公路桥梁桩基工程溶洞处理研究

2018-03-19丛伟

城市道桥与防洪 2018年2期

丛伟

（中国建筑第六工程局有限公司铁路公司，北京市 100067）

0 引言

根据相关调查可以了解到，岩溶是因其自身所特有的可溶解于水特性而形成的，其具备一定程度的腐蚀性功能，在此基础上溶洞产生就是岩溶中不溶解于水的碳酸钙和水、二氧化碳发生反应，生成碳酸氢且溶解于水。在公路桥梁桩基工程具体施工过程中，一旦存在溶洞等特殊情况，地质条件便会受到一定影响，进而大大增加了施工难度和成本控制情况。因此为了有效保证钻孔灌注桩的施工安全性和成孔效率，防止各种病害现象产生，施工人员需要基于岩溶地质规律和分布特点制定科学合理施工措施，从而为公路桥梁桩基工程施工质量提供良好保障。

1 工程概况

在此以某省公路路段为例，其跨域了两大乡镇，该路段型号主要是K32＋686～K42＋526.72，实际长度约为9.35 km，而桥梁建筑结构共包括32座，大型桥梁结构10座、小型桥梁结构9座、天桥5座及中桥8座等，并且该路段主线路程上半部分主要为黏土层类型，如灰岩、砂岩土质，其中岩层风化在中风化范围区域内，而其中以变质岩为主的丘陵区域则为K38+208～K42+526，主要以强风化麻岩土质为主。同时该路段大桥结构上半部分均采用预制T梁、预制箱梁及现浇梁等结构，而下半部分则是以柱式墩结构为主，基于对施工现场地质条件的充分考虑，采用人工挖孔手段来进行灌注桩施工，而桩基类型则为摩擦桩。

2 基于溶洞公路桥梁桩基工程设计与施工技术分析

基于目前实际情况来看，溶洞区域钻孔桩施工存在的最大难点便是如何能在有效保证溶洞区域顺利成孔的前提下防止其出现掉钻或是卡钻现象，这就对实际操作人员提出了严格标准要求，其不但要在充分了解桩孔地质条件下时刻关注钻孔期间容易出现的各种问题，还需要随时掌握钻孔变化情况，进而基于此制定合理施工方案，为钻孔施工顺利展开提供有效保证。

2.1 泥浆造壁施工技术

在新时期发展背景下，泥浆造壁施工技术也逐渐得到普遍应用，其具体就是指在充分掌握了解溶洞物质类型基础上，通过高质量泥浆进行护壁施工，并且基于标准比例规范向其中加入水泥、草袋、碎石及烧碱等混合性材料，并借助钻头将其完全振捣，进而将填充材料与泥浆一起放入到溶洞缝隙中去，实现泥浆护壁最佳效果。一般该种方法主要适用于溶洞尺寸及桩径较小的溶洞类型，具体情况具体分析，并且泥浆造壁法中加强型泥浆的配制情况也是溶洞处理成效好坏的主要影响因素之一，因而施工人员在对其进行配料选择时一定要提高重视，如黏土作为泥浆使用中基础性材料之一，具备粘度较强且含砂率较小的优势，因而在具体配制时需要其含砂率小于4%、造浆能力大于220 LPkg。除此之外，因烧碱具有泥浆粘稠度提高性能，因而对孔壁漏浆现象能起到很好遏止作用，而碎石对于溶洞加固也能起到有效帮助作用，通常选择16～23 cm之间片石或8 cm以下碎石，从而以便实现溶洞处理最佳效果，公路桥梁桩孔溶洞示意见图1。

图1 公路桥梁桩孔溶洞示意图

2.2 钢护筒跟进施工技术

从钢护筒角度来看，其属于公路桥梁钻孔桩基础施工中的一项辅助性措施，而护筒存在的主要目的便是实现公路桥梁桩基有效定位和控制孔内水压力，而溶洞区域钻孔桩基础施工，由于其地质条件极为复杂，一旦处理方法选择不当将会导致泥浆出现迅速流失和塌孔现象，甚至一旦其出现在混凝土结构之中，断桩等安全事故的出现可能性是非常大的。由此可见钢护筒跟进法应用尤为重要，具体步骤如下：（1）施工人员先通过振动打桩锤使孔壁上的岩石和地层下沉；（2）使用回旋钻机进行钻孔，将钢护筒缓慢下放，在最接近溶洞时向其中抛下填充片石等物体；（3）利用钻机等设备针对溶洞周围结构展开挤压工作，促使溶洞护壁处于密实状态，便于实现护孔成桩最佳效果。除此之外，在利用钢护筒跟进法进行溶洞处理时，基于其实际覆盖度淤泥砂量一般可分为两种类型：一种是溶洞泥砂层和覆盖层都处于较薄状态，而钢护筒在塌孔出现后并不会出现变形，这时施工人员应先将钢护筒较短吊起，为其更换新设备或是直接穿过溶洞到达岩层结构，这样再进行溶洞钻孔施工时，便可通过增加泥浆粘稠度，提高填充材料的密实性水平，进而保证钢护筒顺利下放。另一种则是溶洞淤泥层和覆盖层都处于较厚状态，钢护筒承受压力较大容易导致其出现分布不均匀现象，进而发生严重变形，这时就需要工作人员将钢护筒设备吊起，将附近存在土质彻底挤压密实方可实行钻桩，同时还需要对钢护筒尺寸进行合理调整，防止其再次出现变形情况[1]。

2.3 密闭压浆施工技术

通常密闭压浆技术的应用展开主要是以化学加固为原理，借助高压输浆泵设备来将泥浆以导管均匀导入方式融入地层结构之中，进而使原先处于松散状态的砂石迅速加固，凝结成一种抗水性能较好且岩体胶结稳定的新结构，这不但能对钻孔条件起到改善作用，还能为钻孔施工顺利完成提供一定保障。因密闭压浆具体时间存在较大差距，因而其通常又可分为钻前密闭和钻中密闭，钻前密闭主要是利用小型钻孔设备到达溶洞区域，通过高压注浆泵将其注入到溶洞之中，并且迅速进行填充；而钻中密闭则是在溶洞砂石固结完成后实施钻孔，必须保证的首要前提便是溶洞内部一定要有砂石等填充物质[2]。

3 公路桥梁桩基工程溶洞常见故障的处理手段

3.1 漏浆处理

通常在对公路桥梁桩基工程进行钻孔灌注桩施工时，相关施工人员必须要时刻关注泥浆高度实际变化，一旦在此期间发现泥浆面出现异常情况，便应立即停止钻孔施工，在将钻头取出的基础上针对其异常情况的出现原因及治理措施展开详细探讨，如在对公路桥梁桩基进行钻孔灌注桩施工时，一旦护筒底部发生泥浆溢出情况，护筒设备便会迅速下沉，这时施工人员就需要将底部漏浆位置进行封闭堵死，并通过黏土来对其周围缝隙有效填充，从而实现良好密封效果，防止漏浆情况再次发生。除此之外，溶洞内部出现缝隙或是与其他溶洞连接，也会导致泥浆流失，这时施工人员就需要停钻，针对溶洞内部实际情况详细检查分析，从而及时采取有效措施进行施钻[3]。

3.2 卡钻、埋钻处理

基于冲击钻施工背景下所产生的卡钻问题具体包括以下几种类型：钻头使用时间较长致使其磨损情况严重、钻孔孔径与实际设计不相符及因钻机位置不够稳定导致钻杆振动等。因此为了有效解决上述存在问题，施工人员可采取以下措施：保证施工现场地面平整，将钻机有效固定，在频繁施工过程中及时更换钻头，并且钻进步骤应按照小冲程——大冲程——正常冲程顺序进行，并且还要提前对溶洞顶板高度进行预测，在靠近溶洞顶部位置时适当降低钻孔速度，从而防止出现卡钻等现象。通过相关调查可知，一般埋钻问题的出现不易提前采取预防措施，而导致这种现象出现的根本原因在于孔壁塌陷，再加上溶洞顶板较薄，一旦钻头超出顶板范围，便会出现顶板塌陷、溶洞坍塌等情况，从而引发埋钻情况的出现。而对此现象可采取的处理措施便是有效保证孔内水压处于稳定状态，在靠近溶洞顶板位置时适当降低钻孔速度，并且还要做好钻机撤离准备，进而为公路桥梁桩基施工质量提供良好保障。

3.3 混凝土泄漏处理

在公路桥梁桩基工程钻孔灌注桩施工过程中，混凝土的泄漏情况可以说是频繁发生，而导致这种现象出现的根本原因在于砼密度大于泥浆密度。在灌注期间砼的自重和压力会全部下放到桩孔底部位置，致使侧壁压力大幅度提高，一旦其超出钻孔桩护筒极限便会出现混凝土泄漏。针对此种情况可采取的处理措施如下：在孔壁彻底封闭后，向其中抛入黏土或是片石等填充物，便于实现二次成孔，对孔壁进行加固；对于一些高度较高且容量较大的溶洞来说，一旦钻头超出溶洞顶部，仍要继续前行，并且保证桩径、标高达到合理标准，从而实现公路桥梁桩基溶洞的最佳处理效果[4,5]。