复杂溶洞桥梁桩基逐桩处理措施

2014-01-08李建辉

城市道桥与防洪 2014年2期

李建辉

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州?510620）

0 引言

广梧高速公路河口至双风段是国家重点公路规划第十八横向路线广东省广州至云南昆明的一段。它串连了广肇高速公路、国道G324线、省道S368线和罗定支线，它的建成可改善广东省西部山区路网结构，加强广东省西部城镇与珠江三角洲的联系；加强广东省与广西、云南、贵州的运输往来，促进“泛珠江三角洲”经济发展，完善广东省高速公路网具有重要意义。本项目地处山岭重丘区，地形地质条件十分复杂，冲沟发育，主要的不良地质有煤系地层、岩溶、崩塌、滑坡和采空区等，特殊岩土有软土、高液限土和红粘土，并穿越多条断裂构造带。在钻孔灌注桩施工中，会因当地地质情况复杂多变，且溶系发达，给钻孔施工带来一大难题，如何在施工中实施对桩基质量的有效控制显得尤为重要。本文结合五里顶高架桥的实践经验，对如何根据工程特性选择合适的施工方法，保证桩基的质量作了初步探讨，希望在同类的工程施工中提供参考。

1 工程概况及地质情况

1.1 工程概况

五里顶高架桥地处山地丘陵，横跨山间洼地区，桥位两端地形略为起伏，横跨县道X464，地面标高约76.0～90.0 m。本桥中心桩号为K48+683.3，跨径组合15×25 m，分两幅修建，其中左幅第5跨至第15跨桥处于合流渐变变宽段范围内。（1）上部结构采用5×25 m+5×25 m+5×25 m预应力混凝土先简支后结构连续小箱梁，梁高1.4 m。右幅桥梁宽度均为15.75 m，横向布置5片梁；左幅桥变化宽度为15.75～19.06 m，通过预制梁的宽度、梁数及湿接缝宽度的变化来调整，其中第一联和第二联横向布置5片梁，第三联横向布置6片梁。（2）下部结构桥位地层由第四系覆盖层、泥盆系中统东岗岭组白云质灰岩及其风化层组成。钻孔SF-BQZK10、13、14、16已揭示溶洞，桥位区内弱、微风化白云质灰岩层夹多处土洞、溶洞，岩溶较发育。土洞空间分布及分布深度具有一定的随机性，大多数有填充物，填充物以泥质及砂砾等为主，主要发育于弱、微风化层中。桩基共计89根。桩间设置系梁，桩基按嵌岩桩设计，桩基础为直径D130 cm钻孔灌注桩。桥墩采用双柱墩和三柱墩，桥台采用肋式桥台。

1.2 地质情况

根据该桥桩基逐桩地质钻孔资料及管波探测资料的地质情况可见，部分桩基都有溶洞，多数为串珠状，有充填物的，也有空洞的，而且有些墩台的几个桩基均有溶洞出现，根据其标高推算这些溶洞都是串珠相连的，有些桩基虽然没有溶洞，但岩石裂缝发育，岩石半边溶蚀、岩芯呈碎块状。其由上而下的地质情况是耕植土、亚粘土、砂砾、弱风化灰，岩裂隙节理发育、岩芯呈碎状、短柱状、微风化灰岩，发现溶(土)洞较多，多数为串珠状，大小不一。整体地质情况复杂，对桥梁桩基础施工带来很大的困难。

2 溶洞处理措施

2.1 溶洞特征及分类

根据该桥桩基逐桩地质钻孔资料及管波探测资料，对溶洞做出判断和分类，在钻孔过程中采取具有针对性的措施。溶洞类型及分类见表1。

表1 溶洞类型及分类

2.2 溶洞桩基逐桩处理方案

根据钻孔地质资料及管波解释成果报告，结合标段桩基工程现场实际情况，确定溶洞桩基成孔方法。项目部对溶洞桩基制定了逐桩处理方案，处理方案原则如下：

方案一：当溶洞的高度在H≤3 m时，施工到溶洞部位时可采用抛填片石及粘土块，抛填片石与粘土比例为1∶1，高度为H+2 m时，采用冲击钻成孔，放慢钻进速度，冲程控制在1 m左右，挤压充填溶洞空隙及护壁，穿过溶洞范围2 m后可以按正常钻进速度钻进，冲程可采用2 m。在施工过程中随时对孔径及深度进行检查，如出现水头降低、缩径及坍孔现象，可重新按上述方法进行处理，同时泥浆比重控制在1.4～1.6为宜。清孔时防止坍孔，可在钢筋笼吊装后进行二次清孔，清孔完成后立即灌注混凝土；当溶洞高度在3 m＜H≤5 m有充填物的溶洞，可按上述方法进行溶洞处理。

方案二：当溶洞高度在3 m＜H≤5 m无充填物或半填充的溶洞，如出现的位置在表层土3 m左右时，可采用钢护筒加长成孔穿越溶洞区，同时抛填片石与粘土。施工中冲程控制在1 m，钻进速度放慢，穿过溶洞后可正常钻进。

方案三：当溶洞高度H＞5 m和串层溶洞及相邻桩基之间有可能连通的溶洞时，采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。内护筒长度L=h+2 m(h为多层溶洞高)内护筒内径应比设计桩径大20 cm左右，外径应小于外护筒内径5 cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3～5 cm，内护筒长度的确定护筒长度L＝h＋2 m（h为多层溶洞高度）；采用预先压入M7.5﹟砂浆的方法进行处理 (压力控制在2～4 MPa)；预先填充改善溶洞部位地质状况，充填孔隙或裂隙，采用小冲程钻孔速度控制。

2.3 溶洞桩基逐桩处理措施

（1）对逐桩地质钻孔资料进行研究，准确推断每根桩基溶洞出现的位置、大小、有无充填物、岩石有无裂隙。针对每根桩基溶洞的特点，制定切实可行的溶洞处理方案，在钻进过程中应勤取钻渣，以判断地质变化的情况与设计是否相符合，并做好钻孔记录。

（2）提前准备充足处理溶洞的材料及设备，如片石、粘性土、水泥及钢护筒等。

（3）提钻速度不宜过快过猛，应根据钻孔的进尺情况，在接近溶洞顶板时，观测护筒内泥浆面的变化，为防止在溶洞顶部或经过溶洞时桩锤损坏，冲程长度应小于1 m。击穿洞顶后，冲锤的冲程采用小冲程60～80 cm，一旦泥浆面下降，应迅速补水然后根据溶洞的大小按1∶1的比例回填粘土和片石，进行冲砸堵漏。只有当泥浆漏失现象全部消失后，才能正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。

（4）冲破顶板或溶牙，钻孔内会出现少量漏浆，在补充泥浆的同时提起冲锤，抛填片石、粘性土，待孔内泥浆稳定之后，恢复冲孔。

（5）对于空溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化。对于溶洞内充填物为软弱粘性土或淤泥的溶洞，进入溶洞后也应向孔内投入粘土、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，宜改用50～60 cm的小冲程。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进，如此反复使用钻孔顺利穿过溶洞。

（6）冲击钻成孔过程中，有时会出现岩面倾斜，简单处理是抛填质地坚硬的小片石将岩面找平，以小冲程冲进以免造成斜孔、卡钻，但如果孔位岩面倾斜度较大，或一半岩、一半土的情况，则直接灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后，重新钻进。

（7）在钻进过程中如果偏孔不大，采用及时回填质硬、块大的片石后进行冲进，同时降低每次提锤高度和钻进频率，提锤高度以40～60 cm为宜。待偏孔修正后，再按正常钻进。

（8）对单层或多层浅溶洞在没有要求下钢护筒的情况下，为防止其不与相邻空窜孔或成孔后形成有葫芦状，在溶洞范围必要时可抛填片石与灌注C30标号混凝土进行填充，等混凝土终凝后再钻。

（9）溶洞较大时，一般采用钢护筒跟进穿过的方法，从而在溶洞中形成一个柱体承受荷载，但此施工方法难度大。如果洞穴底部倾角过大或存在潜流等，护筒封闭困难。另外洞深对钢护筒跟进的垂直度难以控制、用钢量大造成费用较高。

（10）溶洞较小时，或者采用低标号混凝土回填，将整个洞穴封闭，或者采用砂浆及石块进行回填，或者土石混合料（土石比在1∶1左右，但具体要视情况定，也可加部分水泥）回填。