浅析溶洞群地区桥梁桩基设计与施工中的若干问题

张淼

摘 要：随着我国桥梁建设技术的发展，桥梁建设的范围在不断地增大。该文以贵阳地区的牛郎关互通立交桥梁的施工实践为研究对象，对溶洞群地区的其阿亮桩基设计和施工中存在的问题进行分析和探讨，为相类似的工程设计和施工提供一定的参考。

关键词：溶洞群地区桥梁桩基 设计与施工 问题

中图分类号：U443.15 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0099-01

牛郎关互通立交桥位于贵阳环城高速公路南环线，采用了436根直径1.8 m的桥桩，总长71465 m。其中有162根钻孔桩，最浅的7 m，最深的62 m；274根挖孔桩，最浅的9 m，最深的27 m。在该桥处于溶洞群地区，岩溶非常发育，岩溶分布非常广不规律，并且被埋藏很浅，溶腔内有复杂的填充物并且多样[1]。虽然进行了专业的钻探研究，但仍对诸多方面存在不可预知性。

1 桥所处地区的地质情况

牛郎关互通立交桥位于贵州的牛郎关。该地区属于构造溶蚀型地貌，地质结构方面以上覆残坡积层亚粘土为的露地层，下伏白云岩，层间夹杂着钙质泥岩和泥线。白云岩受到了不同程度的风化，一些地段的岩溶非常发育，溶洞多样且多数含有黄色黏土，灰岩、白云岩碎块以及角砾等填充物，溶洞涌水量大，深度不规律。

2 桥桩设计

2.1 桥桩位地质钻探

（1）钻孔数量。按照相关地质勘查规范的要求，在桩直径为20 m时钻探中可以一桩一孔。但是由于溶洞群地区的地质复杂性在实际施工中，在溶洞发育区的桩基中心和桩位周边的1～1.5 m处等地质复杂的区域进行三角补钻。

（2）钻孔深度。根据地质勘查规范的规定，在溶洞地区进行钻孔时，柱底应在整体岩层的深度不少于5 m。从实际钻探情况分析，此地区的溶洞发育情况存在很大的差异，所以柱底应该在整体岩层的深度不小于8 m。

（3）钻探工期计划。在此项目的钻探中，是一边设计一边施工，设计仓促并且缺少有效地设计审查工作[2]。

2.2 桥桩嵌岩深度和持力层厚度

现行的桩基嵌入完整基岩的深度的计算模式有两种。第一种，只对完整基岩端的阻力进行计算，并按照构造要求对嵌岩深度进行确定。但是需要满足深度大于0.5 m，桩底应力扩散范围内均为岩体面，柱底以下3倍于桩直径的范围内不存在洞隙、断裂带、软弱夹层情况。另一种则考虑侧阻力和嵌岩段端阻力。持力层应该大于5 m，应有效利用桩侧嵌固力。

3 桥桩基的成孔工艺的选择

牛郎关互通立交桥随处溶洞地区。结合其复杂的地质情况，笔者认为桥桩基的成孔工艺最好采用回旋钻孔工艺。如果人工挖孔条件成立，则优于机械钻孔工艺。而该项目的施工则正是采用了人工挖孔和机械冲孔两种工艺。针对于桩基深度在20 m以内的并且岩层完整，溶洞涌水量小没有填充物则用人工挖孔，能有效的节省电力、缩短工期，尤其是能够对桥桩底部的溶洞情况进行清晰地掌握，有效确保桥基的安全性[3]。对回旋钻机来说岩层分布非常不均匀是一个致命的弱点。针对于该项目所处地质存在大量不规则分布的溶洞情况，则采用了机械冲孔工艺。但是这种工艺存在冲击的孔径较大，耗费混凝土资源的弱点。鉴于这一点，在施工是通常会采用的冲击钻头的外径要比设计时的桥桩直径小5～10 cm，其具体值，应施工中岩层的强度和施工者的施工经验结合来定。

4 桥桩底部沉渣的清除

根据相关的规范，嵌岩桩孔底沉渣厚度应该在5 m范围内，对于孔底沉渣厚度来说直接受到冲击成孔工艺的影响。通常情况下清孔阶段置换泥浆应该由浓到稀。当清孔完毕并验孔合格后，应该马上下钢筋笼进行混凝土灌注，其冲击力能冲起一些沉渣，一部分沉渣会被上升的水位带出孔外。

采用灌注成桩的桩基，不能确保每一根桩底沉渣的厚度都进行取芯检查。往往都用事先埋好的3根超声波检查器对桥桩底部的沉渣厚度进行检测[4]。如果沉渣厚度大，则用钻机取芯冲孔，注入高压水，对沉渣进行冲洗，当冲洗干净时，再注入泥浆。这种方法在实际施工中简单可行，成本低。此外，对于桩基处有暗河穿过并且桩孔较深的情况，应该加大泥浆浓度，增加一台换浆机并放在暗河位置稍下方处与桥柱底部的换浆机同时进行沉渣清理。此种方法经济适用，效果好。

5 施工中采用的处理方法

在施工中为防止溶洞顶在钻孔时被击穿而出现塌孔的情况，应该事先对空溶洞进行补水。在处理卡钻、斜孔以及溶洞等问题时，对其反复的回填片石、黏土是一种简单有效的方法。针对溶洞孔内漏浆漏水严重的情况，应投入袋装的粘土和水泥并反复冲击以使两者拌和均匀，等胶体凝固后，在进行冲击施工。地表突然下陷在项目建设中存在非常大的安全隐患。针对于孔口表塌陷的情况，唯一的预防措施是根据现场的地质钻探报告对岩层强度和溶洞顶厚度进行仔细的分析，在施工时采用较小的冲击锥把溶洞顶板破穿并反复充填黏土、片石挤密溶洞或者放慢钻进的速度。针对于孔口地表可做回填片石混凝土待凝固后在冲孔的处理，

如有必要可把钢护筒相应的加长[5]。针对于刚发现或者未发现桩底部的溶洞或者孔壁突然崩塌等危机施工人员安全的情况，应马上撤出施工人员，待情况稳定后，可安排有应验的人员对孔进行清理，如果顺利，可继续施工，否则需要重新对孔口回填，并冲孔。在桥桩基关注混凝土时，应事先结合具体的地质钻探情况对溶洞孔壁牢固度进行判断，混凝土导管的埋藏深度以4～6 m为佳，灌注速度应缓慢适当。

6 结语

在溶洞群地区进行桥梁桩基设计和施工时，应该把给地区的地质情况和设计施工相结合。桩基嵌入完整岩石的深度应以2.5～3 d为佳，充分利用桩侧嵌固力。在本项目的施工中采用人工挖空和机械冲孔的工艺，在具备人工挖孔的相关条件下，人工挖孔工艺经济，项目安全质量高。当桩基位置处有暗河或者溶洞时，应该在暗河附近增加一台换浆机，与桩底部的另一台同时进行沉渣清除，能有效提高清理效果。此外，阐述了在桩基施工中处理溶洞情况的一些方法。在工程有一定的使用价值，以供参考。

参考文献

[1] 朱克常.桩基穿越溶洞群施工技术探讨—— 以管团大桥群桩基础施工为例[J].交通标准化，2013（17）：62-64.

[2] 刘永贵.桥梁桩基特殊溶洞处理方法的探讨与应用[J].公路工程，2012，37（2）：50-52，78.

[3] 柏国胜.论溶洞地质条件下桥梁桩基施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2013（27）.

[4] 高川川.探讨桥梁桩基的设计与施工[J].城市建设理论研究（电子版），2013（14）.

[5] 刘冠营，韦景宇.浅谈溶洞群地区桥梁桩基设计与施工中的若干问题[J].中小企业管理与科技，2011（4）：206-207.endprint