桥梁桩基础特殊地质施工技术初探

史文辉

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008)

1 工程概况

某桥梁工程主墩采用桩基础，桥梁承台尺寸为：长×宽×厚=12.0 m×14.0 m×3.0 m，在承台下方设置钻孔灌注桩，共9根，桩径为1.8 m，按照嵌岩桩进行设计。与小箱梁相接部位的过渡墩采用圆柱墩。基岩表面上部可见少量石炭系，其厚度在1～3 m范围内，下部以志留系泥岩为主，场地地质条件特殊，主要为溶洞，其高度大多超过5 m，空间表现为串珠状，填充物包括碎石、黏性土与砂土，存在严重的漏水现象。在深入分析特殊地质条件下桩基施工可能发生的问题基础上，结合该工程实际情况，制定行之有效的处治对策。

2 桩基础施工中特殊地质处治

2.1 处治原则

(1)根据前期地勘资料结果，对区域内岩溶较为发育的段落应优先考虑绕避。

(2)如果无法直接从岩溶发育区域中跨越，应采用不同方法确定溶洞具体分布情况及顶板力学特性，在必要的情况下还应对溶洞中的填充予以专门试验，以此确定各项力学性质，从而为之后的处治工作提供可靠参考依据。

(3)在溶洞处治过程中，应对包含溶洞填充、位置与尺寸等在内的各项因素进行综合考虑，以此保证特殊地质条件处治的安全性和经济性。

2.2 处治技术

遵循以上基本原则，对于溶洞这一特殊地质条件，常用处治方法包括回填、注浆与钢护筒跟进，不同处治方法有不同的适用条件：对于小型溶洞(高度在2 m以内的溶洞)，建议采用黏土冲孔固壁的方法处治；对于大型溶洞(高度在2～5 m范围内的溶洞)，当为全填充形式时，建议采用水泥、黏土和片石造浆的方法处治，当无填充或填充物以流塑状为主时，建议采用灌注混凝土的方法处治，采用强度等级为C20的混凝土；对于特大型溶洞(高度超过5 m的溶洞)，当为全填充形式时，建议采用水泥、黏土和片石造浆的方法处治，当无填充或半填充形式时，建议采用钢护筒跟进法进行处治；对于其它溶洞，建议采用水泥、黏土和片石造浆法进行处治。

(1)对于造浆回填法，是指通过对混凝土、黏土及片石等的回填进行反复冲击造壁，针对没有通过勘察发现但在成孔时被发现的溶洞，可按照适当比例对水泥、片石与黏土进行混合、填筑与复打，到成孔为止，若需要反复进行回填与复打，则可适量添加外加剂来提高泥浆的胶体率与黏性，从而保证护壁质量与效果。

(2)对于混凝土灌注法，适用于大型溶洞和填充物以流塑状为主的溶洞，由于泥浆有很大侧向压力，且自稳性相对较差，所以可通过混凝土的灌注来达到护壁效果，采用强度等级不低于C20的水下混凝土。

(3)对于钢护筒跟进的方法，适用于空孔与半填充形式的大型与特大型溶洞，当采用开孔护筒时，护筒的内径按照孔径+30 cm控制，冲锤直径按照孔径+1 cm控制，成孔直径按照设计要求的孔径+5 cm控制，护筒长度为2 m，护筒的底部标高为1.5 m，护筒的顶部标高应达到地面以上0.5 m，护筒在开孔之前安装，具体的安装方法为完坑埋深和回填夯实；当采用跟进钢护筒时，护筒的内径按照孔径+5 cm控制，冲锤直径按照孔径-2 cm控制，成孔直径应满足设计要求的孔径，护筒长度根据溶洞高度确定，护筒底部标高以达到岩面为准，护筒顶部标高以达到地面以上0.5 m为准，护筒在冲孔到溶洞顶部1 m左右后安装，具体的安装方法为采用起重机和振锤将护筒振入。

3 处治技术和指标

该桥梁45#墩所在位置的岩溶较为发育，现以该墩位的0#与5#桩为例，对其岩溶处治方案予以比选。结合工程的具体情况，考虑到场地内岩溶较为发育，而且无法直接跨越，故根据前期探勘成果，找出桩位内溶洞所在位置、尺寸大小与填充情况。与此同时，对该墩两处桩位的溶洞填充物实施土工试验，经试验，0#桩位溶洞分布在32.7～33.7 m范围内，填充以软塑至流塑状黏土为主，属全填充，局部可见溶蚀；5#桩位溶洞分布在25.5～33.3 m范围内，呈串珠状，填充以白云岩碎屑和软塑状黏土为主，属全填充。根据以上孔位溶洞实际情况，桩基施工中应将必备材料准备充足，保证溶洞钻穿过程中可以立即补浆，并防止灌注时填充物进入到孔中。

由于该桥梁45#墩所在区域的溶洞较为发育，而且桩位地质环境较为复杂，有多层小溶洞分布，溶洞的填充以全填充与半填充为主，而且填充物的强度很高，在保证桩基施工质量的基础上，应尽可能降低工作难度，并节省材料消耗，缩短处治的周期。基于此，对该墩地质条件进行综合考虑，并结合现有各项处治技术，设计决定采用造浆法进行处治。该处治方案可以对多层分布的小型溶洞进行有效处治。另外，由于该桥梁工程周围有采石场分布，可减少工程造价，而且这项处治技术相对成熟，难度较低，能实现预期的快捷性、可靠性和经济性等目标。

在桩基的冲孔施工中，以泥浆密度为依据适量添加黏土与膨胀土，在桩锤将溶洞顶部岩层完全冲破以后，立即投入片石，之后按照设计确定的比例投加黏土和片石，需要注意的是，黏土应使用水泥袋进行包装，然后整袋投入。

(1)采用钻头对溶洞进行施钻，钻穿以后立即补充水、片石与黏土，其中，片石的直径应按照10～20 cm控制，片石和黏土按照2∶1的体积比进行投放，并补充足够的水，避免塌孔，片石的具体回填高度应达到溶洞顶部高度不小于桩径的3倍，之后采用小冲程对混合料进行冲击，直到溶洞边产生稳固的护壁。

(2)采用黏土碎石将孔隙完全堵塞以后方可继续钻进，直到设计要求的桩底标高，此时即可完成桩基成孔。

(3)在初次完成回填与复打之后依然可能发生漏浆，此时要按照设计要求的比例对水泥、黏土和片石进行混合，然后将其添加到回填材料当中，加以的混合比例为水泥∶黏土∶片石=1∶10∶20，对以上过程进行重复，直到桩基成孔完成。

(4)材料的回填应按照以下顺序进行：先回填水泥，再回填黏土，最后回填片石。在钻孔过程中，如果发现泥浆的流失情况比较严重，则应重复添加黏土与片石，将整个溶洞填满为止，避免孔中的泥浆发生渗漏。

该桥梁工程45#墩处溶洞使用片石水泥土进行造浆处理，在成桩以后通过质量检测，发现该墩每个桩基都能达到I类桩的水平，这说明该方案的应用能有效避免成孔时产生各类问题，保证桩基施工能够顺利进行，并降低施工难度与处治成本，从而加快溶洞这一特殊地质条件的处治效率。

4 结 语

综上所述，在桥梁桩基础施工中经常可能遇到特殊地质条件，如岩溶地质等，在这种情况下，为保证桩基础施工能够顺利完成，将特殊地质条件对桩基础造成的不利影响降至最低，应在施工中根据工程实际情况，结合特殊地质条件制定行之有效的处治措施，并在施工中加以严格执行，以此保证桩基施工质量与安全，为之后的墩身与上部结构施工奠定良好基础。