基于岩溶复杂地质的高速公路桥梁桩基施工技术研究

袁广学

摘要： 面对岩溶复杂地质环境的高速公路橋梁桩施工，较一般地质环境下施工具有更多的质量控制点，文章以实际岩溶复杂地质环境下高速公路桥梁桩基施工工程为背景，首先就岩溶复杂地质环境进行了简介，然后就文章背景工程从工程情况，地质情况以及施工方案三方面进行了概况，进而对工程桩基成孔施工技术展开了详细的分析，最后就工程灌注桩成桩施工技术进行了简要分析，旨在提供一些岩溶复杂地质环境下高速公路桥梁桩基施工的技术参考，提升施工质量。

Abstract： The expressway bridge pile construction in complex Karst geological environment， has more quality control points compared with that in the general geological environment. Based on the background of the expressway bridge pile foundation construction in complex Karst geological environment， firstly， this paper introduces complex Karst geological environment， and then on the background of the project， from three aspects of the engineering situation， geological conditions and construction plan， makes a general situation， and carries out a detailed analysis of the pile foundation hole construction technology. Finally， the paper briefly analyzes the pile construction technology of bored pile， aiming to provide some references for the expressway bridge pile foundation construction technology under the complex geological environment of Karst， and improve the quality of construction.

关键词： 岩溶复杂地质；高速公路；桥梁桩基；施工技术

Key words： complex Karst geology；expressway；bridge pile foundation；construction technology

中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）34-0131-04

0 引言

随着我国居民生活质量的不断提升，人民汽车保有量的不断提高，汽车出行已经成为了越来越多出行者的选择，而高速公路在流量上可预期的也会处于不断增加的趋势下，因此保障高速公路的建设质量则成为了我国民生建设中的重点所在，而高速公路的建设必然会面临到越来越复杂的建设环境。这其中岩溶地质环境便是十分常见，却又十分复杂的一种地质环境，在整体规律性上很低，在高速公路的桩基施工，极易出现施工失误出现质量不合格的问题。基于此，文章围绕岩溶复杂地质下的高速公路桥梁桩基施工技术为中心，分四部分展开了详细的分析探讨，旨在提供一些在岩溶复杂地质下高速公路桥梁桩基施工方面的理论参考，以下是具体内容。

1 岩溶复杂地质环境简介

岩溶复杂地质环境又被称作喀斯特地貌（如图1所示），指的是具有很强溶蚀力的水对可溶性岩石产生溶蚀作用，进而所形成的地表及地下形态的一种总称。在岩溶地质环境中除了有发生明显的溶蚀作用之外，同时还有因为流水的溶蚀，会出现潜蚀、冲蚀等作用，继而导致在岩溶地质环境的部分区域出现严重的塌陷，从岩溶地质环境的溶蚀强度上也进一步划分为微发育、弱发育、中等发育、强发育四个不同程度类型[1]。对于在岩溶地质环境下建设的高速公路而言，其在前期的勘查过程中极易发现，而针对于岩溶地质环境极易发育小型洞穴、溶沟以及石芽、露头的特点，在勘探阶段一旦发现存在岩溶地质环境，则需要进行进一步的全面性的细致勘探，继而在高速公路的建设前期做好相应的应对措施，切实保障岩溶地质环境下的高速公路建设质量。

2 工程地质概况

2.1 工程概况

文章背景工程位于我国湖南省，为一高速公路控制性大桥，全长360m，其上部结构上装配式的预应力混凝土连续T梁，桥面宽为25m，桥跨度组合为5*35m+5*35m，桥梁所有桥墩均使用双主墩。在桥梁的桩基部分采用的是人工挖孔钻孔灌注桩和灌注桩基础结构，其中桩长分别为30-45m、10-12m。

2.2 工程地质概况

基于岩溶地质环境的特点以及高速公路桩基施工的要求，此处主要从地层分布、地下水特点以及岩溶发育情况三个方面对背景工程的地质环境进行介绍。首先为地层分布，在表面的覆盖层从上至下依次为耕种泥土、亚黏土、碎石粘土、粘土，在厚度上不同地域厚度不均，最薄处8m，最厚处16m。其中地基岩石部分主要为石灰岩，其从上至下，以此为完全风化石灰岩、强风化石灰岩、强风化岩层、微晶结构石灰岩、浅灰石灰岩、深灰色石灰岩，岩体裂隙、岩溶发育。其次为地下水特征，在地下水部分其主要是第四系的冲洪基层的裂隙水和孔隙潜水，水源主要是降水，在溶洞的水位上一般较低；最后为为岩溶发育情况，主要有4种不同类型溶洞，其中2个空溶洞、5个有充填物溶洞、1个多层溶洞以及1个H﹥4m的大型溶洞。有充填物溶洞较多，在填充物的类型上主要包括砂砾、淤泥、粘土以及卵石等等，其中最大的一个溶洞在高度上达到5m，多层溶洞一般高度较小。endprint

2.3 工程施工方案

基于本工程在所处地区岩溶地质环境上的特征，在溶洞桩基地层中无砂层和厚砂砾层的存在，且在地下水的水位上较低，因此适合采用挖孔桩和钻孔桩交替使用的方案进行施工。

3 工程桩基成孔施工技术

3.1 成桩施工难点

就文章背景工程的成桩施工难点而言，其主要几种于三个方面：其一为成孔操作本身难度大，因此在工程所处的岩溶地质环境中，其溶洞在走向、分布以及大小上都难以通过地质勘探的方式完全掌握，因此在成孔操作中难以会出现一些意外的漏洞情况，比如孔壁坍塌、漏水跑浆等等；其二为清孔操作难度大，因为背景工程所涉及到的桩孔都多是深桩孔，在沉渣上往往厚度很大，因此在进行清孔操作时的难度也极大，稍微出现操作上的失误，则可能需要从头开始；其三为混凝土的灌注操作难度大，因为桩孔深度大，所以灌注桩的长度很长，在灌注所需的混凝土放量也就必然很大，所需要持续的灌注时间很长。而因为混凝提的质量本来就就会随着时间的变化而变化，在控制上难度很大，因此极易在灌注的过程中出现流失和断柱的情况，需要严格就灌注的速度和混凝土的坍落度进行控制，这也是文章背景工程在成桩施工中的难点所在。

3.2 挖孔桩成孔施工

在挖孔桩成孔施工环节首先需要进行护壁厚度设计，基于文章背景工程在钻孔深度上的要求，在施工土质较差以及大直径人工挖孔桩条件下施工时，大多数条件下都需要采用分段挖土同时分段进行护壁的方式进行施工，继而确保在施工过程中的操作安全。就本工程而言，对于孔深在6m下的钻孔，因为在土质上较好因此可不进行护壁措施即开挖，对于深度超过了6m的钻孔需要设置护壁，在护壁的厚度设计上设计为15cm。

然后需要进行桩孔开挖工作，基于岩溶地质环境的特点，开挖模式上采用分段开挖的方式，其中较好的土层1m一段，岩溶地层0.5m一段。在开挖的过程中不需要将孔壁表面进行抛光，可人为让孔壁存在一定的凹凸不平的情况，继而增加钻孔桩的摩擦力。而在钻孔中，当遇到坚硬岩石难以挖进时可通过浅眼松动爆破法进行挖进。

在桩孔开挖完成后则可以进行护壁的施工，基于岩溶地质环境的特点，采用外齒型15cm等厚钢筋混凝土护壁，机械搅拌，人工浇筑，每段三块拼接，采用U型卡连接；在护筒施工完成后，进行测量控制，对桩基的高程及桩位轴线需要持续校对，确保钻孔在孔深、桩位以及截面面积上符合设计要求。

在护壁施工完成后，即进行施工钻孔的测量控制工作，首先必须就工程和桩位的轴线进行经常性的校对，进而确保在钻孔过程中的截面面积、孔深、桩位都在设计的要求范围之内。其中轴线的测量控制采用基线十字网控制方法，高程的测量控制通过将控制水准基点向上引至护壁顶面进行测量控制。

最后一步需要对岩溶地质中的溶洞进行处理。对于岩溶复杂地质地貌而言，在进行钻孔灌桩施工中，重点便是需要对钻孔中可能可出的溶洞进行处理，这也是岩溶地质环境使用和一般环境施工的最大区别所在。

首先需要进行的是溶洞的安全处理，即检测溶洞内是否有有毒气体。在检测人员进入溶洞之前，必须保障工作人员的安全系带系稳系牢，安全带和井口上的挂梯之间的连接必须保障其稳固性，确保检测人员在进入溶洞进行检测时的基本安全。当挖空的深度达到10m之后，为保障溶洞内的新鲜空气足够，保障检测人员的呼吸需求，可使用鼓风设备不断向钻孔内吹入新鲜的空气。面对一些深度特别大和内部环境难以有效的溶洞，当采用人工检测的危险过大时，可将鸡、鸽子等活物放进溶洞中半个小时以上，对溶洞内的空气质量进行检测，如检测出毒气浓度较大，则检测人员下洞检测之前，还必须配置相应的防毒面具进行作业，并严格控制下洞检测的时间。

其次需要进行溶洞的承压水检测，在挖孔进尺于溶洞顶面之间的距离仅为1m时，可先钻一个10cm左右的小孔，对溶洞内的承压水进行检测，如存在承压水，检测人员及施工人员需要迅速离开溶洞附近，转移到地面上，在溶洞内的承压水稳定后进行抽取工作，抽取结束后在继续开挖。

最后需要进行溶洞的填充物检测。在溶洞的顶盖被挖穿后，就溶洞内的填充物进行检查，如无填充物，即可将溶洞内的积水和稀浆抽尽，再使用砖砌的方式稳固外圈，然后立模浇筑。当溶洞内存在填充物时，则需要先将填充物的等级进行划分，然后再针对性的处理，处理后后再进行进一步的施工。在具体的处理上当溶洞内填充物为含碎石粉质黏土和软胶装粘土时，可采用铁锹直接进行开挖，需要注意在开挖的过程中，每开挖1m便需要及时进行一次护壁。当填充物为粉细砂或中粗砂时，在挖进的方式上应采用浅进尺、强支护的挖进方式，沿上层护壁外围每挖进20cm，则需要打入Φ20钢钎进行稳固，此外为进一步保障钻孔的稳定性，在钢钎上还需要通过绑扎草袋的方式进一步进行防护，其中每节的最高高度控制在50cm左右。

3.3 冲击钻钻孔桩成孔施工

基于文章背景工程的实际地质情况分析，在高速公路的桥梁部分桩基需采用冲击钻钻孔的方式开孔。首先需要制备泥浆，可将0.2%的纯碱粉渗入泥浆中，提升稳定性；其次需要埋设护筒，采用钢材料护筒，其内径较之桩径需要大0.3m，其中每节高度设置为2m，采用分解卷制，在埋设设计上基于岩溶地质环境的实际情况选择，对于埋深不是很深的护简适于采用挖埋法。此外必须特别注意护简的顶面至少需要比地面高出0.3m，继而避免在施工的过程中，杂物掉落钻孔中，或地表水流进孔内，导致钻孔出现质量问题；然后架设钻机，钻机的支点位置需远离孔口，其具体安全距离可以通过以造成塌方的范围基于一定的数学模型进行估算。同时采用“八”字缆风绳对钻机进行栓拉，并保障在钻机完成安装后，其顶盘和底座之间绝对的平稳，避免在施工过程中在出现沉陷和位移的问题；继而进行钻进作业。在一般土层的钻进时，采用50/75cm冲进钻进，并提升泥浆密度。在岩溶层钻进时，采用100-150cm内变化冲程的模式钻进，并准备足够的片石、粘土以及袋装水泥等材料以应对不时之需，逐渐将洞顶穿透，避免出现卡钻的问题。endprint

最后进行溶洞的处理，和挖孔一样，针对于岩溶复杂地质环境的桥梁桩基施工而言，在溶洞的处理部分也是最为复杂的部分，其所涉及到的施工注意点众多。首先在溶洞的洞顶钻穿之前，需要设置专门的人员，就护筒内的泥浆面进行机密的观察，在护筒内的泥浆一旦出现下降的情况时，即马上进行补充，然后根据探明的溶洞大小使用1：1的比例将片石和粘土放置其中快速进行补充。直到溶洞内的泥浆漏失问题完全解决消失后方可进行常规钻进。通过这种特殊处理和常规钻进交替进行的方式，逐渐将溶洞的顶部击穿。

在洞顶钻开后，基于溶洞内所包含的填充物情况不同，采用不同的钻进处理方式，确保在钻进的过程中，溶洞不出现安全问题。具体而言对于多层和小型溶洞，可采用低标号混凝土进行填充后在进行钻进，对于3-5m溶洞大型溶洞（如图2所示）则需要采用特殊的处理工艺处理[2]。在具体的处理方案上，首先需要需要准备大量的粘土和片石，并在施工现场配置一台中型装载机，在出现漏浆时迅速将准备的粘土和片石铲起，马上进行填孔处理，并补充大量的水于其中；其次在靠近动顶时采用小冲程逐渐击穿，并不断向溶洞内填充粘土和片石，并采用小冲程轻砸的方式使粘土和片石可以充分地進入到溶洞的内壁中，继而保障溶洞的安全性。在溶洞内的所有泥浆漏失问题完全消失且片石和粘土都已经充分进入溶洞壁并形成稳定的溶洞护壁后，方可采用常规钻进的方式进行钻孔。

如果溶洞如果在钻进的过程中出现了十分严重的漏浆问题，则可采用水下混凝土灌注的方式处理保障钻进的继续进行，具体方法上，可从以下几个步骤出发：第一步，依据灌注水下混凝土的施工技术要求，将导管下方至钻孔的底部30-50cm的位置，然后开始向导管内通入混凝土，进行水下灌注；第二步，在溶洞的水下混凝土填充完成后，以混凝土不再出现下降情况和水下灌注的混凝土面超过溶洞顶100cm灌注标准；第三步，在灌注的混凝土强度达到50%左右，采用常规钻进方式进行钻进。此外针对于溶洞的严重漏浆问题也可采用帷幕防渗技术或钢护筒穿过的技术进行处理，避免出现塌孔、漏浆的问题，保障在溶洞部分的钻进正常进行。具体方法上可采用型号为425R的普通硅酸盐水泥搅拌制备施工使用的混凝土干料，如果溶洞的空间面积过大，如直径达到5m，且具备极强的导水性能，还可在制备的混凝土干料内添加一定量的水玻璃提升稳固效果，具体布置如图3所示。

4 工程灌注桩成桩施工技术

4.1 清孔

在钻孔操作完成后，便需要进行下一步的灌注桩成桩施工，而其第一步便是清孔作业。首先需使用测量绳悬挂1kg左右的铁砣，进行钻孔深度的核查；然后使用在底部设置活门的网抽渣筒，在钻孔内进行反复的掏渣，将钻孔底部的沉渣和淤泥清理干净，对于一些在密度上很大的泥浆则可使用水泵进行置换，将钻孔的泥浆密度控制于1.15-1.25内；最后在将钢筋于钻孔内下放完成后，就沉渣的厚度再一次进行检查，如果检查后发现厚度超标，则需要进行再次清孔作业。

4.2 安装钢筋笼

在清孔完成后，需要在最短的时间内在钻孔内进行钢筋笼的安装。具体而言，在清孔操作完成并确定清孔质量合格后，需要立刻将钢筋笼放置于钻孔内，并将其于钻孔口的护筒上进行固定，让下一步的混凝土灌注不会出现钢筋笼向上浮起的问题。而为了尽可能子安装钢筋笼的过程中缩减安装的时间，减少可能因为按章钢筋笼出现的沉渣，可采用钢筋笼套筒挤压接头工艺，缩减安装时间。

4.3 灌注水下混凝土

在于钻内孔内完成钢筋笼的安装后，则需要进行基于岩溶复杂地质的高速公路桥梁桩基施工的最后一步，即水下混凝土的灌注，具体可分五步进行：第一步，需要在漏斗和导管安装安成后，立刻进行第一车混凝土的水下灌注，而第一车混凝土的坍塌度设置上可较大，使管内的水压出，并于混凝土2m以下进行导管的埋设。第二步，在水下混凝土灌注上必须保障连续进行，并安排专业人士就灌注高度进行监控，同时保障导管埋设位于2-6m之间。第三步，在导管提升操作中，必须保障导管处于中间位置，避免出现触碰钢筋笼的问题，提升后的导管埋深还是必须保持在2m以上，在拆除时间上不能超过15分钟。此外在提升的过程中还需要特别注意缓慢提升，避免出现触碰钢筋笼的问题。当浇筑的混凝土面离钢筋笼底端10cm左右时，需要精确控制灌注的速度，避免灌注量过多出现钢筋笼上浮的问题。第四步，当灌注混凝土经过岩溶地层时，需要特别注意将灌注速度放慢，避免压力骤增导致岩溶地层的孔壁坍塌。第五步，最后在完成灌注的混凝土桩高度上需要比设计高出70cm左右，对于多出来的部分，在承台施工前进行凿除，保障整体灌注的质量。

5 结束语

综上所述，岩溶地质环境指的是具有很强溶蚀力的水对可溶性岩石产生溶蚀作用，进而所形成的地表及地下形态的一种总称，极易发育小型洞穴、溶沟以及石芽、露头，因此在高速公路的建设中，如果对岩溶地质环境的前期勘探不够完成和透彻，则极易导致在建设中出现质量问题。文章以实际的工程案例为背景展开，从冲击钻钻孔桩成孔施工技术和工程灌注桩成桩施工技术两个方面对基于岩溶复杂地质的高速公路桥梁桩基施工技术进行了详细的分析探讨，旨在提供一些可供参考的观点和建议，希望可给我国数量众多的高速公路建设单位，在面对基于岩溶复杂地质时以参考和启迪，保障高速公路的建设质量。

参考文献：

[1]沈红国，王昕.岩溶地质条件下的钻孔桩施工方法及常见病害的防治[J].科技与企业，2016（3）：136-137.

[2]朱江.浅析岩溶区桥梁勘察中钻探技术及桩基处理[J].城市建设理论研究（电子版），2014（27）：1215-1216.

[3]骆伟，覃文明.基于岩溶复杂地质下的高速公路桥梁桩基施工技术分析探讨[J].四川建材，2010（03）.endprint