浅谈岩溶地区桩基施工技术

2020-03-02

技术与市场 2020年5期

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300)

0 引言

广西地带岩溶现象普遍存在，岩溶区多表现为溶蚀、溶沟、溶槽或单个小型洞穴，裂隙较为发育等形态，无疑是给桥梁桩基施工增加了难度。根据目前的设计要求，在岩溶地区修建桥梁桩基大多采用灌注桩的施工方法，因其地质的复杂性，对灌注桩的处理有很大的难度，施工时既要保证工程质量，又要满足工程进度要求，因此处理好岩溶地区的桩基施工，对于整个工程起着至关重要的作用。

1 工程简介

1.1 工程概况

南宁外环公路工程项目起点为南宁市西乡塘区安吉互通，终点为良庆区玉洞互通，其中那容互通为南宁外环公路工程与现有柳南高速之间的全互通，K39+999.904跨线桥为上跨柳南高速的互通大桥，为该项目重点桥梁之一，大桥全长207.56 m，共设两联。其上部结构为8 m×25 m先简支后连续的预应力砼小箱梁结构，左幅桥净宽18.7 m，右幅桥净宽12.5 m，斜交77度，下部结构桥墩为圆柱式桥墩，桥台为肋式桥台，桥墩桥台桩基孔径为Φ1.5 m和Φ1.3 m。桥墩台桩基础设计均为端承桩，桩端置于完整中风化灰岩中，全桥Φ1.5 m灌注桩35根，Φ1.3 m灌注桩桩20根，桩长为30 m～40 m之间。

1.2 不良地质情况

K39+999.904跨线桥桥位地带岩溶发育强烈，主要表现为岩溶裂隙、溶槽溶洞，遇洞率为55.8%，最小溶洞垂直深度为0.3 m，最大溶洞垂直深度高达9.8 m，溶洞内部分没有填充物，部分填充软流塑状粘土或细砂；其桩基地质岩层以中风化灰岩为主，岩体完成较硬；地表植被茂盛，覆盖层为第四系残坡积层粘土层，地势开阔平坦，处剥蚀残丘地貌。

2 桩基成孔方法的研究与确定

目前桩基成孔方法较多，主要以冲击钻成孔、旋挖钻成孔方法为主，再人工挖孔方法等。冲击钻成孔适用于孔深50 m以下，孔径为80～200 cm的多种地质情况，应用范围广；旋挖钻成孔适用于孔深30～100 m，孔径为80～250 cm的土质地层情况，有一定的局限性；人工挖孔运用灵活，成本低，适用于孔深25 m以下无水或地下水量较小的山区，一般不适用于岩溶地区；在桥梁桩基施工前应充分根据现场地质条件、孔深孔径、施工成本等情况综合考虑选择最合适的成孔方法。

方案的研究比较：①桩长多为30 m以上，且溶洞较大，为确保施工安全不能采用人工挖孔方法。②如采用小扭矩回旋钻机很难穿越硬质灰岩地层；如采用大扭矩回旋钻机因自身重量大运输不便，同时需要配备大型起重设备，不能很好地满足多处作业点的需求。③如采用冲击钻施工具有设备操作简单，设备安装转移快捷，出现机械故障率小等优势。在施工过程中通过回填黏土、片石能很好地解决硬质岩层倾斜大，出现岩溶等情况，同时在施工中经过不断冲击砸实能有效地解决漏浆、塌孔问题。④如需深埋护筒来施工，设备投入大，插打时间长，不经济。

根据本桥地质条件为硬质岩层为主，且处裂隙较为发育、溶洞情况复杂的岩溶地带，决定采用浅埋护筒，泥浆正循环冲击钻机成孔方法来施工。

3 泥浆的制作

泥浆在桩基施工过程是必不可少的，主要起浮渣和护壁防塌孔作用，一般情况下选用塑性指数大于10的膨胀土或者黏性土制作，但针对不同地质条件，施工时其相对密度应符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T50-2011)要求，在岩溶地区桩基成孔施工泥浆极其容易损失，所以泥浆相对密度应取最大值并在施工过程中不断补充泥浆。

4 溶洞、裂隙问题的解决方法

本工程桥梁地质基岩为中风化灰岩，岩溶发育错综复杂，溶洞串数量多达6个，溶洞垂直深度高达9.8 m，溶洞内情况为无填充物的，有半填充物的，有填充物的。

针对本工程溶洞分布广，施工技术难度大，项目部组织全体人员召开技术方案研讨会，对当前存在的岩溶实际情况进行分析研究，最终根据溶洞大小、分布及地质条件确定采用冲击钻成孔方法先施工，再根据施工中遇到的具体情况先采用抛投填充物方法施工，后考虑下钢护筒的方法。

4.1 常规桩基成孔法

溶洞内有填充物时，为软流塑状的黏土或者细砂，并且洞内不漏水，不考虑溶洞的存在性按无溶洞情况采用冲击钻成孔方法正常施工。

4.2 黏土、片石护壁法

溶洞内有半充填或者无填充时，溶洞垂直深度在3 m以内，且洞内漏水严重，护筒内水位高度无法保持稳定时，建议施工技术人员按片石、黏土及整包水泥以1 m3：1 m3：0.7 t的比例进行回填后再冲击，反复不断间隔冲击使漏浆处填充密实水泥初凝形成人工泥石护壁直至不再漏浆，为黏土片石护壁施工法。

采用此方法适用于处理一些小的裂隙、溶沟、溶槽等岩溶现象。

4.3 钢护筒跟进法

溶洞较大时，溶洞垂直深度在3 m以上且为单层或者多层的溶洞串时，建议施工技术人员采用钢护筒跟进法施工。也就是边冲孔边接高孔内钢护筒，使孔内钢护筒最终下沉至孔内溶洞最底位置以确保不漏浆或至孔底。

1)钢护筒的尺寸确定。钢护筒长度、内径、厚度的确定：护筒的长度L=(h+H+0.3) m(h为地勘确定的溶洞深度，H为地面到溶洞顶的距离)；采用单层护筒时，内径控制在大于桩基直径8～12 cm范围之内；采用多层护筒时，最内层护筒内径控制在大于桩基直径8～12 cm范围之内，其外层护筒内径大于相邻内侧护筒外径10 cm为宜；为满足钢护筒在施工的刚度要求，其厚度宜为8 cm左右，在下钢护筒之前必须确保钢护筒尺寸符合要求。

2)钢护筒的沉放控制。钢护筒下沉采用冲锤捶打下沉和利用钻孔时扩孔性能自然下沉相结合方式进行，钻头直径选择为大钢护筒外直径3～5 cm左右。

4.4 使用超前地质钻，提前注浆处理

由于设计院提供的每根桩基钻探地质情况柱状图与现场实际溶洞情况存在不相符，于是项目部通过研究决定，找勘探单位补充部分地质超前钻以便得到详实的地勘情况，超前地质钻孔位置布置为平面正三角形，每根桩基为3处，根据补充的部分桩基超前钻详勘，对与原设计图地勘严重不符的桩基进行了长度加长，有效地避免了溶洞桩基施工的不可确定性，很好地保证了桥梁桩基施工安全，同时对部分漏浆溶洞提前进行注浆使充分填充了裂隙、溶沟及溶槽，做到漏浆溶洞事前控制，注浆时应严格控制注浆配合比、注浆压力、注浆流量3个主要技术参数以保证注浆效果。