岩溶地区桥梁桩基处治技术研究

张佳

针对关花大道新桥特大桥桩基施工中遇到溶洞、钻进过程中漏浆塌孔、卡锤掉锤、水下混凝土灌注流失等技术问题，施工中采用补浆、回填黄泥片石、钢护筒跟进，增加自动冲孔电子控制设备，加大导管埋深、增加混凝土初存量、埋设钢护筒等措施进行处理，实践证明该处理措施减少了卡锤掉锤等意外情况的发生概率及水下混凝土灌注流失现象，保证了桩基施工质量、进度及安全。

巖溶地质;钻孔桩;施工技术

研究表明桩基础具有良好的抗震、抗暴性能以及很强的灵活性，是减少建筑物沉降与不均匀沉降的良好措施，是克服复杂地质条件下不良危害的重要措施，对结构体系、荷载变化等有较强的适应能力，可作为地基处理使用，能够提高地基的强度及稳定性。但桩基础的造价一般较高，施工工艺比一般浅基础复杂。新桥特大桥桩基础地质复杂，岩溶发育强烈，伴有大量串珠溶洞、裂隙破碎带及漏斗暗河等不良因素，这大大增加了桩基钻进及灌注施工中的操作难度。因此为保证桩基施工的安全质量及效率，采取有效合理的处理措施显得尤为重要。

新桥特大桥全长1416m，共有桩基226根，以冲击钻孔为主。大部分墩台位于河滩、岸边及河中，地形复杂多变，岩溶发育强烈，伴随大量溶洞、裂隙破碎带及漏斗暗河，地质钻探时遇溶洞漏浆现象频发。在如此恶劣的地质因素下给冲击钻孔施工带来具大影响，大大增加了施工难度。

（1）在桩基施工过程中漏浆、塌孔、混凝土灌注流失多发。24号墩4号桩在钻进施工中击穿溶洞，桩孔内浆面迅速下降，几分钟内浆液大部分流失，随后孔口出现塌陷，坍塌面积约为6m。18号墩2号桩，伴随水下混凝土灌注量的增大，护壁承受压力随之增大，导致护壁被混凝土击穿，量测孔内混凝土面迅速下降，造成混凝土大量流失，为补救进行无间断混凝土灌注，最终导致混凝土灌注量严重超方（设计44.28m，而实际灌注141m）。

（2）钻孔过程中机械损害增大，多次出现卡锤、掉锤现象，在锤头打捞过程中增加了施工成本，且造成了工期滞后，严重时只能弃锤重新钻进，造成了较大的经济损失。

（1）钻进过程中击穿溶洞，孔内浆液迅速下降，来不及补浆，且表层砂砾卵石层地下水流失，造成孔内护壁失压，孔口出现塌陷。

（2）为防止开孔表层土塌陷且准确固定桩位，钻孔桩开孔初埋长度为2m的钢板护筒，护筒厚度为1.5mm。但由于深度原因地下溶洞不能被钢护筒所包护，随着水下混凝土灌注量的增加，孔壁压力随之增大，冲破裂隙处护壁，混凝土进去溶洞，泥浆及混凝土迅速流失;同时岩溶地质桩基在钻进过程中扩孔严重，混凝土实际灌注量也远超设计量。

（3）塌孔过程中大量卵石、块石落入孔内，加上较小的桩径，若不能及时提起钻头很容易被较大的块石卡在锤头及孔壁之间导致无法提起，甚至伴随冲填过程中对钢丝绳的磨损导致掉钻甚至是塌孔埋钻。

（1）对于较小溶洞可以采取抛填黄泥、片石的方法进行处理。

当遇到溶洞漏浆时，立即挖起粘黄泥以及粒径大小为15～20cm的块石对桩孔内进行抛填，同时集中泥浆泵往孔内进行大量补浆，回填、补浆过程中伴随锤头进行缓慢夯实进行有效的溶洞堵漏。

（2）对于破碎带、裂隙多地区简单回填效果不佳，可将适量水泥与黄泥拌匀进行回填。根据泥浆渗漏程度的不同控制水泥比例与黄泥拌匀回填封堵，减少冲刷流失。并加强作业观测，检查回填材料的粘结度，并与之前的黄泥简单回填相比，更好的应对破碎带泥浆渗漏等病害问题。

（3）当遇到大溶洞或者串珠状溶洞时，孔内泥浆流失很快，且极易产生塌孔现象，简单的黄泥、块石回填很难补救，此时应进行钢护筒跟进措施进行处理。

现场配备好钢护筒跟进钻机或振动锤，以及足量、直径合适的钢护筒，进行分层递进施工，如图1所示。操作工艺流程如下： 1）场地平整、定位埋设钢护筒→ 2）冲孔至第一层溶洞顶部离溶洞顶面1m处（回填片石及黄泥）→ 3）下放钢护筒至第一层溶洞顶部→ 4）击穿第一层溶洞顶板→ 5）冲孔至第一层溶洞底部并入岩1m（回填片石及黄泥）→ 6）下放内钢护筒至第一层溶洞底部→ 7）钻进并击穿第二层溶洞顶板→ 8）冲孔至第二层溶洞底部并入岩1m（回填片石及黄泥）→ 9）下放内钢护筒至第二层溶洞底部→ 10）循环→ 11）钻至桩底标高（终孔）。

首先将钻头扩大至d+20n（d为桩径，n为穿溶洞个数），埋设护筒d+20n+20cm（d为桩径，n为穿溶洞个数），护筒长度不小于2m，露出地面50cm，正常钻进至第一层溶洞顶板，采用25t汽车吊辅助振动锤，先将内钢护筒分节打入土层中至岩面，每节间均采用坡口双面焊，确保护筒间密闭不漏浆。向孔内抛填1m厚黄泥夹片石，换用小一号的钻头小冲程击穿溶洞顶板，下第三层钢护筒到第二层溶洞顶板并向孔内加黄泥加片石1m厚，用再小号的钻头小冲程击穿第二层溶洞顶板，如此循环钻进直至终孔。

针对机械设备应急能力差，检修保养不到位的问题，经多次研究论证后，在冲击钻机增设自动冲电子控制设备。安装自动冲控制设备后，钻机运行正常，冲程可控，并具备第一时间自动应变突发病害的调整控制功能，较人工手动操作相比，增强了冲击钻机的灵活性，减小了操作手的工作量，使其更加便于机械观测检查及整修改善，同时提高操作手对出现不良地质时的应变能力，节约了人工成本。

前期的桩基施工中，由于岩溶地质桩基扩孔率平均在180%，并且在水下混凝土灌注过程中挤穿护壁流失至溶洞中的现象时有发生，最大超方量达到设计方量的3.20倍，因此针对混凝土流失问题采取了以下施工措施。

（1）保障灌注时混凝土的供应能力。混凝土采用拌合站集中供应，拌合站配置2台HZS120拌合机，生产能力合计为240m³/h，3辆混凝土罐车进行运输，每台罐车运输容量为12m³。

（2）加大混凝土料斗的初存量。考虑到溶洞影响，灌注时采用容量为3m³的下料斗，以直径为1.25m的桩基为例，首盘封底混凝土深度为2.4m，避免了首盘混凝土方量不够造成管埋深不够的问题。

（3）水下混凝土灌注时适当加大导管埋深。灌注过程中，导管埋深一般宜控制在2～6m，最小埋深不得小于1m。岩溶地质时，为避免随着混凝土灌注高度的增加而挤穿溶洞，造成混凝土流失继而导管漏穿，灌注时采用质量过硬、较牢固的导管，适当加大埋深至8m，以有效防止混凝土面突然下降、导管悬空造成断桩。同时为了防止灌注完成撤离导管后混凝土面有所下降而造成桩长不够的问题，灌注时应适当高于设计桩顶高度，以高出设计1.5～2m为宜。

（4）处于大溶洞以及串珠状溶洞地质的桩基，采用钢护筒递进方式钻进，既在钻进过程中预防了漏浆塌孔，有效的防止了灌注混凝土时护壁被挤穿的情况，同时也大大减小了岩溶桩基的扩孔率，降低了混凝土的损耗（见表1）。

在关花大道新桥特大桥桩基施工中，通过以上几种控制措施，有效的保证了岩溶地质桩基施工的顺利完成，桩基质量得到有效保证，经第三方单位检测所有桩基完整性均为Ⅰ类，无缺陷或不合格桩，得到了业主及检测单位的一致好评。同时加快了施工速度，节约了施工成本，有效的保证了全桥桩基在既定工期内的顺利完成。

[1]徐青旺.岩溶地区桥梁桩基施工技术优化研究[J].铁道建筑技术，2017（12）：64-68.

[2]郑新军.复杂岩溶地段桥梁桩基施工技术[J].中国西部科技，2015，14（5）：55-56.

[3]刘国喜.岩溶地区大桥桩基下伏溶洞稳定性研究[D].北京：北京科技大学，2005.

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（China Railway 16 Bureau Group fourth Engineering Co.， Ltd.， Beijing  101400）

During the pile foundation construction of the new bridge of Guanhua Avenue， there are some technical problems， such as karst cave， slurry leakage and hole collapse during drilling， hammer sticking and hammer dropping， and underwater concrete pouring loss. During the construction， slurry filling， yellow clay rubble backfilling， steel casing follow-up， automatic punching electronic control equipment， increasing the buried depth of conduit， increasing the initial stock of concrete， embedding steel casing and other measures were adopted to reduce the sticking Accidents such as hammer dropping and underwater concrete pouring loss ensure the quality， progress and safety of pile foundation construction.

karst geology;bored pile;construction technique