喀斯特地貌是指具有溶蝕力的水對石灰巖等可溶性巖石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態的總稱，又稱巖溶地貌。湘西土家族苗族自治州屬于云貴高原東側的武陵山區，以喀斯特地貌分布廣，面積大。如何進行溶洞區地質勘探，確定樁底持力層的高度，如何制定優秀的基礎設計方案是橋梁設計者必須重視的問題。

、1、工程概述

、杭瑞高速公路湖南省鳳大段是國家規劃高速公路網中18條東西橫線中的第12條，是湖南省高速公路網規劃中五縱七橫中的第一橫。本項目王家寨1號橋，中心樁號K1+780.0(左寬)，結構尺寸8×30+10×40m，預應力混凝土連續t梁，先簡單后連續，盡量避開溶解孔，左右寬度獨立設置，單橋寬度11m。下部結構采用柱式、矩形中空腳、橋采用柱式、u型橋。挖孔灌注樁基，樁徑1.5m～2.2m，全橋共設計樁基108根，設計最大樁長46m。

橋的位置地形地質條件復雜，處于硬碳酸鹽巖工程地質亞區，含碳酸鹽巖溶解水，部分地質勘探鉆孔顯示有多層溶解孔。整座橋的地質復蓋層從上到下:①第四系殘坡上堆積碎石，粉質粘土，坡頂植被茂密的粉質粘土灰黃色，灰黑色，稍濕，硬塑料，主要由粘粒構成，局部含碎石。層厚0.5~1.9m，地面調查機構推薦承載力=[fa0]=180Kpa，極限摩阻力[qik]=35Kpa。②寒武系中系奧溪組泥灰巖、灰巖、局部基巖暴露。中風化灰巖，灰色，灰白色，主要礦物成分為方解石，隱結晶質結構，薄中厚層結構，節理裂縫發育，巖芯破碎，呈碎塊狀，呈少量短柱狀，在整個橋址區大量分布。最大層厚度為30.6m。推薦承載力=[fa0]=1000Kpa，極限摩阻[qik]=300Kpa。本區洞穴最多層數達8層，一般為3-7層，最大洞穴高度為12.5m。

2巖溶解區地質勘探的要求和特點

對于巖溶解區橋梁樁基地質勘探，溶解孔的發育狀況，如大小、填充物、頂板厚度等影響設計的深度和工程整體成本，因此該項目在地面勘探初期提出了明確的要求:一般應用于樁基地溶解孔的發育時，必須對樁基地溶解孔的發育大，如本橋的8-1#樁基地溶解孔的發育高達12.5m，樁基地面向4-5m

關于3、巖溶區樁基礎設計理論的研究

、巖石溶解地區端承嵌巖樁設計，一般應盡量考慮通過巖石溶解發育帶，選擇溶解孔下部弱風化基巖作為樁端部的支撐層。但如本橋9-1#樁基，地勘鉆孔總深度在60m范圍內樁基多次穿越多層溶解孔，正確估算樁端溶解孔頂板的安全厚度是巖溶解地區多層溶解孔樁基設計的核心問題。

3.2根據控制彎矩估計，溶解孔頂板的巖層比較完整，強度高，孔跨度大時，彎矩是主要控制條件，梁板受力時，公式如下:H=[6Mq*[σ]0.5

m為彎矩的q為溶解孔頂板

根據頂板巖石的完整性，分別根據以下3種情況計算。

手臂①溶洞頂板周圍有裂縫，樁基底部(即溶洞頂板跨中)完整時，用簡單的支梁計算:M=ql2/8+pl/4。②溶解孔頂板周圍完整，樁基底部有裂縫時，按懸臂梁計算:M=ql2/2+pl。③當溶洞頂板均比較完整時，按固端梁計算：M=ql2/12+0.7pl/4。式中：P為樁尖對溶洞頂板的集中力（KN）；根據以上兩種力學模式計算，王家寨1號橋多層溶洞樁端持力層厚度，分兩種情況考慮：對于溶蝕，裂隙嚴重的溶洞頂板，按摩擦樁計算。對于無溶蝕，裂隙現象的持力層，溶洞頂板按嵌巖樁計算，考慮安全一定的安全系數后，決定采用4-5m的弱風化灰巖完整頂板，作為樁基終孔最小控制溶洞頂板厚度。

　　4 巖溶區樁基礎設計注意事項

　　①巖溶地區的巖石裂隙發育，含有豐富的碳酸鹽類水，樁基礎施工可能會出現深水，漏漿，樁底部浮渣土難以清楚干凈，所以在設計階段，對于樁基底部為強風化類巖層，十分松散又夾雜以大量粘性土的，一般不計樁尖抗力的作用，以策安全。②對于單個尺寸較大的溶洞或多層溶洞基本連通，溶洞的橫向直徑大于3倍樁基直徑的，采用片石或素混凝土回填用量大，且難以填充密實，設計單位應在圖紙中增加鋼護筒數量，以替代傳統的低標號混凝土護壁。③按橋規相關規定計算單樁承載力時，不應考慮多層溶洞對樁基側面的摩阻力作用，僅將這種摩阻力視為安全儲備。因為這種多層巖溶層與樁側面的摩阻力作用，有區別于一般的較完整土體與樁側之間的摩阻關系。特別是，當多層溶洞層與樁基側面之間粘結成一體，樁身所受的軸向荷載如何分配給單一巖層，難以計算，很可能在某一巖溶層與樁身粘結處，因受集中力而出現摩阻破壞，進而影響整個樁基礎的受力情況。因此，通常不考慮多層巖溶解層對樁基側面的摩擦阻力作用，在灌注樁的施工過程中，應采取相應的措施(如麻布或油氈作為中間層)，將多層溶解層與樁基側壁之間隔開，樁基承受的軸向負荷全部作用于樁基底部的弱風化硬巖層④設計部門在橋圖說明中，招標清單中，樁基施工技術應優先人工挖孔灌注樁。人工挖孔的工人可以隨時觀察樁基內的巖石風化程度、地下水、洞穴發育等情況，對巖石溶解和樁基持力層的判斷直觀，隨時可以采取補救措施。人工挖孔可根據持力層需要調整擴大樁頭直徑，充分利用樁身混凝土強度，經濟性好。由于特殊原因，如地下水旺盛或薄弱復蓋層過厚，不能采用人工鉆孔時，考慮采用正循環沖擊鉆孔法。多例證明正循環沖擊鉆孔方法容易保證墻壁質量和處理洞穴，有效抑制混凝土澆筑數量的擴大。⑤根據基礎設計理論，樁基常用的有摩擦樁、端承樁兩種形式。端承樁和嵌巖性端承樁安全性高，抗震性好，是優先的樁基類型。復蓋土層的摩阻力不足以提供樁基的縱向承載力，或者不能滿足沉降要求時，必須采用終端承載樁或嵌巖性終端承載樁，樁基的承載力可以按規范公式計算，這種樁基的設計難點是如何確定樁基巖層的厚度，以前很多設計部門認為樁基有連續3倍樁徑的完全弱風化，中風化巖體是安全的，但是沒有嚴格定量的理論依據。樁基底部溶洞頂板的安全厚度可以根據本文推薦的公式進行研究計算。⑥在巖溶地區采用摩擦樁有兩種情況:一種是復蓋層的摩擦阻力足以提供樁基的垂直承載力，樁基不進入溶解孔區，另一種是樁基進入溶解孔區，最終孔進入薄頂板或填充物時，計入復蓋層、溶解孔填充物和溶解孔巖體的摩擦阻力。前者和普通樁基的設計計算沒什么區別，但要注意保證樁基和洞之間的土層和巖體厚度的后者摩擦樁的計算應根據具體情況改變應用規范公式，設計難點是合理選擇洞區樁側土的極限摩擦阻力和樁基支撐力。

　　5 結語

　　在巖溶地區進行橋梁樁基設計，設計單位應充分重視前期地勘階段中對溶洞發育形狀，分布規律的探測，在兩階段施工圖設計中，嚴格按橋規進行樁基受力計算。樁底持力層標高的確定可結合本文所述的溶洞頂板安全厚度估算方法進行計算。施工期間，對復雜的樁基溶洞，駐工地設計服務人員還應多去現場查看樁基開挖情況，結合超前鉆，地質雷達等，及時對樁基長度進行跟蹤計算調整。

本項目后期靜載試驗證明，設計單位設計方案安全、經濟、合理。