浅析高速公路溶洞区桥梁桩基施工

崔海涛

1 工程地质情况

福建省永武高速公路(龙岩段)第A10合同段地处武平县境内，高速公路线位所经范围为岩溶发育区，特别是桥址范围内岩溶较为发育，溶洞数量多，空间分布极不规则，属强发育岩溶区。根据地勘资料显示，岩溶区内有些溶洞内有软塑状充填物，部分无充填物，地质条件较为复杂。

2 施工方案的确定及施工方法

根据工程实际地质情况及施工特点，对溶洞区的桩基施工通常采取冲钻成孔和人工挖孔两种施工方法。当有溶洞的桩基地层中无较厚的砂砾层或砂层，且地下水位较低、桩长较短时采用人工挖孔桩的方案比较适宜;当地下水位较高、涌水较大或地层中砂层、砂砾层较厚时，人工挖孔难以成孔且存在很大的安全隐患，需采用冲孔进行施工。根据本项目桥梁桩基的实际地质情况，经过详细的研究和对比，本项目的桩基采用冲钻成孔的方法进行施工。

2.1 冲孔施工

在冲孔施工前应详细掌握溶洞出现的位置，并推断其范围和大小，提前做好各项准备工作，如片石、粘土和钢护筒，相应的溶洞回填设备如装载机、挖掘机等要随时做好准备。溶洞区的桩基在冲孔施工时，一般要按先施工桩长较长的桩后施工短桩、先周边桩后中间桩以及溶洞较多的桩的顺序进行施工。

冲孔施工前首先进行场地的平整和清理，再进行准确的测量放样。钢护筒内径比相应的桩径大30 cm，分节卷制，单节高度2 m，埋设的深度根据不同地质情况分别确定，对埋深较浅的护筒，采用挖埋法，即先在桩位处挖出比护筒直径大80 cm～100 cm的圆坑，然后在坑底填筑50 cm左右厚的粘土，分层夯实，夯填时要防止护筒偏斜，护筒顶面至少应高出地面0.3 m，以防杂物、地面水落入或流入井孔内。泥浆可用膨润土拌制，也可采用性能良好的其他粘土拌制，制浆池、储浆池、沉淀池均设在钻机周围，并用循环胶管连接，以形成良好的泥浆循环系统。

钻机安装就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移或沉陷，具体工艺如下:

1)当钻至溶洞顶1 m左右时，首先准备足够的片石(直径小于30 cm)和粘土，对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源。其次在1 m～1.5 m范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。

2)根据钻孔的进尺情况，在击穿洞顶之前，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水。击穿洞顶后，在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当填充物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物(比例1∶1)，冲砸固壁;当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿过溶洞。

3)对于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有较厚的砂砾层时，为防止泥浆突然流失，造成孔壁坍塌，采取护筒跟进法施工。具体做法为:首先将φ1.5 m的钻头扩大至φ1.7 m，正常钻进至溶洞上方约1 m处，将钻头提起，用振动锤将内径1.5 m、壁厚6 mm的钢护筒砸至孔底，再将钻头直径改为1.5 m继续冲砸，直至击穿溶洞，然后回填粘土片石混合物(比例1∶1)，采用1 m～1.5 m的冲程将洞内冲砸密实，再转入正常钻进。

4)对小型或多层溶洞，为防止其不与相邻孔窜孔或成孔后孔形有葫芦状，必要时可灌注低标号混凝土进行填充，等具有一定的强度后再钻进。

5)钻孔达到设计标高并清孔后，对孔径、孔深、孔形、竖直高和孔底地质是否与设计相符合，孔底泥浆沉淀厚度等进行检查。

2.2 混凝土的灌注

溶洞区桩基的灌注要特别的谨慎和细心，施工时要选派责任心强的现场技术人员全程进行跟踪观察，在进行水下混凝土灌注时，要时刻检查导管的埋入深度，并时刻观察泥浆水面的变化。在灌注首盘混凝土时，要充分计算好首盘混凝土的方量，对于溶洞区的桩基，因扩孔系数较大，且受溶洞的影响，混凝土的灌注量比正常施工的桩基要大很多，因此，在首盘灌注混凝土时要准备好充足的混凝土，以确保导管的埋深。当灌注到溶洞位置时应保持较大的埋管深度，防止混凝土由于挤破护壁后突然下沉，造成断桩。同时在溶洞区桩基混凝土灌注过程中，当灌注到溶洞位置时会出现灌注混凝土后混凝土面无上升或混凝土面上升缓慢的现象，此时必须保证混凝土的连续供应和灌入，方能确保混凝土面的正常上升。溶洞区的桩基在灌注时混凝土的超灌量比较大，在施工过程中要特别注意和重视。

3 施工中注意事项和处理措施

1)钻头钻至溶洞顶时，为防止由于溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而出现斜孔，除采用抛填片石平衡钻头外，也可采用质量较大的钻头处理。2)溶洞处理时，速度稍微放慢一些或稍停一段时间，可促使片石和粘土的固结利于固壁。3)充填物的溶洞采用抛填物的方法处理是可行的，但为了避免发生缩孔，可采用大块片石。4)溶洞内泥浆浓度要大，根据现场实际的施工情况以及经验总结，溶洞桩基的泥浆应在不小于1.6时比较适宜。同时应根据不同土层采用不同的泥浆比重，必要时加入一定水泥，使其渗透入孔壁内凝固，加强孔壁的防护。5)因溶洞内为流塑状粘土，即使孔内不漏浆，为加大泥浆浓度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土1∶1的比例加入。6)当桩基地层中砂砾或砂层较厚时，若钢护筒的长度较短，很容易出现孔口坍塌现象，因此在施工时必须使钢护筒的长度加长伸至持力层，方能确保在施工过程中孔口不坍塌。7)因溶洞区为灰岩地区，岩溶发育，地质变化较大，在施工中会出现偏孔现象，偏孔时采用回填片石处理，片石的强度不低于岩石的强度，如果不行，就用C40混凝土回填，重新进行冲孔。8)在溶洞桩基施工过程中经常遇到斜岩现象，处理斜岩的方法一般采用回填片石进行处理，但若斜岩角度较大时，回填处理基本上无多大效果，此时建议采用水下爆破的方式进行处理，爆破后再继续进行冲孔。经过实践证明，斜岩水下爆破取得了良好的效果。9)卡钻的预防措施:因大部分溶洞为半填充或无填充状态，为防止卡钻，在接近溶洞处必须先加片石，采取小冲程进尺，在进入溶洞后同样加片石粘土进尺，直至完全穿过该溶洞。10)发生坍孔现象，孔内较严重的坍孔是可以觉察到的，表现为孔内液面有气泡上冒，泥浆浓度变稠或液面下降等。孔内坍塌的原因是: a.泥浆比重不够，未形成可靠护壁;b.孔内水头高度不够或孔内出现了承压水，降低了静水压力差;c.钻头或取渣筒等撞击孔壁，破坏了护壁泥皮。

处理方法:坍孔不严重时可加大泥浆比重，提高孔内水头高度继续冲钻，严重时则回填后重新冲钻。

4 施工中的质量控制

1)为保证钻机不因坍孔、扩孔、漏浆等因素而倾斜，钻机纵横向支撑应加长，超出预计的坍孔范围，一般采用型钢或钢管。

2)采用逐桩钻探的方法，充分发现溶洞的发育情况，做到心中有数。

3)泥浆必须采用膨润土或粘土，容重达1.2 g/cm3以上，减少孔壁内外的压力差，有效护壁，防止坍孔。另外为防止泥浆沉淀，宜在泥浆中掺入0.1%～0.4%的纯碱。

4)采用间断式循环排渣。一方面保证孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞可随时封堵;另一方面可保证泥浆浓度，防止坍孔。

5)溶洞顶板的击穿采用小冲程，一般80 cm以下，溶洞内进尺采用轻压钻进，每进尺2.0 m回填2.0 m，循环至桩底，使孔壁充分挤压密实，防止扩孔。

6)钻进过程中发现漏浆时，应迅速提锤，操作手离开钻机，避免安全事故的发生，同时采用多个大泥浆泵补浆，并用装载机投入事先准备好的粘土包、水泥包、片石强行堵漏，防止坍孔，直至泥浆面稳定为止。

7)钢筋笼的就位及混凝土的灌注要迅速、及时。清孔及混凝土的灌注最好安排在白天进行。灌注混凝土时，应派专人观察混凝土面上升情况和出浆量的变化。混凝土上升高度和出浆量与混凝土的灌入量成正比，若有异常，应分析原因并采取相应对策。

8)当处理漏浆时或到达溶洞位置但不漏浆，要向孔内抛填片石及粘土进行固壁，小冲程反复冲砸，使抛填片石充分挤入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量过大，保证成桩质量。

5 结语

通过永武高速A10合同段溶洞区桩基的成功处理实践，不断总结了经验教训，优化了施工方案，大大降低了溶洞区桩基的施工难度，加快了施工的进度，缩短了工期。为溶洞区桥梁桩基的施工积累了一定的成功经验，并取得了一定的经济效益和社会效益。

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［2］ 曾国熙.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1996.

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