赣龙铁路岩溶地区桥梁勘察设计体会

　　摘要：通过赣龙铁路扩能改造工程勘察及设计，总结了岩溶发育地区桥位选择、孔跨布置、桥梁基础勘探及选择、桩基础设计等应注意的要点，从而确保桥梁基础安全
　　关键词：岩溶，桥位、基础，勘探，设计
　　
　　在岩溶地区修建铁路，由于岩溶情况复杂，变化规律难以掌握，给线路上的桥梁建设带来了众多困难。本文就岩溶地区桥梁的桥位选择、合理布置孔跨、桥梁基础选择及桩基设计浅谈一些个人体会。
　　1、工程概况
　　赣龙铁路扩能改造工程位于江西省东南部、福建省西南部。西起江西省赣州市，东至福建省龙岩市，途径江西省赣县、于都县、会昌县、瑞金市，福建长汀县、连城县、上杭县。正线全长约250km。所在区域为我国最典型的山区岩溶极发育地区之一，其中小密、西江、石门圩地段岩溶发育且不均，主要以溶沟、溶槽、落水洞、坍陷漏斗等形式存在。
　　2、桥位选择
　　2.1岩溶地区桥梁选址首先应遵循选线与桥位相结合的原则，树立地质选线的观念，避绕岩溶强烈发育区。桥位的选定需做好比选工作，确定最佳桥位。
　　2.2当必须在岩溶发育严重地段设桥时，应尽量选在岩层完整、洞穴顶板较厚处。对于岩溶地区一些特殊地质构造，可依照以下原则处理：
　　2.2.1当线路通过岩溶地区构造破碎带时，因该处岩层破碎、地下水富集、地表径流和地下水循环交替频繁、岩溶极为发育，应尽量使桥位垂直或以较小斜交角通过，必须避开巨大洞室和大竖井。
　　2.2.2桥位不宜选在可溶岩层与非可溶岩层的接触带，应选在非可溶岩层上。可溶岩层与非可溶岩层的接触带，是地表水与地下水滞留、溶蚀强烈、地质动力现象最为活跃的地带，常有落水洞、坍陷漏斗和网状洞穴分布，也有与接触带走向一致的暗河，或地下通道与横向暗河相连而形成纵横交错的地下沟谷，不宜设桥。
　　2.2.3暗河范围内不宜建桥，也不宜靠近或与暗河走向平行。当不能避开时，应尽量选取与暗河垂直的桥位。
　　3、合理布置孔跨
　　一般来说，桥孔布设应依据各类河段的水文、地形情况，满足交通、通航、过物、水利等方面的要求，做到安全、经济、合理。岩溶地区桥梁的孔跨布置除满足规范规定的有关要求外，应注意全面调查、分析桥位的地形、水文和地质情况，重点调查岩溶的分布范围、形状、规模及截流汇水面积。由于岩溶一般隐蔽性强，表面上不易发现，应加强勘测工作，为路线布设和桥梁孔跨布置提供依据。详细了解桥位区溶洞、溶槽、漏斗和暗河等的分布和发育情况，为墩台位置和形式选择提供参考。由于岩溶地区特别是受地下河影响的地段，汇水面积难以准确划定，水文调查要特别注意历史洪迹的调查。桥跨纵向布设应根据溶洞、溶槽、漏斗和暗河的分布和发育情况，选择孔跨和桥长，墩台位置一般应避开这些岩溶点，必要时可采用不等跨径或大跨径跨越等办法，使基础避开岩溶病害或位于病害较轻位置。同时，桥梁孔跨布设需重视环境保护，与自然相协调。设计需考虑桥梁修建对岩溶生态的不利影响和对生产、生活水源的保护措施。
　　4、桥梁基础勘探及选择
　　4.1桥梁基础勘探
　　岩溶为可溶性岩层的特有现象，岩溶地区地形、地貌特殊，地质条件复杂。溶洞发育情况、溶洞大小及其顶板厚度的揭露情况关系到整个工程的造价及施工质量，因此本项目在桥梁地质勘探初期就提出了明确要求，具体步骤应先物探，根据物探查明的岩溶情况，再在每个基础内采用逐桩钻孔。采取逐桩布置地质钻孔和物探结合的勘探方案，效果良好。通过地质钻探对溶洞的顶板厚度、岩层的完整性、稳定性做出评价，对溶洞的跨长、溶蚀范围、溶洞洞内的填充物充满程度、密实度、承载力等进行工程地质说明。
　　4.2桥梁基础选择
　　由于石灰岩、白云质灰岩等地区，受到地下水的溶蚀作用，在岩层中形成溶洞、溶沟、溶槽等，其空隙有的被泥土填充，有的为空洞，而某些空隙又与外界水流相连通，情况各异。因此进行基础设计时，应根据岩土类别、岩溶发育程度及基顶荷载大小，河流水文条件等因素，因地制宜，设计恰当的基础。一般大致可归纳为以下几种类型：
　　4.2.1明挖扩大基础：在溶沟溶槽处采用换填片石混凝土或钢筋混凝土基础跨越溶沟溶槽．也有甩钢轨桩加固溶槽的处理方法。明挖扩大基础一般适用于岩溶埋藏较浅，基底局部有溶沟溶槽，下部已探明无溶洞，基础在施工开挖后，对溶沟溶槽即可处理。
　　4.2.2轻型扩大浅基础：覆盖层较厚，无潜存大溶洞的岩溶地质，覆盖层稳定，土质较好，如砂卵石等，无水流冲刷的简支粱墩台基础，基底可设计为轻型扩大基础，基底适当提高。
　　4.3.3钻孔控基础：岩溶极发育，并有多层溶洞，每层溶洞的顶板厚，往往参差不一，成串成组，高低不一，大多采用钻孔控基础。
　　5、桩基础设计
　　根据岩溶的发育情况及溶槽、溶沟内的填充土的类别、饱满程度，桩基的设计可分为以下三种类别：
　　5.1如果在溶洞处设置桩基础，其溶洞顶板很薄，而溶洞内的底面很深，且洞内填充土属于密实稳定，具有足够深度，则桩底可穿过溶洞的顶板置于溶洞内的填充土层内，而不支于溶洞的底板上。此时可按摩擦桩进行设计，不考虑桩与溶洞顶板之间的摩阻作用，而将这种摩阻作用视作安全储备。
　　5.2置于岩溶地区溶槽或溶沟处的桩基础，当桩穿过溶槽、溶沟内的填充土，支立于溶槽底面或溶沟底面的岩层上时，可按支立于一般岩层上的柱桩分析方法进行桩的内力分析。桩的轴向容许承载力应根据溶槽或溶沟底面岩层的好坏（包括强度和裂缝等情况）来确定。
　　5.3在岩溶严重地区，钻孔桩要穿过多层溶洞，岩面起伏不一，各桩的刚度相差较大，桩的受力情况各异，不能按常规设计钻孔桩方法进行设计，需结合岩溶地质特点分别对待。赣龙铁路扩能改造工程岩溶桥梁柱桩设计中，采用了以下原则。
　　5.3.1对同一基础范围内溶深高差悬殊，因此各桩受力很不均匀，虽然采用加强桩顶箍筋及主筋，都不能满足短桩剪力要求配筋时，则以钢护筒调节短桩自由长度，来降低单桩的受力高峰值。
　　5.3.2穿过溶洞的钻孔桩，要求桩尖置于溶洞顶板上，支承桩尖的岩层顶板厚度不小于6m，并应注意桩的邻近岩溶情况。当深度达到40～50m时，仍无6m以上厚度的顶板时，要求桩侧累计顶板厚度大于6m(其中厚度小于1m的岩层顶板不予计入)，且桩尖置于下层岩层上，支承顶板厚度要求不小于3m，且不小于1.5d（d为桩设计直径），嵌入岩层0.5m。
　　5.3.3确定桩长时应首先详细地、全面地分析地层资料，宜将同一基础的各个钻孔资料统一编制出溶洞范围的地质图，并根据相邻桩的钻孔，拟定各桩的桩底标高。在计算中对穿过多层溶洞，桩尖置于下层岩层上时，桩的受压刚度系数，不应取桩的全长计算，而应取受压长，可近似地取l0+h/2，当基桩穿过顶板，通过溶洞，进入基岩时，一般顶板厚度不足支承竖向集中荷重N，其水平抗力起到嵌制作用，可使基桩嵌周(假定第一层顶板厚度大于1m)，因此其受挠长度LM一般可假定为l0+D/3，D为钻孔桩设计桩径。
　　
　　
　　6、结论
　　在岩溶地区，桥梁基础想要完全避免岩溶是不现实的，只有认真勘测，掌握岩溶发育和分布的规律，精心设计，才能确保桥梁建设和运营安全。本文结合赣龙铁路扩能改造工程项目勘察设计实际情况，得出以下一些主要结论：
　　6.1岩溶地区桥位选择应遵循选线与桥位相结合的原则，避绕岩溶强烈发育区。当必须在岩溶发育严重地段设桥时，应尽量选在岩层完整、洞穴顶板较厚处。桥位尽量垂直或以较小斜交角通过破碎带，避开巨大洞室和大竖井。桥位不宜选在可溶岩层与非可溶岩层的接触带，应设在非可溶岩层上；当不能避开暗河时，应尽量与暗河垂直。
　　6.2岩溶地区桥梁桥跨布置应根据溶洞、溶槽、漏斗和暗河的分布和发育情况，选择孔跨和桥长，可通过调整跨径、采用不等跨径、横向调整基础位置等办法，使基础避开岩溶病害或位于病害较轻位置。同时，需重视环境保护，与自然协调。
　　6.3选择桥梁基础的类型时，应根据岩土类别、岩溶发育程度及基顶荷载大小，河流水文条件等因素，因地制宜。
　　6.4桥梁桩端持力层厚度根据溶洞顶板溶蚀、裂隙情况和整体性，分别采用摩擦桩和嵌岩桩两种情况分析计算。对于溶蚀、裂隙严重的溶洞顶板，按摩擦桩计算，对于无溶蚀、裂隙现象的持力层，溶洞顶板按嵌岩桩计算，考虑安全系数后，决定采用厚度为6m的微风化完整顶板作为桩基终孔最小控制溶洞顶板厚度。施工期间，设计人员还应结合施工现场钻孔情况，桩底验槽结果，及时对桩基长度进行跟踪调整。
　　参考文献
　　[1]何琦琪，吴应升，张思佳.广西岩溶地区桥梁设计浅谈.广西质量监督导报.2010
　　[2]方强.岩溶地区桥梁基础的设计.铁道勘测与设计.1994年第1期总第89期