喀斯特地貌是指具有溶蚀力的水对石灰岩等可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。湘西土家族苗族自治州属于云贵高原东侧的武陵山区，以喀斯特地貌分布广，面积大。如何进行溶洞区地质勘探，确定桩底持力层的高度，如何制定优秀的基础设计方案是桥梁设计者必须重视的问题。

、1、工程概述

、杭瑞高速公路湖南省凤大段是国家规划高速公路网中18条东西横线中的第12条，是湖南省高速公路网规划中五纵七横中的第一横。本项目王家寨1号桥，中心桩号K1+780.0(左宽)，结构尺寸8×30+10×40m，预应力混凝土连续t梁，先简单后连续，尽量避开溶解孔，左右宽度独立设置，单桥宽度11m。下部结构采用柱式、矩形中空脚、桥采用柱式、u型桥。挖孔灌注桩基，桩径1.5m～2.2m，全桥共设计桩基108根，设计最大桩长46m。

桥的位置地形地质条件复杂，处于硬碳酸盐岩工程地质亚区，含碳酸盐岩溶解水，部分地质勘探钻孔显示有多层溶解孔。整座桥的地质复盖层从上到下:①第四系残坡上堆积碎石，粉质粘土，坡顶植被茂密的粉质粘土灰黄色，灰黑色，稍湿，硬塑料，主要由粘粒构成，局部含碎石。层厚0.5~1.9m，地面调查机构推荐承载力=[fa0]=180Kpa，极限摩阻力[qik]=35Kpa。②寒武系中系奥溪组泥灰岩、灰岩、局部基岩暴露。中风化灰岩，灰色，灰白色，主要矿物成分为方解石，隐结晶质结构，薄中厚层结构，节理裂缝发育，岩芯破碎，呈碎块状，呈少量短柱状，在整个桥址区大量分布。最大层厚度为30.6m。推荐承载力=[fa0]=1000Kpa，极限摩阻[qik]=300Kpa。本区洞穴最多层数达8层，一般为3-7层，最大洞穴高度为12.5m。

2岩溶解区地质勘探的要求和特点

对于岩溶解区桥梁桩基地质勘探，溶解孔的发育状况，如大小、填充物、顶板厚度等影响设计的深度和工程整体成本，因此该项目在地面勘探初期提出了明确的要求:一般应用于桩基地溶解孔的发育时，必须对桩基地溶解孔的发育大，如本桥的8-1#桩基地溶解孔的发育高达12.5m，桩基地面向4-5m

关于3、岩溶区桩基础设计理论的研究

、岩石溶解地区端承嵌岩桩设计，一般应尽量考虑通过岩石溶解发育带，选择溶解孔下部弱风化基岩作为桩端部的支撑层。但如本桥9-1#桩基，地勘钻孔总深度在60m范围内桩基多次穿越多层溶解孔，正确估算桩端溶解孔顶板的安全厚度是岩溶解地区多层溶解孔桩基设计的核心问题。

3.2根据控制弯矩估计，溶解孔顶板的岩层比较完整，强度高，孔跨度大时，弯矩是主要控制条件，梁板受力时，公式如下:H=[6Mq*[σ]0.5

m为弯矩的q为溶解孔顶板

根据顶板岩石的完整性，分别根据以下3种情况计算。

手臂①溶洞顶板周围有裂缝，桩基底部(即溶洞顶板跨中)完整时，用简单的支梁计算:M=ql2/8+pl/4。②溶解孔顶板周围完整，桩基底部有裂缝时，按悬臂梁计算:M=ql2/2+pl。③当溶洞顶板均比较完整时，按固端梁计算：M=ql2/12+0.7pl/4。式中：P为桩尖对溶洞顶板的集中力（KN）；根据以上两种力学模式计算，王家寨1号桥多层溶洞桩端持力层厚度，分两种情况考虑：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，考虑安全一定的安全系数后，决定采用4-5m的弱风化灰岩完整顶板，作为桩基终孔最小控制溶洞顶板厚度。

　　4 岩溶区桩基础设计注意事项

　　①岩溶地区的岩石裂隙发育，含有丰富的碳酸盐类水，桩基础施工可能会出现深水，漏浆，桩底部浮渣土难以清楚干净，所以在设计阶段，对于桩基底部为强风化类岩层，十分松散又夹杂以大量粘性土的，一般不计桩尖抗力的作用，以策安全。②对于单个尺寸较大的溶洞或多层溶洞基本连通，溶洞的横向直径大于3倍桩基直径的，采用片石或素混凝土回填用量大，且难以填充密实，设计单位应在图纸中增加钢护筒数量，以替代传统的低标号混凝土护壁。③按桥规相关规定计算单桩承载力时，不应考虑多层溶洞对桩基侧面的摩阻力作用，仅将这种摩阻力视为安全储备。因为这种多层岩溶层与桩侧面的摩阻力作用，有区别于一般的较完整土体与桩侧之间的摩阻关系。特别是，当多层溶洞层与桩基侧面之间粘结成一体，桩身所受的轴向荷载如何分配给单一岩层，难以计算，很可能在某一岩溶层与桩身粘结处，因受集中力而出现摩阻破坏，进而影响整个桩基础的受力情况。因此，通常不考虑多层岩溶解层对桩基侧面的摩擦阻力作用，在灌注桩的施工过程中，应采取相应的措施(如麻布或油毡作为中间层)，将多层溶解层与桩基侧壁之间隔开，桩基承受的轴向负荷全部作用于桩基底部的弱风化硬岩层④设计部门在桥图说明中，招标清单中，桩基施工技术应优先人工挖孔灌注桩。人工挖孔的工人可以随时观察桩基内的岩石风化程度、地下水、洞穴发育等情况，对岩石溶解和桩基持力层的判断直观，随时可以采取补救措施。人工挖孔可根据持力层需要调整扩大桩头直径，充分利用桩身混凝土强度，经济性好。由于特殊原因，如地下水旺盛或薄弱复盖层过厚，不能采用人工钻孔时，考虑采用正循环冲击钻孔法。多例证明正循环冲击钻孔方法容易保证墙壁质量和处理洞穴，有效抑制混凝土浇筑数量的扩大。⑤根据基础设计理论，桩基常用的有摩擦桩、端承桩两种形式。端承桩和嵌岩性端承桩安全性高，抗震性好，是优先的桩基类型。复盖土层的摩阻力不足以提供桩基的纵向承载力，或者不能满足沉降要求时，必须采用终端承载桩或嵌岩性终端承载桩，桩基的承载力可以按规范公式计算，这种桩基的设计难点是如何确定桩基岩层的厚度，以前很多设计部门认为桩基有连续3倍桩径的完全弱风化，中风化岩体是安全的，但是没有严格定量的理论依据。桩基底部溶洞顶板的安全厚度可以根据本文推荐的公式进行研究计算。⑥在岩溶地区采用摩擦桩有两种情况:一种是复盖层的摩擦阻力足以提供桩基的垂直承载力，桩基不进入溶解孔区，另一种是桩基进入溶解孔区，最终孔进入薄顶板或填充物时，计入复盖层、溶解孔填充物和溶解孔岩体的摩擦阻力。前者和普通桩基的设计计算没什么区别，但要注意保证桩基和洞之间的土层和岩体厚度的后者摩擦桩的计算应根据具体情况改变应用规范公式，设计难点是合理选择洞区桩侧土的极限摩擦阻力和桩基支撑力。

　　5 结语

　　在岩溶地区进行桥梁桩基设计，设计单位应充分重视前期地勘阶段中对溶洞发育形状，分布规律的探测，在两阶段施工图设计中，严格按桥规进行桩基受力计算。桩底持力层标高的确定可结合本文所述的溶洞顶板安全厚度估算方法进行计算。施工期间，对复杂的桩基溶洞，驻工地设计服务人员还应多去现场查看桩基开挖情况，结合超前钻，地质雷达等，及时对桩基长度进行跟踪计算调整。

本项目后期静载试验证明，设计单位设计方案安全、经济、合理。