浅谈高速公路溶洞地区桥梁钻孔灌注桩施工技术

郭德基

【摘要】本文从溶洞地区桥梁钻孔灌注桩施工时的施工准备、护筒制作及埋设要求、桩架的支撑加固、钻孔前机具布置、准备处理溶洞的必要物资、施工方法的选择、常见问题处理措施等方面论述了其施工技术要求。

【关键词】溶洞地区 桥梁桩基 施工技术

一、工程概况

珠江三角洲外环高速公路肇庆（黄岗）至花都（花山）段第6合同段桥梁工程有1座主线桥和3座匝道桥，其中主线桥梁为S114跨线桥，全桥采用分幅式断面设计，跨径组合为：16×25+（40+70+40）+5×30+28×25+4×30+22×25+（29+3×30）+4×28.25+（40+70+40）+62×25（m）； HS匝道桥跨径组合为：5×25m简支小箱梁+4×25m连续箱梁；SH匝道桥一跨径组合为：5×25m简支小箱梁；SH匝道桥二跨径组合为：4×25m连续箱梁+6×25m简支小箱梁。桩基设计直径分别为Ф1.3m、Ф1.5m、Ф1.6m、Ф1.8m、Ф2.2m，共700多根，其中涉及到溶洞的桩基就有300多根。

本合同段地质情况为广泛分布可溶性灰岩，灰岩分布区存在隐伏岩溶。主要存在的形式有两种：一种为发育于下石炭统测水组中～微风化灰岩中的溶洞，洞高约0.2～7.6m，大部分呈串珠状、漏斗状出现。另一种形式表现为灰岩与土层界面的土洞及全风化灰岩中的土洞。

二、施工准备

有溶洞地基的钻孔灌注桩施工施工，应认真分析研究地质钻探资料，每一根桩均应进行钻探以在施工前便初步确定施工工艺和溶洞处理方案，并进行施工准备和材料、设备准备。

三、护筒制作及埋设要求

1、护筒制作：根据两阶段施工图设计要求，开孔护筒最少长度不得小于1.5m，护筒采用钢板卷制，主墩的桩基直径为φ220cm，考虑水深和淤泥层较深，故护筒直径采用φ240cm的钢护筒，钢护筒用厚度为12mm的A3钢板卷制，在加工场分段接长，焊接采用坡口双面焊，为加强钢护筒的整体刚度，钢护筒的焊接接头处均应在外加设16mm厚，30cm宽的钢带作为加劲箍，第一节下放的护筒脚处在外焊12mm厚，50cm宽的钢带作为刃角。其余的钢护筒采用6-10mm厚的钢钣，护筒内径比桩径大200mm。钢护筒加工必须标准：垂直度偏差不超过1%，椭园径向偏差不大于2cm。

2、护筒埋设：首先精确测量定出桥墩的纵横向轴线定出桩位，然后安装护筒导向架。由吊车配合，护筒要求穿过淤泥层，深入到不透水层内1.0-1.5m。在埋设护筒的同时，应测量护筒的垂直度，中心偏位不大于5cm。护筒顶端，孔内有承压水时，应高于稳定的承压水位2m，如果桥墩在洪水季节施工，应高于最高水位1.0m-2.0m，并采用稳定护筒内水头的措施。旱地桩基护筒埋设要求超出地面0.5m以上。

四、桩架的支撑加固

由于岩溶地区地质情况异常复杂，虽进行了物探和逐桩加密钻探工作，亦难以保证全面摸清了地质情况，因此每个桩位钻机就位前，铺设两根共4根（必要时6根）各14m长的钢板桩（也可以采取其他钢结构），对钻机底座进行支垫加固，以有效防止坍孔时钻机下沉或倾斜。

五、钻孔前机具布置

在埋好护筒后，将钻机的底架用枕木抄垫稳定、可靠，枕木必须安放在平台的纵横分配梁上，确保钻机在工作时不会发生晃动和倾斜，导致偏孔。同时要求钻机起吊钢丝绳应和钻孔桩的桩位中心线重合，平面位置偏差不得大于2cm。在钻进过程中要经常检查钻机底盘，如果有倾斜或位移，应及时纠正。

根据钻头质量及安全系数确定钢丝绳的直径，要求所使用钢丝绳必须有出厂合格证，钢丝绳的质量要求优质柔韧，无死弯和断丝。钢丝绳要有足够的长度，即以卷扬机滚筒起到设计最深的桩底标高，滚筒要留有7圈以上的富余量，绳尾必须锚固在滚筒上。

钢丝绳与钻头连接，宜采取钨金套，也可采取转向套连接，主钢丝绳与钨金套上钢丝绳相同直径，连接卡子不得少于8个，间距为180～200mm，安装时先对称拧紧每个卡子，然后在逐个复拧，使每个卡子受力均匀。

六、准备处理溶洞的必要物资

鉆孔前在场地内准备大量的片石、袋装粘土及适当数量的袋装水泥，设置2个大容量（200m3）泥浆池，同时配备不少于4台D220型泥浆泵作为备用，保证其能在桩孔出现漏浆，可以马上进行补浆。

七、施工方法的选择

由于桥位地层结构比较复杂，存在较多溶洞，这给桩基成孔带来一定困难，为确保桩基质量、完善施工工艺，使桩基嵌入可靠的岩层上。在开钻前，掌握溶洞地质资料的基础上，依据溶洞分布情况，即按溶洞大小分为大溶洞（指洞垂直高度大于2m的溶洞），按溶洞垂直分层（层数），可分为单层和多层。按溶洞充填物可分为全充填物、半充填物和空洞。根据实际情况和地下水流，基岩岩层、土层厚度及土层分布的不同情况编制不同的施工方案：

1、净空2m以下的小溶洞的施工

用冲击钻施工，施工时应根据不同土层采用不同的进度，对砂砾层加在泥浆浓度减少冲击进度。根据地质报告，冲孔至离溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，选用小冲程进尺，逐渐将顶板击穿，防止卡钻。同时在击穿顶板之前，安排专人密切观察孔内泥浆面的变化，发现漏浆时应马上提锤、补泥浆，并抛填片石、袋装粘土混合料（重量比1∶1～1∶1.5）。超过溶洞顶面2.5～3.0m，然后小冲程方法冲击投下的混合物，不取渣，使其挤入裂隙、溶洞，如此反复操作多次堵塞溶洞通道，形成孔壁，顺利穿过溶洞。

2、净空超过2m的大溶洞或多层溶洞串通时

根据现有的地质报告，可以看出主线桥均分布特大型溶洞，且覆盖层为易垮塌的粉细砂、粗砂、卵石层。为保证工期和质量，采取下钢护筒的方案来处理。

冲击钻冲穿溶洞后，打入比孔径略小的钢护筒，将钢护筒打到溶洞底岩面，如果溶洞内无填充物，在护筒内回填混凝土堵漏，待混凝土达到一定强度后再用冲击钻冲孔，如遇多层溶洞应采用多层护筒嵌套施工相结合，但不论怎样，最后一层护筒的内径不小于桩基设计孔径。

八、常见问题处理措施

岩溶水一般呈酸性，在成孔过程中，岩溶水一旦进入泥浆，泥浆呈酸性而导致发生沉淀，这时根据实验投入小苏打进行中和，以保证泥浆质量。

冲锤冲破溶洞时，冲锤可能会滑入溶洞中，提锤时易被溶洞顶板岩石卡住而造成埋锤。施工时严禁在溶洞范围内打空锤，应绷紧钢丝绳，采用小冲程进行低打紧击。一旦发现漏浆或异常情况，马上提锤到孔口，然后采取其他措施。穿越溶洞时，同时要密切注意钢丝绳的情况，以便判断是否斜孔，若出现斜孔必须及时进行修孔处理，按1∶1的比例回填片石和粘土至斜孔处1m以上，用锤牙好的桩锤进行修孔。要求低锤紧击，进行纠偏，反复进行抛填冲孔操作，直到完全纠正斜孔并进入均质岩面。

九.结语

虽然岩溶地区地质情况异常复杂，不确定因素比较多，钻孔灌注桩施工难度比较大，随时都有可能出现塌孔情况。但我们在施工时做好充分的准备，把技术对策和处理措施做足，那么施工起来也就显得容易控制。

参考文献：

1. 《公路工程技术标准》JTJB01-2003；

2. 《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011；