广珠铁路岩溶地区桥梁桩基础施工技术

程文才

(广珠铁路有限责任公司，广东广州 510620)

1 工程概况

广珠铁路江村站～DK21+285段线路位于广州市江高镇及佛山市里水镇，该区域为岩溶发育地区，溶洞高度最大为61 m，属于地质灾害危险性大的区域。该区域的桥梁主要包括京广上行改线特大桥(紧邻京广铁路干线，桥全长1 063 m)、广清高速特大桥(从江高私企试验区穿过，桥全长748 m)、白坭河特大桥(部分紧靠民居、工业厂房及佛山一环高速公路，桥全长16 839 m)等几座桥梁。该区域桥梁墩台基础均采用钻孔灌注桩基础，桩径根据不同情况分别采用1.0 m、1.25 m、1.5 m、2.5 m;桩长由10.5～91.5 m 不等。

2 施工技术方案

2.1 岩溶基本情况及分析

从白坭河特大桥、广清高速特大桥及京广上行改线特大桥的地质情况综合分析，该区域地质情况主要有如下特点:

①地表覆盖层灵敏度高，承载力低。地表覆盖层上部为第四系冲洪积的软土层，具流塑状、高压缩、高灵敏度、承载力低等特点;中部为砂类土层，有不同程度的可液化性，部分砂层较厚;如广清高速特大桥21号墩5号桩，上部覆盖23.3 m厚的砂层，下部埋藏3层溶洞。

②岩溶发育，情况复杂。基岩多为灰岩，基岩面起伏较大，岩溶发育，溶沟溶槽发育，溶洞大小不一，埋深差异较大，部分呈串珠状发育，分为充填、半充填或未充填的溶洞，且溶腔顶板很薄。例如白坭河特大桥5号墩，共8根桩，钻探显示均有溶洞，其中6根溶洞深度在50 m及以上，5号桩的溶洞高度更高达61 m。

③地下水发育，岩溶水分布复杂。地下水类型主要为孔隙潜水及基岩岩溶水，地下水埋深多为1～5 m，受潮汛影响，地下水位晨夕变化较大，水头差2～3 m左右。下部岩溶水分布复杂，可溶岩埋藏较深(一般大于20 m)，岩溶发育极不均匀，补给边界复杂，与上部孔隙潜水的水力联系较复杂。

根据该区域地质情况特点分析，桥梁桩基施工过程中，在溶洞的部位易产生漏浆、偏锤等现象，溶洞顶板被击穿后，在上部孔隙潜水与下部岩溶水间水头差的作用下，钻孔桩附近地下水位会发生变化，上部砂层极易在短时间内漏失到溶腔内，并在上部覆盖层内形成土洞，引发桩孔附近地表塌陷。当桩孔附近地下水位发生较大变化时，因地下岩溶及部分地段土洞发育，当溶洞之间连通性好时在地下水降落漏斗影响半径范围内的周边地表极易引发塌陷，危及地表建筑物及构筑物安全。

该段地质情况复杂，周边建筑物及构筑物对地层稳定敏感，社会关注程度高，因此该区段桥梁桩基础的施工方案必须进行充分研究，根据地质钻探揭示的地质情况，制订有针对性的施工方案，并在施工过程中根据现场实际情况，随时修订施工方案，防止各类安全、质量事故的发生。

2.2 桩基础施工技术方案

桥梁钻孔桩施工设备主要有冲击钻机、旋挖钻机及套管钻机。根据以往的施工经验，综合分析地质情况，该区域桥梁墩台钻孔桩基础均采用冲击钻机成孔。主要桩基础施工技术方案如下。

(1)厚覆砂层处理:对表层为较厚的松散或稍松的粉砂层和淤泥层，且承载力小于等于100 kPa的地层(承载力根据地质资料确认)，施工时采用钢护筒跟进，承台以下长度不大于8 m，当其厚度小于8 m，穿过即可。

(2)溶洞处理:遇有溶洞且洞内有填充物时，对溶洞采取提前注浆处理以固结填充物;遇有溶洞且洞内无填充物时，当溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞为串联溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，对溶洞采取回填片石夹黏土处理;遇有溶洞且洞内无填充物时，当溶洞高度大于2 m，采用钢护筒跟进至溶洞底部。

(3)邻近敏感点处理:距既有建筑物或距京广线坡脚小于10 m的桩基础施工时，采取钢护筒跟进穿过砂层至不透水层;如岩层上为砂层，跟进到岩面，如岩面以上为不透水的土层，只需穿过砂层进入土层1 m即可。

(4)偏孔、斜孔处理:地质资料显示岩面起伏较大，施工容易产生偏孔、斜孔的桩，在冲孔过程中遇偏孔、斜孔时采用回填片石进行修孔处理。

(5)钢护筒壁厚:0～4 m时采用4 mm;4～6 m时采用6 mm;6～10 m时采用8 mm;10～20 m时采用10 mm;20～30 m时采用12 mm;30～40 m时采用14 mm;大于40 m时采用16 mm。钢护筒直径一般为桩径+40 cm。

2.3 施工管理措施

(1)逐桩制订施工方案，做到“一桩一图一表一方案”。

开钻前，详细了解地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据。依据上述分析的各桩地质资料，编制详细的地质地层表，制订各桩详细的施工方案，包括相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施，确定详细的施工工艺参数，做到“一桩一图一表一方案”。

(2)加强隐患排查和测量监控，坚持信息化施工。

钻孔桩施工过程中，坚持信息化施工。制订测量监控专项方案，成立专门的监控小组，设置高程控制观测点，加强对原地面、既有建筑物及钻孔桩作业平台的高程测量控制，尤其是注浆加固施工过程中，加强地面观测记录(冒浆点位置、水平位移、地面变化等)，并及时分析测量监控数据，发现异常及时分析原因，采取相应措施，避免危及地表建筑物及构筑物安全。

邻近50 m范围内涉及到的厂企，开钻前及时通知，在施工过程中加强场内检测和隐患排查，24 h值班，以确保及时发现隐患并有效处理。

3 施工实施方案及应用实例

3.1 穿过砂层直接嵌岩桩基础施工

对表层为较厚的松散、稍松的粉砂层和淤泥层的桩基础施工，钢护筒跟进长度不小于4 m，不大于8 m;对未跟进钢护筒的砂层部分，采取优质泥浆护壁，泥浆比重也适当调高，并加强泥浆性能的检测控制，及时调整泥浆比重，保持泥浆护壁稳定。一般情况下，施工过程中泥浆比重为1.3～1.4，黏度23～28，含砂率3% ～5%;灌注桩基础混凝土前进行清孔，将各项指标调整至规范允许范围。当遇到裂隙或发生孔壁坍塌时，会出现漏浆现象，此时应立即往孔内补充浆液，并同时投入预先准备的片石和黏土。

如广清特大桥23号墩8号桩基础穿越砂层后直接进入岩层，开孔孔内造浆实测泥浆比重1.4，黏度27，含砂率5%;冲进过程中泥浆比重1.3～1.4，黏度25～27，含砂率约3.5%;灌注混凝土前进行清孔，泥浆比重1.1，黏度20，含砂率1%。

3.2 穿过砂层和溶洞的桩基础施工

穿过砂层和溶洞的桩基础施工，穿过砂层的处理方案与3.1基本一致，对溶洞的处理主要采取以下三种方案。

(1)回填片石夹黏土方案及应用实例

遇有溶洞且洞内无填充物时，当溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞为串联溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，对溶洞采取回填片石夹黏土处理;对溶洞高度大于2 m，但钢护筒难以下沉至要求深度时，也可采用此方案。回填片石夹黏土分击穿溶洞顶板前及击穿溶洞顶板后两种情况。

击穿溶洞顶板前，当冲孔至溶洞顶板约1 m时，回填高约2 m的片石夹黏土，采用小冲程的施工工艺进行冲孔，目的是形成比较稳固的孔壁，减少击穿溶洞顶板后泥浆下降带走的孔壁土体，保持孔壁的稳定。

击穿溶洞顶板后，孔内泥浆面将突然下降，应立即向孔内补充泥浆，同时回填片石夹黏土。回填高度视溶洞大小而不同，一般回填至溶洞以上5～10 m。回填稳定后，采用小冲程继续冲进。由于溶洞的复杂性及不确定性，回填的次数也有很大差别，如广清特大桥1－6号桩击穿溶洞顶板后回填3次，而广清特大桥21－5号桩则先后回填了9次方成孔。

广清特大桥21－5号桩基础共有3层溶洞，埋深分别为28.4 m、31.1 m、34.2 m，溶洞高度分别为1.6 m、1.0 m、6.8 m。现场采用回填片石和黏土成孔法施工，先后回填9次，共回填片石及黏土113 m3。

(2)压力注浆方案及应用实例

遇有溶洞且洞内有填充物时，对溶洞采取提前注浆处理以固结填充物;根据地质钻探资料揭示溶洞裂隙较多，在桩基础施工可能发生严重漏浆或塌陷的也应采取压力注浆进行预处理。

压力注浆一般在桩基础的周边布设4个钻孔进行注浆，若溶洞较大，或根据地质钻探资料揭示溶洞分布范围较广，应增加注浆孔的数量和扩大注浆预处理的范围。注浆水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1，注浆压力一般控制在0.3～0.5 MPa之间。当注浆孔距离既有建筑物较近时，水泥浆中添加5%左右的水玻璃(并可适当加大水泥浆中水玻璃的掺量)，注浆压力按0.3 MPa控制，以降低注浆对建筑物基础的压力。在注浆过程中，如遇较大空洞或岩溶强烈发育时，可在水泥浆中掺入砂和粉煤灰等。

白坭河特大桥68号墩坐落在排洪槽中，地质钻探资料显示溶洞高度在0.2～3.95 m之间，溶洞裂隙分布较广。由于对此墩地质情况认识不足，刚开始进行桩基础施工时，未进行注浆预处理即直接进行桩基础钻进施工，导致出现3次比较严重的坍孔，先后3个钻孔皆不能成孔。后采用绣花管进行注浆预处理，每个桩位周边各布设4个注浆孔，孔径80 mm，孔深达到最深溶洞的底部，水泥浆液水灰比为1∶1，注浆压力控制在0.3～0.5 MPa之间，注浆使用水泥36 t。注浆预处理自2010年7月9日开始钻孔，至7月27日注浆结束，8月4重新开孔钻进，至11月15日8根桩皆顺利成桩。

(3)钢护筒跟进方案及应用实例

实际施工经验表明，采用钢护筒跟进法处理溶洞，能取得较好效果。对于溶洞高度大于2 m且洞内无填充物时，采用钢护筒跟进至溶洞底部的方案。

钢护筒采用钢板卷制，钢板厚度根据跟进深度确定，钢护筒内径比桩设计直径大30～40 cm，一般采用打桩机或振动锤(功率一般60 kW或90 kW，二级跟进一般采用180 kW)下沉钢护筒，钢护筒理想打入深度应下沉至岩层。当覆盖层较厚，摩擦阻力过大，下沉有困难时，下沉至机械能打入的最大深度。桩机冲孔过程中可能会使得钢护筒下陷，遇到此类情况应及时跟进钢护筒，直至护筒沉陷达到稳定状态。对多层溶洞，无法一次跟进至最底层溶洞底部，可采用扩孔后振动锤振动下沉钢护筒至溶洞底部，或跟进多级钢护筒至溶洞底部的处理方案。

白坭河特大桥40－9号桩桩径2.5 m，桩长73.24 m，地面高程3.19 m，共2层溶洞，高度分别为4.65 m和5.2 m，溶洞底高程分别为－44.3 m和－52.67 m，溶洞内无填充物。施工中采用二级钢护筒跟进，壁厚1.6 cm，第一级钢护筒直径2.9 m，跟进48 m;第二级钢护筒直径2.7 m，跟进56 m。钢护筒跟进采用双夹180 kW震动锤(型号DZ180)施打。钢护筒跟进后于2009年3月30日重新开孔，至5月10日完成桩基混凝土灌注。

岩溶地区桩基础施工过程中，对情况特别复杂的桩基础，应根据现场实际情况，综合采用以上方法进行施工。如白坭河特大桥5号墩，地质情况异常复杂，溶洞纵横交错，最大溶洞高达61 m，在施工过程中漏浆、塌孔等情况经常出现，在实际施工中综合采用了压力注浆、钢护筒跟进、回填片石夹黏土等方案。

4 施工注意事项

(1)加强施工前对溶洞及墩周边地基的预处理。主要包括压浆、回填灌砂并压力注浆固结、填充混凝土等措施。

(2)杜绝抽水，保持桩孔内泥浆水头不变。除施工单位不能抽取地下水作为施工用水外，同时要求各邻近建筑物的权属单位在施工期间停止抽水，减少水头变化对岩溶的扰动。当孔桩内泥浆流失时，及时补充水头，保持钻孔桩泥浆水头稳定。

(3)根据不同地质情况，控制好施工过程中的冲程。开孔前，用0.5 m低锤快打，保持泥浆黏度;黏土层中，采用0.5～1 m冲程，同时经常清理钻头上的泥块;砂土层，采用0.5～1 m冲程，并需抛黏土块;砂卵层中，采用1～2 m冲程，钻孔时需勤掏渣;基岩中，采用1.5～2.5 m的较高冲程。

钻孔作业应分班连续作业，各作业班组应详细作好钻孔记录，并每钻进1 m和地质变化处留取1组钻碴样本，如发现钻碴取样与地质资料明显不符时，应及时联系监理工程师及设计单位研究处理。

(4)施工前，对距离建筑物较近的墩位侧的地基采取必要的防护措施，减少对地下水的扰动，保持地层稳定。施工过程中，加强对地下水位和邻近建筑物及构筑物变形的观测。

5 结束语

目前，该岩溶区域的桥梁已全部施工完毕，施工过程中未发生危及既有铁路运营安全及周边群众生命财产安全的情况，满足了广珠铁路的工期要求，收到了良好的效果。从施工过程积累的经验看来，各种处理方案要根据不同的岩溶类型、岩溶发育程度、地下水和岩溶水的特点，以及现场施工过程中出现的具体情况灵活应用，方能收到安全、快速、优质的最佳效果。

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