，3.7m厚亞粘土，4.2m厚淤泥質(zhì)土，2.3m厚亞砂土，23m厚亞粘土，12.8m厚全風(fēng)化粉砂巖，45.8～65.4m深度范圍處為溶洞及微風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r最厚為2.7m，不能滿足端承樁的設(shè)計(jì)要求。
后將32#A樁改為6根D60管樁的群樁基礎(chǔ)(圖1)，管樁規(guī)格為PHC-AB600，壁厚13cm。樁底持力層為亞粘土，樁長29.9m。設(shè)計(jì)要求管樁沉樁到位后，對深度49.3～55.3m范圍內(nèi)溶洞注漿處理，并對樁底2m范圍土體注漿加固。
注漿工藝采用高壓旋噴注漿法，其施工流程為：采用110mm孔徑鉆機(jī)在預(yù)制管中心鉆孔至第一層溶洞底以下0.5m后→下入噴射器到孔底→接上導(dǎo)流器高壓管與高壓泵相連接→開動高壓泵→自下而上噴射到樁底以上0.50m→根據(jù)地層返漿情況決定是否重復(fù)噴射直到返漿為止。
水泥漿液采用42.5#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.60～0.80，摻入3‰～5‰FDN粉劑。旋噴壓力20～25MPa，提升速度15～20cm/min。旋噴噴射器與鉆桿相連接，下到孔底，接上主動鉆桿及導(dǎo)流器。導(dǎo)流器采用高壓管與高壓泵相連接，旋轉(zhuǎn)主動鉆桿自下而上進(jìn)行旋噴注漿，噴射到樁底以上0.50m。根據(jù)返漿情況決定噴射次數(shù)，直至返漿為止。當(dāng)不返漿時，采用間歇旋噴注漿，直至達(dá)到預(yù)計(jì)注漿量2～6倍為止?，F(xiàn)場注漿先施工A1、A6樁，然后施工A2、A5樁，最后施工A4、A3樁。其中A1、A6樁施工時不返漿，采用了間歇注漿工藝。全部施工完畢后經(jīng)抽芯檢測，溶洞填充較完整，樁底2m范圍內(nèi)結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到7MPa，完全滿足設(shè)計(jì)要求。
4結(jié)束語
巖溶地區(qū)橋梁樁基采用管樁群樁基礎(chǔ)可避免常規(guī)鉆孔樁穿越溶洞時產(chǎn)生的施工風(fēng)險及樁底持力層承載力不夠的問題。當(dāng)覆蓋土層較厚，土的力學(xué)性能較好時尤其適用管樁；當(dāng)持力層較差時，可采用樁底注漿及樁側(cè)注漿加固等手段，大幅提高其承載能力，也可采用管樁群樁基礎(chǔ)。
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