钢护筒处理岩溶地区大型溶洞桩基施工探讨

丁华仁 刘向阳

摘要：文章结合贵州省六威高速公路第LWTJ-11合同段箐沟大桥K69+690左12-2#、右12-1#桩基溶洞处理工程实例，探究钢护筒在岩溶地区桩基施工中的应用。钢护筒在岩溶发育、地下暗河、地质条件复杂的桩基施工过程中可有效降低施工安全风险，提高成桩基施工质量，节约施工成本，加快桩基施工进度。

关键词：箐沟大桥;岩溶地区;桩基;大型溶洞;钢护筒

中图分类号：U445.551 文献标识码：A DOI：10.13282/jcnki.wccst.2019.08.031

文章编号：1673-4874（2019）08-0114-03

0引言

箐沟大桥位于毕节市威宁县境内，处于岩溶地质发育的贵州南岭东部云贵高原山区，桥梁隶属于威宁县炉山镇光明村。桥梁设计荷载为公路I级。项目共有桥梁桩基168根，长度>15m的桩基采用钻孔灌注桩，长度<15m的地形采用人工挖孔桩。由于该区域属于贵州岩溶发育地区，喀斯特地貌，地下存在许多溶洞与暗流。根据地质勘探资料显示该桥主要以强中风化玄武岩、灰岩主为主，桩基溶洞出现频率较高，多处桩基存在溶洞连通现象。其中K69+690左12-2#、右12-1#桩基溶洞地勘显示深约6 m，宽度约8m。因此，本文以箐沟大桥左12-2#、右12-1#桩基为例，探讨岩溶地区钢护筒处理大型溶洞桩基的具体应用。

1桩基设计及地勘情况

箐沟大桥左12-2#、右12-1#桩基设计桩径为2.2m。左12-2#桩基设计桩长30m，右12-1#桩基设计桩长23m，皆为嵌岩桩，设计嵌入完整中风化灰岩≥5.5m。根据设计地质勘查报告可得，左12-2#、右12-1#桩基下方存在大型溶洞。其中，左12-2#桩基0～2.3m为碎石土，2.3～6.6 m为强风化玄武岩，6.6～12.9m為溶洞区，12.9～16.5m为强风化玄武岩，16.5～30m为中风化灰岩;右12-1#桩基0～1.8m为碎石土，1.8～5.4m为强风化玄武岩，5.4～12.2m为溶洞区，12.2～18.3m为强风化玄武岩，18.3～23m为中风化灰岩。

2桩基实际地质情况

由于受地形限制，钻机无法在此安装，故采用人工挖孔桩施工。桩基开挖后发现，实际地质情况与设计地勘资料存在差异，根据现场数据可得：左12-2#、右12-1#桩基下溶洞相互连通，溶洞高约14.54m，宽约9.12m，有向周边及下方发育现象。其中，左12-2#桩基0～1.5m为碎石土，1.5～4.3m为强风化玄武岩，4.3～18.84m为溶洞区，18.84～23.52m为强风化玄武岩，23.52～30m为中风化灰岩;右12-1#桩基0～2.1m为碎石土，2.1～6.2m为强风化玄武岩，6.2～15.85m为溶洞区，15.85～17.30m为强风化玄武岩，17.30～23m为中风化灰岩。溶洞具体布置见图1。

3具体施工方案

3.1现场施工条件分析

（1）箐沟大桥左12-2#、右12-1#桩基位于陡坡山体上，设计桩基中心距为6.7m，由于受地形限制无法在陡坡山体上安装钻机，钻孔灌注桩施工难度较大，故只能采用人工挖孔桩进行施工。

（2）溶洞揭开小口后，通过进入溶洞勘察发现，溶洞内部潮湿，溶洞高约14.5m，宽约9.12m，溶洞贯通两桩基向横向发育较大，溶洞有向周边及下方发育现象，溶洞内部裂隙较多，溶洞空腔约2180m。

（3）桩基溶洞范围较大，桩基长度较长，进行桩基混凝土浇筑时对混凝土桩基护壁压力较大，使桩基护壁发生破坏易造成桩基质量问题及混凝土浪费。

3.2施工方案比选及确定

结合桩基溶洞及现场实际情况，可采取浆砌片石回填、混凝土填充、钢护筒等三种处理方式。由于桩基溶洞范围较大，溶洞横向、竖向发育明显。若采取浆砌片石填充，一方面片石材料不方便运输至溶洞内部;另一方面，施工人员在桩基溶洞内部的施工安全风险较大，施工工期较长。若采取混凝土填充方式进行溶洞处理，一方面溶洞空腔较大，混凝土使用量较大，施工成本较高;另一方面溶洞有向周边及下方发育迹象，并且溶腔内部裂隙较多，采用混凝土填充，混凝土可能会随着裂隙流向深处地下暗河，造成混凝土流失，不能保证施工质量。若采取钢护筒施工，一方面施工人员不用到溶洞内部进行施工，可确保施工安全;另一方面，钢护筒可由厂家订做，施工质量可靠，安全性较高，造价相对较低，安装速度也快，比较符合现场施工情况。

为确保箐沟大桥左12-2#、右12-1#桩基溶洞施工安全、质量及进度要求，经浆砌片石回填、混凝土填充、钢护筒等多种方案比选后，确定采用钢护筒对桩基溶洞进行处理，以确保处理的效果及安全。

4溶洞现场处理

4.1钢护筒施工流程

做好“三通一样”工作，清理桩基溶洞底部泥渣后，浇筑钢护筒基座，基座采用C20混凝土，基座直径比桩基成孔直径大40cm，基座高50cm。钢护筒根据溶洞大小情况按1.5m/节或1.0m/节订做，拉至现场后进行现场拼装和焊接，每节长度宜为3～6 m。现场用吊车进行钢护筒分节吊装，吊装完以后，在洞内及时进行满焊接加固，钢护筒超出桩基溶洞上部50cm。钢护筒安装完以后，对钢护筒进行顶部及底部加固。钢护筒施工完成以后，桩基底部开挖每循环深度宜控制在30cm，开挖完以后及时施做钢筋混凝土护壁，如此进行三个循环。三个循环后正常进行桩基开挖直至终孔。具体施工流程见图2。

4.2钢护筒加工与订做

通过力学计算，钢护筒宜采用2.2cm厚钢板卷制而成，每节长宜为1.5m。钢护简直径宜为2.3m，钢护筒连接采用螺栓和焊接两重连接，焊接完成后采用1cm厚、宽30cm的钢板进行包裹加劲焊接，环向间隔30cm以确保在安装及混凝土浇筑过程中钢护筒的整体刚度（见表1）。

4.3钢护筒施工

将钢护筒现场加工及连接完成后，采用20t汽车吊先将内钢护筒分节吊入桩基溶洞底部基座上，平稳垂直安放后，进行钢护筒底部加固，通过基座底部预埋钢筋和钢护筒连接，确保钢护筒稳固。

钢护筒下放安装过程中，汽车吊要保持平稳，钢护筒的平面位置一定要居中，要做到尽可能避免因局部偏心造成的钢护筒偏位或倾斜。采用铅锤及水平尺控制好各节钢护筒连接的垂直度，符合各项施工规定。一旦出现偏斜的现象，应立即停止施工，马上纠正，对可能发生偏斜的不利因素要尽早消除。

4.4钢护筒垂直度控制

安装钢护筒过程中要采取铅锤及孔口施做控制架进行双控，并用铅锤仪进行辅助控制，每拼装2节宜进行复核一次，如此循环直至钢护筒安装完成。垂直度宜<1%L（L代表钢护筒长度）。首节钢护筒安装后预先采用薄钢板进行调平并采用水平尺进行复核，满足要求后再安装第2节钢护筒，如垂直度超過设计规定要求，在接口位置也采用薄钢板进行调平，如此循环直到钢护筒安装完毕。

4.5桩基混凝土灌注

由于本桩基为旱桩，桩基成孔后进行孔底清理。当孔底沉渣满足设计及规范要求后可进行混凝土灌注。灌注前应检查钢护筒的整体稳定性。针对岩溶地区地下溶洞及暗河桩基经常会出现混凝土超方现象，桩基施工前要精确计算混凝土的设计方量。计算方量应按现场桩基成孔直径计算，并在施工中严格监控。若出现混凝土标高突然下降或超方较大，应立即停止桩基混凝土灌注，必须查明相关原因并采取相关措施，必要时对桩基进行砂土回填后重新进行桩基开挖。混凝土浇筑过程中应严格控制灌注速度，根据钢护筒高度合理调整灌注速度，防止混凝土压力将溶洞钢护筒护壁挤压破坏。为防止这种现象发生，在钢护筒区域对钢筋笼局部采用钢筋网加密，以减少混凝土对钢护筒的冲击。

在箐沟大桥左幅12-2#、右12-1#桩基钢筋笼制作过程中，都统一在钢筋笼5～19m位置增加了Ф6.5（10×10cm）钢筋网加密。通过现场桩基灌注，这两个桩基混凝土量得到了很好的控制，均与计算量差值较小。

5桩基施工情况说明

箐沟左12-2#、右12-1#桩基于2016-06-01开挖，于2016-07-08终孔，2016-07-20进行混凝土灌注。桩基溶洞区域采用钢护筒施工，共灌注混凝土量为273m（设计量为262.2），混凝土量控制得比较好，通过桩基检测报告显示该溶洞桩基桩身混凝土完整，为I类桩。

6结语

钢护筒岩溶处理方法在岩溶发育、地下暗河、地质情况复杂的桩基施工过程中，安全风险低，施工质量可控、施工工期短、造价成本低，可避免出现安全、质量事故。因而，在岩溶、地下暗河较多地区的桩基溶洞处理中，可先对周边环境进行调查，综合考虑多种溶洞处理方案，在确保桩基施工安全、质量的前提下择优选择施工成本低、工期快的处理方案。