巖溶地區(qū)基礎(chǔ)型式新技術(shù)探討論文
摘要：文章簡要介紹適合巖溶地區(qū)的一種基礎(chǔ)新型式——螺旋樁，并在理想狀態(tài)下對螺旋樁進(jìn)行簡單分析、探討。
關(guān)鍵詞：巖溶;螺旋樁;單樁承載力;水平承載力
在多種地質(zhì)作用下，巖溶地區(qū)侵蝕及堆積地貌的形態(tài)特征有溶蝕、落水洞(Inghiottitoio)、溶洞(Karst cave)等，經(jīng)過漫長的地質(zhì)時代，形成巖溶盆地、峰林、石鐘乳等。由于特殊地貌形態(tài)，在工程建設(shè)領(lǐng)域，巖溶被定義為一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，被列為特殊路段、困難路段。技術(shù)人員對此重視程度高，工作力度、強(qiáng)度加大，技術(shù)分析深度、處理加深，投資增多，巖溶區(qū)對工程建筑的危害也是比較大的。對交通安全產(chǎn)生不利影響，給社會造成人身及財產(chǎn)損失。
一、巖溶區(qū)的地基基礎(chǔ)型式新技術(shù)探討
在巖土工程勘察中，盡管巖溶作為一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，但是，巖溶區(qū)構(gòu)筑物卻沒有選擇更新、更先進(jìn)的地基基礎(chǔ)型式，還是通常慣用的摩擦樁、嵌巖樁、墩基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻等。以往的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式缺點(diǎn)多：復(fù)雜，笨重，施工難度大，代價高，不美觀等。而且，很大程度上，設(shè)計變更造成工程勘察與基礎(chǔ)設(shè)計不能很好地同步。對于浩大的工程，產(chǎn)生的影響是很大的。
由此，特提出適應(yīng)巖溶地區(qū)的一種新型地基基礎(chǔ)型式——螺旋樁。螺旋樁的工作原理是“螺絲釘”原理。螺旋樁是一種螺旋式進(jìn)人土體、巖體的樁基礎(chǔ)。它是通過土與樁的樁側(cè)阻力、土與樁的樁間阻力及樁端阻力來承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載。詳見螺旋樁及結(jié)構(gòu)要素示意。
螺旋樁主要有三部分要素組成，樁帽、樁軸心、螺紋。螺旋樁的優(yōu)點(diǎn)很多，它通過螺旋式進(jìn)入土體、巖體，進(jìn)入過程中，壓實(shí)、緊密樁周圍土體、巖體，增大周圍土體、巖體與樁側(cè)接觸面積，縮小樁周土體、巖體的孔隙、空隙，擴(kuò)大周圍土體、巖體與樁側(cè)產(chǎn)生的阻力，減小樁端阻力。由此可見，巖溶區(qū)的溶洞對樁影響小，溶洞塌陷或者樁端沒能在基巖問題也不大。意思就說，減小了樁最下端對完整基巖及基巖達(dá)到完整程度厚度的依賴性。除此，螺旋樁的樁長要比正常的短，美觀，簡單，輕便，代價低等。一旦應(yīng)用，相信應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，備受歡迎。
螺旋樁的缺點(diǎn)不容忽視。首先，本技術(shù)缺少理論數(shù)據(jù)、實(shí)際模擬。樁螺旋進(jìn)入土體后，對土體、巖體造成破壞，發(fā)生變形，需要對周圍巖、土體內(nèi)部顆粒對樁體、樁身受力情況需進(jìn)一步分析。另外，螺旋樁對施工機(jī)械、樁的材料及樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高要求。螺旋樁的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計需要能夠使樁很好地螺旋進(jìn)入，而且螺旋進(jìn)入后，能夠很好的與巖、土發(fā)生受力作用。需要進(jìn)一步研究。
巖溶區(qū)的地基基礎(chǔ)型式新技術(shù)——螺旋樁，認(rèn)識還不夠成熟。現(xiàn)在只對簡單狀態(tài)、理想狀態(tài)下的螺旋樁進(jìn)行分析、探討。
(一)施工方法
螺旋樁的施工方法可以有兩種。一是混凝土預(yù)制樁。混凝土預(yù)制樁是將樁在現(xiàn)場或工廠預(yù)制好，然后用機(jī)械將其螺旋把樁送人土中就位;二是通過螺旋鉆先把孔鉆好，然后將螺旋樁旋人土中就位。
(二)單樁承載力
1.豎向載荷下單樁的工作性能。對單樁工作性能的研究是單樁承載力理論分析的基礎(chǔ)，通過樁土相互作用分析，了解樁土間的載荷傳遞途徑和單樁承載力的構(gòu)成及其發(fā)展過程，以及單樁的破壞機(jī)理等，對正確評價單樁軸向承載力設(shè)計值具有指導(dǎo)意義。
2.樁的荷載傳遞。在螺旋樁頂軸向荷載作用下，樁身將發(fā)生彈性壓縮，瞬時樁頂荷載通過樁身傳遞到樁底，致使樁底土層也發(fā)生壓縮變形，這兩者之和構(gòu)成樁頂軸向位移。由于樁與樁軸土體緊密接觸，當(dāng)樁相對于土向下位移時，將產(chǎn)生土對樁向上作用的樁側(cè)摩阻力及螺旋間土對螺紋產(chǎn)生樁間支撐力。在樁頂荷載沿樁身向下傳遞的過程中，必須不斷克服這種摩阻力及支撐力，故樁身截面軸向力隨深度逐漸減小，傳至樁底截面的軸向力為樁頂荷載減去全部樁側(cè)摩阻力及螺旋間土對螺紋產(chǎn)生樁間支撐力。它與樁端阻力大小相等、方向相反。樁通過樁側(cè)摩阻力、樁間支撐力、樁端阻力將荷載傳遞給土體。或者說，土對樁的支撐力由樁側(cè)摩阻力、樁間支撐力及樁端阻力三部分組成。
豎直單樁在樁頂軸向力No-Q作用下，樁身任一深度z處橫截面上所引起的軸力Nz將使該截面向下位移82，樁端下沉8 1，導(dǎo)致樁身側(cè)面與樁周土之間相對滑移，其大小制約著土對樁側(cè)向上作用的摩阻力TZ的發(fā)揮作用。有深度z處樁端微元dz上力的平衡條件：
N;一下。卜Lpdz -：+d NJ - qrrr2=0
可得樁側(cè)摩阻力72與樁身軸力Nz、樁間阻力q之間的關(guān)系
為：
下：= - 1/LL,[dN：/dz+qrr(r-r1)2/dz]
式中f：也就是樁側(cè)單位面積上的荷載傳遞量，斗，為樁軸心的半徑r.。樁側(cè)總阻力Q。+樁間總阻力Qq+樁端阻力Qp =Q。由于樁身截面位移8：應(yīng)為樁頂位移80=s與z深度范圍內(nèi)的樁身壓縮量之差，所以：盯;=s - l/AvE，o'N：d：
式中Ap Ep為樁身橫截面面積和彈性模量，若取z=l，則上式變?yōu)闃抖宋灰票磉_(dá)式。
3.單樁的破壞模式。螺旋樁在軸向荷載作用下，其破壞模式主要取決于樁周土的抗剪強(qiáng)度、樁端支撐情況、樁尺寸及樁的類型等條件。有以下幾種破壞模式：屈曲破壞、整體剪切破壞、刺入破壞及扭斷破壞。
(三)螺旋樁的水平承載力
在水平荷載和彎矩的作用下，樁身撓曲變形，并積壓樁側(cè)土體，土體則對樁側(cè)產(chǎn)生水平抗力，其大小和分布與樁的變形、人土深度以及圖紙條件等因素有關(guān)。在破壞以前，樁身的水平位移與土的變形是協(xié)調(diào)的，相應(yīng)的.樁身產(chǎn)生內(nèi)力。隨著位移和內(nèi)力的增大，對于低配筋率的灌注樁而言，通常樁身首先出現(xiàn)裂縫，然后斷裂破壞;對于抗彎性能好的混凝土預(yù)制樁，樁身雖未斷裂，但樁側(cè)土體明顯開裂和隆起，樁的水平位移將超出建筑物容許變形值，使樁處于破壞狀態(tài)。
影響螺旋樁水平承載力的因素很多，如樁的斷面尺寸、剛度、材料強(qiáng)度、人士深度、間距、樁頂嵌固程度以及土質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)的水平位移容許值等。實(shí)踐證明，樁的水平承載力遠(yuǎn)低于豎向承載力。
確定單樁水平承載力的方法很多，比如：單樁的水平荷載試驗(yàn)、水平荷樁的理論分析等。
二、結(jié)語
巖溶是經(jīng)過多種地質(zhì)作用下，在漫長的地質(zhì)年代下，形成的一種特殊產(chǎn)物，是一種不良地質(zhì)現(xiàn)象。為此，在現(xiàn)今21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時代，工程建設(shè)行業(yè)、領(lǐng)域也面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。所以，針對巖溶地區(qū)的溶洞穩(wěn)定性、工程地質(zhì)特征等提出更高要求，對巖溶區(qū)的地基基礎(chǔ)型式面臨重大改革、創(chuàng)新。上述談?wù)摰恼擃}還有待于進(jìn)一步討論，另外，提及到的螺旋樁，有很大的創(chuàng)作空間，有待于深一步研究。一旦應(yīng)用，相信應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，倍受歡迎。
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[3]王秀麗主編：基礎(chǔ)工程[M].重慶大學(xué)出版社，2001.
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