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1、巖溶發育區橋梁樁基設計與施工巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究關鍵技術研究近年來我國的交通基礎設施建設的加速，公路等級逐步提高。為滿足高等級公路線形標準的要求，大型橋梁工程、隧道等構造物在巖溶地區大量興建，由于巖溶地區的地質情況復雜多變，樁基礎因其獨特的特點在巖溶區被廣泛使用，但隨著樁基在巖溶地區的大量使用，從工程地質勘察、設計到施工過程中，都存在尚未解決的技術問題，甚至造成各種工程事故，給建筑物產生不安全因素。一、研究的目的及意義：一、研究的目的及意義：巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究技術難點巖體內溶洞發育，巖溶地下水向基坑及樁孔內大量涌2、水突泥，造成場地及周圍地面塌陷巖溶地區地質條件復雜，勘察技術要求高設計過于保守，造成工程造價的巨大浪費樁基施工過程中的常見問題，如坍孔、漏漿、漏混凝土、孤石處理以及地面塌陷等一、研究的目的及意義：一、研究的目的及意義：巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究溶洞引起的地面塌陷溶洞塌陷引起的房屋開裂溶洞塌陷引起的地面開裂一、研究的目的及意義：一、研究的目的及意義：巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究溶洞塌陷引起的樁基折斷樁基施工時漏漿出現部分護壁垮塌樁基施工時發生塌孔溶洞塌陷引起的樁基偏斜結合前期實體工程調研和國3、內外研究現狀，現有巖溶發育區橋梁樁基礎的研究大多是針對具體工程所遇到的巖溶引起的工程事故及其處治措施和溶洞對橋梁樁基承載特性的影響，現行研究沒有形成系統的一整套結合理論、勘探、設計和施工的巖溶區橋梁樁基礎體系以指導生產。因此，對巖溶地區橋梁樁基承載特性進行系統研究顯得十分必要，其經濟效益和社會效益顯著。一、研究的目的及意義：一、研究的目的及意義：巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究 研究成果將對巖溶地區橋梁樁基的設計與施工具有重要的理論指導意義和工程實用價值 亦為補充和完善現行橋梁地基基礎設計施工規范奠定基礎。二、研究內容與方法二、研究內容與方法巖溶4、發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究樁基承載能力確定方法研究內容橋梁樁基設計方法施工及質量控制技術監控技術不控制指標1.目前巖溶樁基承載力的確定方法及其丌足2.樁基承載力力學模型3.樁基豎向承載力計算方法1.樁基嵌巖樁嵌巖深度的確定2.溶洞頂板厚度確定方法3.橋梁樁基承載力的確定4.橋梁樁基沉降驗算1.溶洞勘探技術2.溶洞處治技術3.樁基礎施工工藝4.施工質量控制技術1.監測內容及技術2.評價控制標準研究3.典型示范工程巖溶發育區二、研究內容與方法二、研究內容與方法巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究研究方法：5、本項目采用工程調研、理論分析、數值模擬、室內模型試驗和現場試驗的方法，對巖溶地區橋梁樁基承載特性、溶洞頂板力學特性、橋梁樁基設計不施工技術及監控技術進行較系統的研究分析。基于巖溶區橋梁樁基礎研究結果，結合橋梁基礎的實際受力情況，建立樁基-溶洞共同作用模型，確定巖溶區橋梁基礎工程的設計參數，施工質量控制指標、監控技術及其控制指標等。結合實體工程武漢北四環項目蓮花湖特大橋研究方法工程調研、理論分析、數值模擬、現場試驗三、關鍵技術三、關鍵技術巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究關鍵技術橋梁樁基不溶洞相互作用模型的建立溶洞分布特征、規模大小的勘探技術巖溶發育6、區橋梁樁基礎施工工藝及質量控制指標巖溶發育區橋梁樁基礎選型巖溶發育區橋梁樁基礎設計方法及參數選取四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究1、運用樁基平衡檢測方法驗證巖溶區超長樁基施工工藝自平衡測試法是利用試樁自身反力平衡的原則，在樁端附近或樁身某截面處預先埋設單層（或多層）荷載箱，加載時荷載箱以下將產生端阻和向上的側阻以抵抗向下的位移，同時荷載箱以上將產生向下的側阻以抵抗向上的位移，上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達到試樁自身反力平衡加載的目的。試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力的增加，荷載箱伸長，上下樁段產生彈7、（塑）性變形，從而促使樁側和樁端阻力逐步發揮。荷載箱施加的壓力可通過預先標定的油泵壓力表測得，荷載箱頂底板的位移可通過預先設置的位移棒或位移絲，用位移傳感器測得。由此可測得上下樁段兩條QS曲線及相應的Slgt曲線，采用合理的測試數據等效轉換方法和承載力確定方法，即可確定基樁的極限承載力、樁側、樁端阻力分擔情況等。四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究荷載箱自平衡加載受力示意及試驗典型曲線自平衡加載受力示意及試驗典型曲線1、運用樁基平衡檢測方法驗證巖溶區超長樁基施工工藝四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計8、與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究試樁采用單層荷載箱，荷載箱直徑與鋼筋籠外徑基本相同，高約50cm，行程120mm；高壓泵最大加壓值為 50MPa，加壓精度為每小格 0.5MPa，其壓力表亦由計量部門標定。1、運用樁基平衡檢測方法驗證巖溶區超長樁基施工工藝四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究每樁采用6只量程 50mm（可調）的位移傳感器，通過磁性表座固定在基準鋼梁上，2只用于測量樁身荷載箱處的向上位移，2只用于測量樁身荷載箱處的向下位移，2只用于量測樁頂向上位移。使用基樁靜荷載測試系統，該系統可9、自動采集自動讀數、自動記錄，且采集精度高，能夠滿足自平衡加載測試的要求。1、運用樁基平衡檢測方法驗證巖溶區超長樁基施工工藝四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究經驗證，試樁樁基承載力達到設計數值，巖溶區超長樁基施工工藝滿足要求。試驗完成后，通過聲測管壓入水灰比約為0.60.5，并摻入7%的膨脹劑和1%的減水劑，水泥標號為42.5的水泥漿。荷載箱的埋設位置處于反彎點以下，對水平承載力沒有影響；試驗后樁周土層的承載力會隨時間恢復，荷載箱的空隙可通過使用稍大于樁身強度的漿液來填充。另外，在荷載箱處形成擴大頭，提高了該處的承載力10、?？傊?，壓漿處理后不會影響基樁的豎向和水平承載力，可正常用于實體工程。1、運用樁基平衡檢測方法驗證巖溶區超長樁基施工工藝四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究2、研究了豎向荷載下橋梁樁基承載特性：（1）巖溶地區大直徑樁所受豎向荷載由樁端阻力樁端阻力與樁側阻力樁側阻力共同承擔共同承擔。當樁徑大于等于樁徑大于等于1.5m時，樁側阻力占樁基豎向承載力的70%以上，樁徑越大樁側阻力所占比重越大；（2）樁長、樁徑的變化對樁基承載能力的影響較大，增大樁長、樁徑是提高樁基極限承載力的直接有效手段，但樁徑樁徑對樁基極限承載力的影響大于樁11、長大于樁長對其的影響。當樁長超過60m時，增加樁長對極限承載力的貢獻逐漸減小，建議設計時優先選擇通過增加樁徑增加樁徑來提高承載力，并且樁長不超過60m；（3）當溶洞洞高洞高、洞跨洞跨增大時，樁基礎的承載力明顯降低明顯降低，且隨著溶洞洞高、洞跨的增大，承載能力減幅逐漸逐漸增大增大，在設計時盡量避免樁從洞高超過14 m或洞跨大于10 m的溶洞地區穿過，或者對較大溶洞進行相應處理，另在溶洞地區樁基礎施工過程中，應探明地下情況，盡量避免單樁從溶洞洞高較高點穿過，以保證上部結構的安全；四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究（4）洞12、高對承載力的影響約為洞跨的4倍。但較大的洞跨會導致頂板塌陷，所以實際工程中洞跨也會造成很大的影響，應采取頂板加固等措施；（5）對于大直徑樁基來說，在樁長、樁徑、樁側溶洞尺寸一樣的情況下，樁基承載力隨樁-洞水平距離的增加逐漸增大。當樁-洞水平距離大于等于4倍樁徑時，樁基承載力可達到樁周無溶洞時樁基承載力的90%以上。說明樁基溶洞間水平距離超過4倍樁徑時，溶洞對樁基豎向承載力影響較小；2、研究了豎向荷載下橋梁樁基承載特性：四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究3、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工技術及質量控制指標1.勘探技術比選13、2.溶洞分類及處治措施3.示范工程蓮花湖特大橋勘探技術及處治技術示范工程蓮花湖特大橋施工工藝1.樁基成孔質量控制技術2.成樁質量控制技術巖溶發育區橋梁樁基施工技術及質量控制指標溶洞勘探及處治技術樁基施工工藝施工質量控制四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究3、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工技術及質量控制指標（1）在總結巖溶發育區工程地質特點的基礎上，對比分析了各種地質勘察技術的優缺點，具體工程地質勘察時應結合不同勘察技術以期盡可能完整的揭示地下溶洞的分布狀況，在巖溶發育區進行工程地質勘察應遵循“從面到點，從地表到地下，先疏14、后密”的原則；（2）在對溶洞進行處理時應結合溶洞位置、尺寸及填充狀態等因素采用不同的處理措施，在預處理時，針對小型溶洞、一般溶洞、大型溶洞可采取注水泥漿措施；在鉆孔過程中，針對小型溶洞、一般溶洞和大型溶洞可采用拋填片石和粘土進行回填并反復沖砸；對于大型、特大型溶洞采用鋼護筒跟進施工的方法；（3）結合武漢市北四環蓮花湖特大橋樁基礎工程實際，從場地平整、測量放樣、護筒安裝及樁機就位、泥漿的制備、鉆進成孔、清孔、鋼筋籠的制作與安裝等方面詳細提出了適于巖溶發育區橋梁樁基礎工程施工的施工工藝及樁基礎施工質量控制措施。四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁15、基設計與施工關鍵技術研究3、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工技術及質量控制指標在巖溶發育區的勘察中，由于其地質條件通常非常復雜，故必須采用各種勘察手段相結合的方式以期獲得與實際相符合的資料。巖溶發育區工程地質勘察方法比較巖溶發育區工程地質勘察方法比較四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究3、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工技術及質量控制指標四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究蓮花湖特大橋蓮花湖特大橋沖沖擊鉆擊鉆（巖溶地段）（巖溶地段）樁基施工工藝流樁基施16、工工藝流程圖程圖施工準備施工準備平整場地平整場地樁位放樣樁位放樣埋設護筒埋設護筒鉆機就位鉆機就位鉆進鉆進復測合格復測合格地質情況審核地質情況審核清孔清孔檢查成孔質量下鋼筋籠下鋼筋籠下導管下導管合格檢查沉渣厚度檢查沉渣厚度水下灌注砼水下灌注砼拔除護筒拔除護筒成樁質量檢驗成樁質量檢驗下道工序下道工序安裝導管安裝導管拼裝導管檢查拼裝導管檢查檢查砼質量及砼面標高制作檢查試件檢查砼質量及砼面標高制作檢查試件砼制備運輸砼制備運輸孔內注泥漿孔內注泥漿泥漿沉淀泥漿沉淀泥漿備料泥漿備料泥漿池泥漿池指標檢測四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術17、研究4、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工監控技術不監測評價控制標準監控技術及評價指標監控內容及方法監控控制指標示范工程四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究4、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工監控技術不監測評價控制標準監控內容地表沉降地表主要控制點沉降地下水位通過測定水位管內水位變化，幵結合深層水平位移監測數據，分析樁基施工對地下水力平衡的影響建筑結構沉降建筑物包括沿線民用房屋、圍墻，已建成墩柱等，公用設施包括電敢、水塔等。監測范圍以施工樁位處50m范圍內的建筑物為主四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關18、鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究4、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工監控技術不監測評價控制標準4.1、地表沉降控制標準地表沉降控制標準則參照建筑變形測量規范(JGJ8-2007)，初步確定其允許變形值。對于鄰近樁基施工區域的構筑物物，根據構筑物的結構形式，結合建筑物重要等級進行確定。4.2、地下水位監測評價控制標準地下水位監測預警值地下水位監測預警值四、主要研究成果四、主要研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究4、提出了巖溶發育區橋梁樁基施工監控技術不監測評價控制標準4.3、建筑物監測評價控制標準建筑物地基變形允許值建筑物地基變形19、允許值五、查新結論五、查新結論巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究綜合分析檢索到的國內外相關文獻，不項目的查新點進行對比分析，得出以下結論:：檢索到的國內文獻主要研究內容是：巖溶區嵌巖樁的承載特性及設計方法，巖溶頂板的破壞模式及頂板安全厚度，巖溶區橋梁樁基施工及處理技術，巖溶區橋梁樁基的沉降變形及穩定性等方面；國外主要是利用數值模擬研究了溶洞的規模對樁基承載力及變形的影響。在檢索到的國內外文獻中除了該課題組成員發表的文章外，未見與查新點內容相同的文獻報道。六、研究成果六、研究成果巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵20、技術研究七、經濟及社會效益七、經濟及社會效益巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究1、經濟效益根據湖北省高速公路建設“十三五”規劃，計劃完成投資7000億元，其中公路不鐵路建設占40%以上。結合湖北省高速公路橋梁實際地形地貌情況，巖溶分布廣泛，如采用課題研究提出的巖溶發育區橋梁樁基設計不施工關鍵技術，每年節約工程費用平均可逾數千萬元。若課題研究成果在湖北省公路不鐵路橋梁建設中廣泛應用，則僅樁基工程節約費用將丌可估量。2、社會效益本課題研究了巖溶發育區橋梁樁基設計及施工技術，研究成果可以運用到不依托工程類似巖溶區橋梁樁基施工中，同時可以在鐵路、水壩等巖溶21、發育區工程推廣，工程適用范圍較廣，社會效益顯著。課題研究解決了目前國內外相應規范尚未對巖溶發育區橋梁樁基礎處治、施工及監控技術形成完整的巖溶處治措施的理論研究體系的問題，研究成果可對現行技術規范、規程中的設計理論與施工技術的補充和完善。此外，通過本項目的研究，培養了一批設計、科研、施工、養護等與業人才，提升了各個參不巖溶發育區橋梁樁基礎處治、施工及監控技術的單位的核心競爭力，產生了巨大的社會效益。七、經濟及社會效益七、經濟及社會效益巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究3.技術效益本課題基于理論分析、模型試驗及數值仿真試驗分析結果，綜合巖溶發育區溶洞分布特性，橋梁樁基應力分布特性、樁基破壞模式、樁基安全和正常使用的功能要求的等因素，建立了巖溶發育區橋梁樁基巖土溶洞相互作用模型，指出了丌同截面形式下巖溶樁基的嵌巖深度的確定方法，提出了丌同力學模型下巖溶樁基礎極限承載力的計算公式及其計算參數，完善了發育區橋梁樁基的設計方法。巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究巖溶發育區橋梁樁基設計與施工關鍵技術研究