岩溶地区桥梁桩基础设计与施工

陈小杰

（深圳高速工程顾问有限公司，广东 深圳 518034）

碳酸盐溶洞在华南地区广泛分布，广东省则主要分布在粤北。在粤北地区修建公路，遇到岩溶地基是不可避免的。本文以穿越岩溶地区的公路特大桥桩基础的设计与施工为例，对岩溶地区桥梁桩基础的设计与施工进行探讨。

1 工程概况

此特大桥位于广东省西北部地区，全长1 094.5m。桥台采用U型台、桩柱式台，桩基础；桥墩采用Y型墩，承台及桩基础。全桥共有93根桩，根据地质钻探资料分析，溶洞桩基约占21%，均为桥墩桩基础，设计要求嵌入中风化白云灰质岩。桥址所处地质岩溶发育，地质情况复杂，溶洞以无充填物为主。据勘察报告，地下水对混凝土无腐蚀性。

2 设计概况

此特大桥处地质从上往下大致为：人工填石，粘土，红粘土，中风化白云灰质岩（局部段含溶洞）。桩基设计如下。

2.1 施工图设计阶段，均按嵌岩桩设计，以中风化白云灰质岩为持力层，入岩不小于4.5m，且桩底持力层厚度不小于5.0m。如施工过程中出现不能满足嵌岩桩设计条件时，可根据实际情况作适当调整。

2.2 对桩位下较深范围内，有密集型溶洞和完整岩性埋置较深的情况，或者溶洞分布较浅、顶板较薄无法满足嵌岩桩要求时，可考虑采用摩擦桩，并应考虑基础的不均匀沉降。当桩穿过溶洞岩层时，不应考虑岩溶层对桩侧起摩阻作用，仅将这种摩阻作用视作安全储备。

2.3 岩溶地区的岩石裂隙发育，赋存丰富的裂隙水和岩溶水，桩基施工可能会出现渗水、漏浆，桩底沉淀土难以清除，在摩擦桩设计中应不计桩尖抗力的作用，以策安全。

2.4 人工填石层为现状道路路基，固结时间已超过10年，考虑其对桩侧起摩阻作用；当中风化白云灰质岩为夹层且厚度小于1m时，不考虑其对桩侧起摩阻作用。

2.5 因地质情况复杂，桩基施工前，在各墩、台处进行地质超前钻，并根据地质情况，对各桩基进行适当调整。

3 施工方案

根据详勘地质钻探资料，结合桩基设计要求，0～10#、38#墩（台）采用人工挖孔。 11～37#墩（台）采用人工挖孔，当遇丰富地下水、不稳定岩层或中风化白云灰质岩等时，再采用回填冲击成孔。

由于桥址所处地质岩溶发育，各工点情况不尽相同，溶洞无充填物，以致钻孔施工过程中易出现塌孔、卡钻、漏浆等事故，增加了施工难度，所以施工时必须熟知各工点的具体情况，对施工方法进行合适的选择，以确保施工安全及质量，保证工程顺利进行。

3.1 施工准备

钻孔前将场地整平，清除杂物，更换软土。场地表面压实平整后横向铺设枕木，然后在枕木上铺设废旧钢轨或型钢，即构成钻机平台。场地的大小要能满足钻机的放置、吊机站位及混凝土搅拌车运输等协调工作的要求。如果墩位溶洞较复杂，泥浆池的尺寸尽可能大一些，以便满足单根桩的泥浆量储备。为应对墩位溶洞可能出现的各种复杂情况，应在就近备好粘土、石块、水泥，以便在漏浆时能及时回填，避免大面积坍塌的发生。研究桥址地质情况，制定合理的开孔顺序，在开工前进行技术交底，提出相关技术措施以保证施工技术安全和工程质量。

3.2 施工工艺

3.2.1 选择钻机

冲击钻机的优点是适用于各种岩层，钻进速度快，对偏孔的处理较容易；缺点是穿过溶洞时容易卡钻，过黏土层容易糊钻，对周边建筑物和构造物有轻微影响。综合考虑，为方便对溶洞的处理，采用冲击钻机成孔。

3.2.2 埋设护筒

一般情况，护筒长度采用2.0m即可。护筒顶要高出地面不小于30cm，护筒内径大于钻孔直径20cm，护筒顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。当出现塌孔时，采用全回填后重新开孔处理时，护筒长度可根据实际情况适当加长，护筒外缘回填采用黏土，并保证密实。

3.2.3 桩基成孔

人工挖孔时，应控制桩孔中心点的偏位，按现行有关规范规程并结合该工程的实际情况采取有效的安全措施，确保桩基施工安全有序进行。

冲击钻孔时，开钻时先在孔内灌注泥浆，泥浆相对密度等指标根据土层情况而定。施工时应采用小冲程，钻进深度大于钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击，冲程以2.0～3.0m为宜。 在下列情况时，宜采用2.0m以下的中低冲程：

a）在斜面开孔和在护筒内、在护筒刃脚以下3.0m范围内钻进时；

b）在停钻后重新开钻时；c）当遇到局部溶洞时；

d）在处理其他特殊情况时。

由于岩溶地区地层情况复杂，钻孔时应根据不同情况采用不同的施工方法，以使钻孔质量满足相关要求。

3.2.3.1 软弱层或砂层中施工时，应投粘土并掺适量小片石，采用小冲程冲击，将粘土和小片石挤进孔壁。遇流砂现象时，采用小冲程，宜增大泥浆比重，增大孔内压力。

3.2.3.2 在溶洞中施工时，由于溶洞不整齐，顶、底板犬牙交错、高低不平，因此必须采取相应措施。钻进接近顶板时，应采用小冲程。空洞内钻进时，就分层面填粘土坯和石块，经反复冲砸形成泥壁，堵塞原洞内填充物的活动通道，防止孔壁坍塌和泥浆流失。钻头在洞内冲击高低不平的岩面时，易造成卡钻或斜孔事故。纠偏方法为，抛填片石和黏土坯或用低冲程打密，反复循环，保证冲孔质量。

3.2.3.3 对于特大型溶洞，采用护筒隔离上部松软地层的方法。打入岩面的钢护筒刃脚只有一点或几点接触岩面，在护筒刃脚下，用10～15cm边长的片石和黏土，以低冲程反复冲砸，挤压泥石堵塞溶洞，形成坚实的泥石壁，保证施工过程不坍不漏。钢护筒准备通过溶洞时，先用钻头冲击若干次后再将钢护筒打至下一层的岩面。

3.2.4 桩基清孔

第一次清孔，在钻孔深度达到设计要求后，钻机停止钻进，将新浆压入孔内，把钻孔内悬浮较多钻渣的泥浆置换出孔外。一般以孔口返浆比重在1.1左右（手触泥浆无明显的颗粒感觉），另外孔底沉渣量测定以小于5cm为控制标准。待安放钢筋及导管就绪后，再进行第二次清孔，用泵将泥浆压入孔内置换沉渣，复测沉渣厚度应满足规范要求。

3.2.5 钢筋笼制作、安装

钢筋笼在岸上集中分节预制，设专人负责，确保钢筋骨架的几何尺寸和绑扎质量。为保证在运输过程中不变形，钢筋笼内用十字支撑加固。钢筋笼用吊车吊入孔内，在孔口对焊接长，并保持上下节在一条轴线上。钢筋笼下到设计标高后，用悬挂器将其与护筒或平台连接牢固，防止钢筋笼发生掉笼或浮笼现象。

钢筋笼安装要认真对中，保证桩壁混凝土保护屋的厚度及钢筋笼标高符合设计要求。

3.2.6 灌注水下混凝土

水下砼采用灌浆导管法灌注，导管在使用前要对其规格、质量和拼接构造进行压水试验。要求压水试验时的压力应不小于灌注砼时导管可能承受的最大压力。

灌注砼时，大灌浆斗装满足够的混凝土，以保证导管埋深，从而保证水下砼的质量。进行水下砼的灌注时，导管接头不得漏水或漏气；提升导管时，不得有摇动，要维持孔内静水状态，起拔导管要保证导管底部埋深不少于2m，并不得大于6m，灌注完成后的钻孔桩桩顶应比设计高度至少高出50cm，以便清除桩头浮浆砼后，保证截面处砼有良好的质量。

3.2.7 桩基质量检测

对所有钻孔桩桩身混凝土进行桩基无损检测。按施工图要求在钢筋笼安装时预埋声测管，成桩后进行超声波透射法检测。对不满足要求的桩，采取钻芯法检测混凝土质量。

3.3 施工过程中出现的问题及措施

3.3.1 钻孔过程中发生漏浆

3.3.1.1 发生原因

在地面以下约20m段地质情况正常，采用人工挖孔，当接近软弱层时，改为冲击钻孔。钻孔过程中出现漏浆。

3.3.1.2 措施

根据实际漏浆情况，及时对桩孔进行粘土、石块回填处理，再反复冲砸，最终解决了漏浆问题。

3.3.2 钻孔过程中发生卡钻

3.3.2.1 发生原因

墩位处地质情况复杂，有流砂层又有溶洞，加上地质钻施工过程不断反复扰动，施工中出现了卡钻现象，分析原因主要是流砂层护壁不够牢固，导致流砂层及以上部分岩层坍落造成卡钻，或者是溶洞护壁不够牢固，导致溶洞及以上部分岩层坍落造成卡钻。

3.3.2.2 措施

根据实际卡钻情况，采用工字钢进行冲击清孔，或者采用小冲锤进行冲击清孔，最终解决了卡钻问题。

4 结语

岩溶发育地区桥梁的设计与施工较为复杂，处理不当，会造成在施工中改移墩（台）位或改变结构形式，增加投资，影响工期。从该桥的顺利实施可以看出，详细的地质勘探，科学选择桩端持力层的位置及安全厚度，合适的穿过溶洞的施工处理方案，对确保桥梁桩基工程质量、加快进度、缩短工期及提高经济效益十分明显。所以，岩溶地区桥梁建设，应根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、精心组织设计与施工，并加强检测，以确保桥梁安全。

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[2]JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

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