岩溶地区桥梁桩基础施工技术探讨

2021-12-02冯建

科学技术创新 2021年32期

冯建

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100025）

由于岩溶地区自身存在的大量地下水物质，进而对岩石内部结构产生巨大影响，最终形成数量较多、深浅和大小各异的溶洞。由于岩溶顶部基础环境十分薄弱，如果操作不当极易产生结构破裂问题。因此想要在此种自然环境和地质结构中开展桥梁基础施工，就要在岩溶地区桥梁桩基础施工中，预先做好桥梁工程桩基的逐墩勘测，制定科学合理的方案，采取成熟的技术手段进行施工。

1 岩溶地区地质形成原因

岩溶地区在形成过程中，又被称为喀斯特地区，从本质上来看，主要指的是地区内部的岩石裸露，进而成为各种特殊岩石地形。岩溶地区的外貌形成过程中，不仅需要在岩石地区进行全面发育，并且在其他类型的可溶解性的岩石仍然在区域内广泛的分布。而岩溶地区的形成原因如表1。

表1 常见岩溶地区形成原因分析

2 工程概况

以某段高速公路为例，该段路标段范围内包括中桥3 座、大桥13 座、特大桥5 座、箱型小桥1 座，22 座桥梁工程。整个桥梁工程涉及桩基础施工、挖井基础施工等。桥梁基础设计包括桩长最大：51m，桩径：1.25m 与1.5m 两种。本标段内主要位于湖北省，施工区域地形相对陡峭，中低山区溶蚀、侵蚀构造，呈阶梯状分布，地表水质良好，熟悉发育丰富，岩溶水是主要地下水溶，广泛分布碳酸盐岩，沿线主要途径地质条件为孔隙潜水（松散岩土类）、岩溶水（碳酸盐岩）等。施工区域，分成为冲积粉质粘土、寒武系中统灰岩等。

3 桥梁桩基施工技术及工艺流程——以岩溶地区为例

3.1 岩溶地区桥梁桩基施工技术

岩溶地区桥梁桩基施工技术有以下几种，每种技术具备特点与不足明显不同，充分满足不同工程的施工需求，具体如表2。

表2 岩溶地区桥梁桩基施工技术分类及特点

结合工程实际情况以及建设单位要求，综合分析后，本工程在岩溶地区最终采用冲孔技术进行施工。

3.2 施工流程及技术要点

如图1 所示，一般情况下岩溶地区桥梁装施工技术流程主要包含以下等方面的流程内容。

图1 施工工艺流程图

3.2.1 测量定位线

桥梁桩基础施工自身具有严格的质量水平要求，所以在图纸设计以及测量定位线安装方面，需要严格按照设计图纸施工，在设置安放钻机时，技术人员在测量定位线时，不能过度忽略桩基辅助以及保护点。对于护筒的设置，则需要考虑后期桩基遇溶洞时能够使用钢质护筒开展跟进施工；对于护筒的埋设，则其高出地面位置0.3-0.5 米，保证后续桩基施工期间地表水不灌入孔内，从而改变泥浆比例。并结合本工程实际情况，从溶洞高度与溶洞整体面积两方面入手，制定相应的溶洞处理方案，具体见表3、表4。

表3 不同溶洞高度溶洞处理技术方案

表4 不同面积溶洞处理技术方案

3.2.2 冲孔操作

当岩溶地区的桥梁桩基础施工中出现卡钻或者斜孔的情况时。在用填充物进行部分填充处理，而没有机芯填充的溶洞，则可能导致低压区的出现。再进行钻进时，泥浆会在压力作用下，沿着裂缝处渗漏，造成埋钻和塌孔等情况，因此，冲孔是施工中至关重要的一个步骤。在冲孔时，为了避免出现更多问题，保证能够正常成孔，需要制定科学合理的解决措施。

3.2.3 冲击钻施工

近年来，我国道路桥梁发展迅猛，随着工程施工规模的不断扩大，冲击钻灌注桩技术凭借承载能力强、抗震性良好的优势得到了广泛运用，在工程中发挥着重要的作用。在实际开展道路桥梁实施环节中，需要利用冲击钻设备，并且结合卷扬设备共同开展项目施工相关作业，在使用冲击钻设备进行钻孔施工操作时，设备应该始终保证提升钻头区域，并且利用自动下落等技术模式，致使冲击钻设备的钻头区域可以以垂直运动方向进入土层结构中，进而充分发挥出较大的冲击作用，保证孔洞可以顺利钻取。同时在设备操作整个流程中，会产生大量的残渣和废物，使用冲击钻设备可以保证以上物质在压力的作用下，准确地落进空洞的内部结构中，最终通过泥浆循环的途径排出来。冲击钻在不断钻进的过程中，要结合地质层的实际状况，对各类钻头进行针对性选取，如可将管形钻头用于砂砾石结构土层、十字形钻头用于碎石类土层。

3.2.3.1 施工准备环节

想要在岩溶地区开展桥梁桩基础施工环节，其冲击钻设备正式开始施工之前，需要按照回转钻头的使用需求准备相应的施工条件，同时还需要在施工区域一侧挖掘废渣沟渠。有岩溶的钻孔桩在施工前，提前备10～20m3粘土混合料、附近的片石，片石比例在70%以上。针对软土或淤泥质土墩位当地下存在较大溶洞时，准备I22 工字钢9 米1 到2 根，钻孔时支垫在桩机下面，避免钻孔时出现塌孔倾倒等情况。每项工程施工之前，提前准备2～4 米/节钢护筒，备个别钻孔桩施工时使用。在场地准备上，需要“三通一平”，软地基上填片石确保强度与稳定性，避免施工中出现坍塌、倾倒等情况，于操作平台四周设置好科学的排水沟，一旦出现漏浆（桩孔），可立即进行补救。在机械准备上，需要至少1 台装载机、挖机，运输车，一旦发生漏浆，迅速采用粘土、片石回填入孔等操作。2 台D220 型泥浆泵/每台钻机，备用。

3.2.3.2 冲击钻就位

在整个冲击钻使用之前需要保证设备就位，需要针对立桩位置进行重复审核，等待设备就位之后需要同时建立钻孔立架，进一步拉伸好风缆绳索，而在设备施工期间应该格外关注钻机设备的运转稳定性，进一步确保吊钩以及护筒的中心可以两点一线。

3.2.3.3 孔洞钻取

确保为钻孔机施工搭建平台稳固，避免施工中出现倾倒等情况，若溶洞较大，埋深相对较浅，需要安放I22 工字钢（9m），确保施工时钻机不会掉进孔内、孔桩不会出现塌孔。根据施工中溶洞情况，准备PO42.5 水泥、粘土、片石，1.5 倍备料，袋装水泥离地面不小于40cm 架空存放，上面加盖篷布。待一切准备就绪后，开始施工，使用小冲程进行岩溶地层施工，便于钻头对钻屑和片石、粘土各层冲击，挤密孔壁，降低掉钻、卡钻、斜孔、坍孔等事故发生。当溶洞顶板被击穿后，增加泥浆供应，按照3：7（填粘土：片石），将片石填充到孔口，继续钻进，填孔时所用石料直径控制在30cm～40cm，按照片石混合物→钻孔→填粘土、钻孔→填粘土等流程进行钻孔操作。孔洞钻取之前应该在孔洞内部灌注泥浆物质，并且根据岩溶地区地质结构，有效控制和管理好泥浆物质的各个项目参数指标，进而在一般地层结构中，其相对密度需要保证在1.1-1.2，基础粘合程度为18-24pas，而在易塌地层结构中，其相对密度为1.2-1.4，其结构基础黏度为22-30 pas，如表5，泥浆参数比例。设备钻取时如果遇到水位较高的地势结构，则会导致孔洞内部水位快速提高，此时需要将黏土物质直接放入孔洞中，并且使用冲击锥头反复冲击泥浆物质，为后续施工提供必要条件。

表5 泥浆参数比例

3.2.3.4 孔洞钻进

在冲击程度控制方面上，需要根据标准条件规定冲击程度，所以一般实施构成中如果需要通过坚硬的岩石结构层，或者卵石结构层，则需要使用100mm 的大型冲程设备，而针对土质结构相对比较松散土质层时，比如：沙石、含沙比例较大的卵石结构层等。则一般需要使用75cm 的中性冲程设备，并且在设备冲击流程中，需要增加泥浆整体粘稠程度，并且设备需要反复进行冲击致使孔洞内部坚实。但是如果设备的基础冲程过大，那么会对孔洞内壁产生极大的振动现状，进而导致结构坍塌。为此在通过高压液体处理黏土结构时，一般使用中度冲程模式。除此之外，在进孔操作时，还需要时刻关注钢丝绳的放松长度，针对常见的土层结构一般需要放松钢丝绳5～8cm左右，而在土质结构相对比较坚硬的结构层，则需要放松钢丝绳3～5cm 左右。

3.2.3.5 钢护筒跟进

溶洞顶板击穿出现漏浆情况后，首先采用片石、抛填粘土混合物进行处理，并且同时需要跟进钢护筒埋设，采用卷制钢管（钢护筒），1～1.2cm 壁厚，外径比设计桩基大20cm，在钢护筒顶内侧加焊一道加劲箍5cm 左右高，使用吊车吊起护筒，将钢护筒底进行定位后，调整其垂直度，将护筒下至预定位置。