岩溶地区公路桥梁桩基础施工实例分析

陈荣林（龙岩市交通基本建设质量监督站，龙岩364000）

岩溶地区公路桥梁桩基础施工实例分析

陈荣林
（龙岩市交通基本建设质量监督站，龙岩364000）

通过结合岩溶地区某公路桥梁桩基础施工实例，针对岩溶地区改进冲击钻孔施工技术，并对溶洞进行水玻璃压浆预处理，严格把控钢筋笼与混凝土灌注施工技术，以保证对岩溶地区桥桩基础施工质量。通过工程实践证明，本文所论述的施工技术能有效满足岩溶地区公路桥梁桩基础施工要求。

岩溶地区公路桥梁桩基础施工

1 工程概况

某公路桥梁大桥跨越当地河流，全长1638m，桥面双向四车道设计，设计速度100km/h，桥宽25m。该大桥每个主墩基础设计均为8根上部直径D3.2m（水下）+下部直径D2.8m（嵌岩）钻孔灌注桩基，3个主墩21#～23#均位于深水区，其中21#墩处水深20m，22#墩处水深17m，23#墩处水深16m。

2 岩溶地质情况分析

该工程地质情况较为复杂，处于岩溶地区，其覆盖层厚度为0.6m～2.3m，主要以漂石与卵石为主，基岩主要为中风化灰岩，其中岩溶地质情况比较突出，通过地质钻探发现该区域溶槽、溶沟及其溶洞遍及，尤其在主桥23#位置岩溶严重发育，竖间溶洞数量达到6个，最大溶洞高度已达19m，给桩基础施工带来了很大难度。

3 岩溶地区桥梁桩基础施工实例

3.1 岩溶地区桩基础施工技术流程(见图2)

图1 某大桥主跨桥型图（单位:标注单位为cm，标高单位为m）

图2 岩溶地区桩基础施工技术流程

3.2 溶洞预处理施工技术

进行桩基础施工时，由于岩溶地区地质的特殊性，容易造成钻孔时掉钻、卡钻、偏孔、失水的事故的发生，因此要对探明的溶洞进行预处理，以作为钻孔时的围护体，以避免钻孔事故的发生。当前在溶洞预处理技术主要有片石黏土填充、高压灌注砂浆、高压旋喷水泥净浆、混凝土填充等技术，针对本项目溶洞多数为半填充或全填充上部且填充物不严实，故选择主要采用砂浆对该项目溶洞进行压浆填实，出于工期与处理效果的考虑，加入水玻璃，以加快浆液凝固。水玻璃砂浆灌浆孔采用地质钻机进行钻孔，其具体灌浆孔布置如图3所示。

图3 水玻璃砂浆灌浆孔布置图

表1 泥浆性能指标

由图3可知，布置了两个孔作为灌浆孔，在灌浆时采用单孔注浆，另一孔作为返渣返水排气孔。在注浆孔内安放钢套管，与注浆管进行连接，灌注水玻璃砂浆，注浆速度控制在15L/min～22L/min，使水玻璃砂浆压注进溶洞，作为冲击成孔时的围护体。同时需确保注浆管道深入溶洞底部，并根据注浆的速度缓缓提升。采用间歇式注浆方式，让先灌注的浆液初步凝固后，再进行注浆，以避免浆液渗透量过大，造成不必要的浪费。在还没有达到浆压控制值时需采用循环注浆的方式，确保达到浆压控制值。

3.3 冲击钻孔施工技术

3.3.1 钻孔的顺序

由于所属区域岩溶情况复杂，并且部分溶洞相互贯通，因此应依据该工程地质资料，针对岩溶分布情况进行仔细研究，充分了解各个桩位溶洞分布情况后，再确定钻孔顺序。在该工程中主要根据溶洞数量及其大小、岩面高低、岩溶裂缝走势等地质情况来决定钻孔顺序，安排原则是由多到少、由大到小、由深到浅，有利于及时封闭溶洞，阻断通道。

如在钻进时发现地质情况与既有地质资料存在较大差异时，要及时通知建设单位，由建设单位组织监理、施工、设计各单位进行会谈，对原有方案实施的问题进行探讨与解决。如地质情况差异过大时，应重新进行地质补勘，补勘完成后，再针对新的地质情况进行相应的变更。3.3.2钻孔泥浆的选用

该工程采用PHP优质的膨润土化学泥浆作为钻孔泥浆，具有高粘度、不分散与低固相的优良特性，其主要由PHP（聚丙烯酞胺）、Na2C03（碱）、CMC（轻甲基纤维素）及其膨胀土等原材料组成。在进行溶洞桩基施工时，可根据施工情况适当增加泥浆密度。为确保泥浆的优质性，当优质粘土短缺时，应用适当的水泥、烧碱进行代替，以确保泥浆的胶体率与悬浮能力，其配合比为烧碱∶水泥∶黄土=0.4∶0.2∶1，其具体泥浆性能指标如下表1。钻进过程中，可采用泥浆分离器进行泥浆处理。当钢护筒跟进后，要将钻孔位的场地进行硬化，并做好排水沟与截水沟。

3.3.3 开孔时护筒跟进至稳定层

对于嵌岩桩结构类型，设计单位在进行设计时，通常没有考虑补救措施，为了确保桩基100%的成功率，同时由于该工程桩基溶腔较大，并且覆盖层不稳定，在进行开孔时采用护筒跟进进到稳定层，可避免溶洞或裂缝漏浆造成塌孔、护筒挤压等钻孔事故，并可有效保护孔壁，防止塌陷及成孔墙坍塌。

针对如23#墩的基桩溶腔大且覆盖层厚的情况，要将钢护筒跟进到岩面以下3m的稳定层。利用3m高，直径为桩径+50cm的护筒进行跟进开孔。并采用大一级的钻头钻孔到岩面3m以下，采用直径2m的护筒跟进到孔底。如3m范围内存在溶洞，则应利用黏土与片石进行填充，再将钻头改为正常直径后进行钻孔。其护筒跟进流程如下图4所示。

3.3.4 钻进

该工程采用钻机正循环钻孔，利用泵吸进行反循环清孔，由于成孔较深，因此选用12t的卷扬机，采用Φ32的钢丝绳。成孔位置岩石强度高，钻头重量确保在6t以上，连续梁墩位配置4～6台钻机进行同步钻进，一般墩位配置2台钻机进行同步钻进。首先采用回转钻机清理覆盖层，在到达护筒底口再改由冲击钻，在进入岩层后，根据岩石硬度情况对冲程进行调整，如岩石强度低，则冲程可略高；如岩石强度高，则冲程应略低。

虽然先行对溶洞进行了预处理，但由于工程桩基深，部分压浆孔孔底位置可能具有一定偏位，同时由该地区岩溶地质情况复杂，少数溶洞可能仍旧未达到预期处理效果。故当钻头将要钻进溶洞部位时，要减少冲程，防止空锤，以便了解溶洞预处理效果，避免因为溶洞处理效果不理想造成卡钻甚至掉钻。并要结合预处理施工记录及其地质资料，在钻进过程中进行观察孔口液面，一旦发现漏水，溶洞顶打穿，要立刻补水，并快速抛填足够的片石黏土填充、封堵，等待液面稳定后在继续进行冲击钻孔。

图4 护筒跟进示意图

当钻头钻进小型溶洞出现漏浆现象时，要立即填充黏土与片石，并在补充优质泥浆后再进行复钻。当钻头钻进大型溶洞出现漏浆现象时，经填充黏土与片石处理后达不到施工要求，应及时采用低标号混凝土进行填充，如仍旧达不到要求，则采取水玻璃双液注浆或水泥压浆方式进行处理。

钻头钻进时，要及时清渣与换浆，在钻孔深度在60m内时，可采用泥浆泵进行正循环换浆，钻孔深度超过60m后应采取泵吸进行反循环，从而加快清渣换浆速度。

在钻进时要及时对桩中心、主绳之间的偏差度与垂直度进行测量，钻进过程中孔位的偏差度应控制在10mm，垂直度偏差不应超过1%，从而确保成孔质量。

3.4 钢筋笼施工技术

当前钢筋笼施工技术主要采用卡板成型法、支架成型法、台座长线法等，由于该工程钢筋笼长度长、直径大、竖直度控制难大、变截面连接工艺要求高等实际情况，结合工程成本考虑，最终选择的施工精度高且成本较为低的台座长线法进行钢筋笼制作。

在钢筋笼预制场安装由加劲筋与圆弧钢板骨架构成的胎模（如下图5所示），骨架参照钢筋笼半径采用1cm厚度的钢板加工而成，中间设置有5道2cm厚度钢板的加劲肋。其中加劲箍和胎模间距保持一致，沿钢筋笼纵向间隔2m布置一道。

采用龙门吊进行钢筋笼的吊装，吊装到位后，在上端加劲箍的位置穿入型钢，以临时固定钢筋笼，从而便于钢筋笼对接，在钢筋笼下放时应根据护桩来调整桩基中心和钢筋笼中心的重叠，确保其一致性，从而确保钢筋笼竖直度误差在1%以内。

3.5 混凝土灌注施工技术

混凝土原材料需根据设计要求与规范进行检验，通过混凝土拌合站进行集中拌制，并按照试验人员对配合比的要求控制混凝土拌制质量，再由砼运输车运止施工平台附近，采用高压输送泵输送至桩位进行灌注，施工人员要根据运输距离、气候等因素调整砼塌落度，以确保施工现场砼塌落度满足工程要求。

在进行桩混凝土配合比设计时要确保初凝时间满足施工要求，避免初灌混凝土在灌注完成之前不发生初凝现象，桩基利用泵吸反循环方式清孔，泥浆达标后马上进行灌注。

图5 台座长线法胎模示意图

图6 桩底取芯检测情况图

利用垂直导管法进行水下混凝土灌注，初灌采用隔水栓方法进行，其灌注量不少于设计要求的15.1m3，确保导管深埋不小于1.5m。混凝土灌注要连续，确保在初凝前完成整桩灌注，如遇特殊情况，加入缓凝高效减水剂延长初凝时间。混凝土面接近钢筋笼底时，需放慢灌注速度，并将导管深埋，当混凝土面超过钢筋笼底部4m时，应将导管缓提升，防止桩内形成空洞。同时在进行混凝土灌注时应保留混凝土试件，待试件养护完成后送至试验室进行强度检测。

在混凝土灌注过程中，孔内溢出泥浆要进行引流，并利用泥浆泵输送至岸边的泥浆处理池，避免对环境造成污染。

4 结语

该岩溶地区桩基础施工中，采用上述施工技术，经质检部门桩基桩底抽芯芯样检验后，桩基质量全部优良，其中I类桩比例达90%以上，且所有桩基础桩底沉渣经抽芯显示为0cm沉渣（见图6），取得了良好的施工效果。通过该工程实践证明，本文所述的公路桥梁桩基础施工技术完全能满足岩溶地区施工要求，可为其他类似桥梁桩基础施工提供借鉴与指导。

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