吉莲高速公路岩溶区田村溶江大桥桩基施工

魏建华 谢 群

1 工程概况

吉莲高速公路起于吉安市泰和县石山附近——大广高速公路吉安至赣州段K128+600处，与泉南线石城至吉安段高速公路终点相接，沿线途经泰和县石山、吉安县永阳镇、敖城镇、天河镇、永新县高桥镇、杨桥镇、澧田镇、龙门乡及莲花县三板桥、升坊镇、神泉乡，在神泉乡的坪里与规划的萍乡至莲花高速公路相交后，终止于赣湘两省交界处的界化垄。本项目路线全长106.464 km。

田村溶江大桥位于吉莲高速B2标，是为跨禾水河支流溶江而修建的一座大桥，中心桩号为K63+549，全桥6跨30 m，桥梁全长为186 m。上部构造:预应力混凝土小箱梁，采用预制安装方式进行施工。下部构造:1号～5号桥墩采用柱式墩，桥台采用肋式台，桥墩及其桥台基础均采用钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩共36根，桩径均为1.6 m。桩长一般20 m～30 m，最长33 m，设计要求桩底嵌入微风化灰岩1.0 m～3.0 m，其持力层厚度至少要5 m以上，大部分为嵌岩桩设计，其中位于溶洞的桩基多达31根，占86.1%。

2 地质条件

①粉质粘土:褐黄色，稍湿，可塑～硬塑，组分以粉粒、粘粒为主，表层含少量植物根系。该层除ZK31，ZK32外，其余孔均有揭露，揭露层厚1.00 m～4.00 m。根据野外原位测试及土工试验结构提供:

②卵石土:褐黄色，稍湿～饱和，稍密～中密，卵石主要成分为石英、砂岩、灰岩等，粒径13 cm～23 cm之间，大者有25 cm，含量约53%～60%，呈亚圆状，磨圆度较好，中粗砂充填，冲洪积成因。该层在钻孔中均有揭露，揭露层厚0.60 m～17.70 m。根据野外原位测试及土工试验结构提供:

白垩系上统南雄组下部灰岩(K2n1):

③溶洞:黄褐色，砂砾土或粉质粘土夹灰岩碎块或卵石土充填，该层在钻孔中均有揭露，揭露层厚0.10 m～17.20 m。

④全风化灰岩:灰黑色，岩石风化剧烈，原岩结构已被破坏，基本风化呈土状。该层仅在ZK5，ZK6中揭露，揭露层厚1.00 m～4.60 m。根据野外原位测试及土工试验结构提供:

⑤中风化灰岩:灰色、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩石中溶蚀裂隙很发育，方解石脉充填，裂面铁泥质物渲染，岩质较硬，锤击声清脆，所见岩芯呈柱状、短柱状，少量块状，节长10 cm～60 cm，该层在桥位区均有揭露，揭露层厚0.10 m～17.90 m。根据野外钻进及取样试验结果提供:

其中，[fa0］为容许承载力;qik为摩阻力标准值;fr为单轴饱和极限抗压强度。

在5号墩、6号台出现岩溶塌陷等不良地质现象，如图1所示。

图1 5号墩，6号台出现岩溶塌陷的现场图片

3 岩溶地区桩基处理

3.1 桩基岩溶主要处理方案

施工时根据地质钻孔柱状图来判别溶洞大小、溶洞填充物状态、性质等情况，采取不同的方案来进行处理，具体可采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石、回填素混凝土、钢护筒跟进等不同施工工艺。

3.1.1 常规成孔法

当溶洞为填充物，是全填充可塑或软塑的亚粘土，且溶洞不漏水，这时不管溶洞大也不管有多少个，都可以不考虑溶洞的存在，而按正常地质情况施工。

3.1.2 片石回填法

当溶洞封闭且比较小时(通常高度小于5 m)，施工采用正常成孔方法施工，钻头将溶洞顶板击穿漏浆时，马上提锤、补充泥浆，并向孔内回填片石、袋装粘土(片石与粘土的比例为3∶7)、袋装水泥(每米2包)混合料，至溶洞顶板以上1 m处，等泥浆面不再下降并稳定后，采用小冲程钻头轻打挤压将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中堵塞溶洞通道，形成泥石孔壁成孔。

3.1.3 素混凝土回填法

当溶洞没有填充物且比较小时(通常高度小于3 m)采取正常成孔方法施工，钻头将溶洞顶板击穿漏浆时，马上提锤、补充泥浆，并向孔内填入掺加一定早强剂的C25(C20也可)素混凝土至溶洞顶板50 cm。待回填48 h后混凝土强度达到75%后再采用冲击钻成孔。

3.1.4 钢护筒跟进法

采用钢护筒跟进法:一边冲孔，一边接长钢护筒，并且将其压到或振动下沉至已钻成的孔内。

1)钢护筒选择:a.内护筒长度和内径的确定:护筒长度L=(H+h)m(其中，h为溶洞高度;H为溶洞顶到地面加50 cm的高度);单层护筒内径大于桩直径20 cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径20 cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径20 cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接顺直，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。b.内护筒壁厚的确定:对于桩直径不大于1.6 m钢护筒，打入深度小于10 m，护筒壁厚采用8 mm，打入深度大于10 m，小于25 m，护筒壁厚采用10 mm，打入深度大于25 m，护筒壁厚采用12 mm。对于桩直径大于1.6 m钢护筒，打入深度小于10 m，护筒壁厚采用10 mm，打入深度大于10 m，小于25 m，护筒壁厚采用12 mm，打入深度大于25 m，护筒壁厚采用14 mm。2)内护筒沉放:当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，保证溶洞顶部已成孔并且圆滑垂直，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。护筒接长焊缝一定要饱满，保证不漏水。为保证钢护筒刚度和强度，每隔2 m～3 m设置钢板加强箍。3)内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理:a.在内护筒底部及顶部100 cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。b.用高压喷射灌浆法(施喷法)对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30 MPa，其抗渗系数可达10 m/s～7 m/s。灌浆处理后，即可重新冲孔。c.在内护筒顶部及底部100 cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。

3.2 桩基处理原则

由于本桥溶洞太复杂，工期又很紧，为保证桩基施工工期，防止同一根桩基不同方案来回反复，设计院与项目办的专家根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层地质情况、空洞大小、溶洞填充物等情况，制定以下桩基施工方案:

1)溶洞高度小于3 m时，可采用抛填片石加粘土进行处理。2)溶洞高度3 m～6 m时，溶洞内全填充或半填充，可采用抛填片石加粘土进行处理;无填充物时，填充量可控条件下，可先采用抛填片石加粘土、水下混凝土封堵或钢护筒跟进。3)溶洞高度6 m～10 m时，半填充状态的，可采用抛填片石加粘土进行处理，如填充物孔隙率较高且为弱透水性，可考虑注浆填充辅助技术;如无填充物，可采用钢护筒跟进，或水下混凝土封堵。4)溶洞高度大于10 m时，无填充物或填充物较少，宜采用钢护筒跟进。5)三个及以上串珠状的溶洞间的岩层厚度较薄，宜采用钢护筒跟进;如果溶洞之间岩层相对较厚，宜采用上述单个溶洞的处理措施。

4 桩基施工常见事故及处理措施

4.1 偏孔

施工中遇到倾斜岩面或孤石情况，出现钻孔速度降低、钻头摆动、偏孔等现象。采取的措施是:1)抛片回填:应使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进。要求所填片石的强度要高于岩层的强度，回填到斜面顶后再重新钻进，进行多次回填。3-1号桥墩采用此方法成功避免偏孔，顺利穿过倾斜岩面。2)浇筑水下混凝土:对于在严重的斜面和溶洞交汇处造成的偏孔，可先向孔内灌注高强度的C40水下混凝土(掺早强剂)，将溶洞填充满，待混凝土达到一定强度，与基岩形成整体后，再钻进。3-3号、5-1号、6-2号等桥墩采用此方法成功避免偏孔，顺利穿过倾斜岩面。

4.2 漏混凝土

钻孔桩基础出现灌注混凝土泄漏的原因通常是由于混凝土冲破已形成的片石粘土孔壁而产生混凝土泄漏。预防措施有:

1)对高度比较小的溶洞(采用片石回填法)，再次抛入粘土和片石混合物(最好每米1袋水泥)，并超过溶洞顶板1 m，重新成孔以增加孔壁的厚度和强度。2)对高度大且无充填物的空溶洞，应采用钢护筒跟进，并把不大于设计桩径的钢护筒要跟进至溶洞底0.5 m处，使钢护筒与灰岩紧密接触不漏浆后，钻孔到设计标高。

5 结语

岩溶地区桩基施工存在很多困难，田村溶江大桥的大部分墩位桩基处于岩溶特别发育地区，由于预先逐桩针对不同的岩溶地质特点，相应采取了不同的施工方法，在工期很紧的情况下避免了桩基施工方案的反复，顺利地完成了桩基础的施工，保证施工工期。所有岩溶地区桩基经过检测，成桩质量均达到了优良标准，取得了较好的经济和社会效益，为今后类似岩溶地质条件下桩基础施工提供了借鉴和参考。

[1]JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S］.

[2]王 猛，何 华.岩溶地层桥梁钻孔桩基础施工技术[J］.施工技术，2006，37(7):34-37.

[3]姚庆钊，彭建勋，梅保贤.桥梁桩基础沉降控制方法及措施[J］.山西建筑，2011，37(4):152-153.