岩溶地质条件下的桥梁桩基施工和溶洞处理技术探讨

2022-06-09蓝国雄中交四航局第二工程有限公司

珠江水运 2022年9期

◎蓝国雄中交四航局第二工程有限公司

1.前言

在岩溶强烈发育的地区，由于地下存在大小不一、形状各异、且分布不均匀的溶洞，桥梁桩基在钻进施工过程中容易出现的问题比较多，最常见的问题为漏浆、偏斜、掉钻等，给整个工程项目的施工质量和施工安全造成了不同程度的影响。所以，必须提前进行综合地质勘察，查明桩基基岩岩溶的分布及发育情况，了解桩基施工过程中可能出现的溶洞的各种情况,根据不同溶洞情况制定相应的处理方法,以确保桩基施工的可靠性。

2.工程概况

广东省肇庆高新区大旺大道快速化升级改造工程位于肇庆市四会市高新技术开发区，南起于大旺大桥，沿现状大旺大道自南向北，北至将军山体育公园，线路全长7.574km，沿线与13条现状及规划道路相交，周边有小区楼盘、厂区等建筑物，是贯穿高新区核心中部南北向的公共交通骨干道路。

场地内岩溶发育强，溶洞见洞率达到61.94%，而且基岩溶洞发育规模大，洞高较大，呈多层发育，部分桩位下桩基穿越溶洞多达4个。溶洞埋深相对较深，洞高在0.3～33m之间，呈不均匀分布，其中小型溶洞（洞高小于1m）占7.30%，中型溶洞（洞高在1-3m）占29.93%，大型溶洞（洞高在3-5m）占21.90%，特大型溶洞（洞高大于5m）占40.87%。

3.桩基施工分析及溶洞处理原则

大旺大道北段地下岩层溶洞发育很强，顶板偏薄，其顶板岩面以上的圆砾、卵石层极易透水，且往上为较厚的易塌砂层，极其容易出现塌孔，而较厚的易塌层，一旦因击穿溶洞时产生的塌落连带震动，甚至会带来区域性地面塌陷等安全事故。而且本工程是对现状道路的升级改造，桥梁位于现状大旺大道上，其所在位置周边有小区楼盘、厂区等建筑物，两者间距离最近约17m。一旦发生地面塌陷的安全事故，有可能影响周边建筑物的结构稳定。所以，在桥梁桩基施工时，要采取积极的措施保护成孔，项目部对现场岩溶发育情况进行全面的了解，以溶洞高度类型为依据，制定出完善的处理办法。

4.冲孔式桩机施工方法

目前，岩溶地质的桥梁桩基施工多采用冲孔钻进成孔法成孔，因为在溶洞强发育地区，桩基成孔施工过程中容易出现漏浆、塌孔、埋钻等，甚至区域性塌陷等安全事故，要想使填充物全部填充到溶洞中，就要使用冲孔式桩基完成施工任务，显著提升孔壁的安全性和稳定性。

4.1 准备工作

（1）施工现场准备：①场地应完成三通一平要求，对现状道路进行破除，对地基不好处的作业面换填处理，平整后需满足钻机设备的稳定性要求，在钻进施工时，对移动偏位和钻机不均匀沉降问题进行高效的管控；②使用围蔽将发电机保护好，围蔽外设置安全警示标志，检查接地情况，配置灭火器，积油盘；③现场需准备桩位的地质柱状图、管波探测成果图,备好渣样盒及渣样袋；制作检孔器，标定测绳；备齐经标定后的泥浆比重计、砂率仪、粘度仪。

（2）测量控制准备：①测量仪器需经具备相应资质的检测单位进行检测和标定；②根据基准坐标点、水准点，按要求布设施工测量控制网，控制网应按规定时间要求复测。

（3）技术准备：①根据地质资料，分析溶洞情况，拟定方案；②开孔前，对施工班组进行单桩的施工技术交底。

4.2 测量放样及埋设开孔钢护筒

与普通结构的定位精度进行比较，桩基的定位精度要求非常高，在复核定位信息时，要采取积极的措施来控制精度。桩顶高程和桩位中心是测量放样的主要内容，桩位完成测量放样工作以后，护桩布设要借助线绳来完成施工任务。

开孔钢护筒采用普通钢板卷制成型，厚度12 mm，长度2.0m～4.0m，内径比相应桩径大0.4 m，较溶洞处理钢护筒直径大0.2m。护筒埋设采用挖坑埋设法，根据桩位放样开挖孔位位置，将坑底整平后放入护筒，并调整护筒，确保护筒竖直及位置准确。护筒周围对称、均匀的回填粘土，分层夯实。

4.3 泥浆制备及清运

泥浆施工的过程中，会有一层泥皮附着在孔壁上，使土渣得以有效的浮悬，并将施工孔坍塌问题控制到最低。在钻进桩基孔时，对泥浆的性能指标进行及时的测量，结合地层信息和泥浆性能完成调整工作。

入孔泥浆比重可为1.3～1.4，粘稠度一般地层为22～26秒，接近溶洞地层适当调大调制为28～32秒。

泥浆循环系统包含的内容比较多，比如沉淀池、泥浆泵、循环槽和泥浆池等等，在左右幅中间的中央分隔带位置完成布设施工。沉淀池和泥浆池四周要设置醒目的标牌和安全防护栏并挂绿网，栏杆高度为1.2m，防护栏杆应采用刚性材料并涂刷红白相间的反光漆。考虑到当地生态环境因素，废弃泥浆用专门泥浆车运至渣坑集中处理，泥浆坑设警示标志，不得在施工场地内或向水塘、河流任意排放，以避免污染环境。

4.4 溶洞处理方案

岩溶对于桥梁桩基施工及后续使用都会带来很大威胁，若在施工过程中未能采取措施处理溶洞，则会对桥梁结构的使用带来严重的危害与事故。大旺大道北段地下岩溶发育强烈，溶洞发育规模大，洞高较大，在桥梁桩基冲孔施工时，经常会出现各种各样的施工问题，比如地面塌陷、塌孔或者是漏浆等，所以施工现场要以地质情况和地勘资料中的岩溶发育情况为基础，采用钢护筒法来处理溶洞。

（1）溶洞高度在0m＜h＜1m之间。采用桩顶以下范围施打8m长护筒做土层保护，冲孔过程溶洞范围内抛填片石、粘土等，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。在冲进过程中，密切注意护筒内泥浆面变化情况，当泥浆面下降时，应要尽快补水。

（2）溶洞高度在1m≤h＜3m之间。采取在桩顶施打长护筒，护筒底标高施打至易塌层（淤泥层、砂层）以下2.5m，护筒单根长度为8m，采用现场焊接方式进行接长，钢护筒施打采用150kw振动，汽车吊配合。钢护筒的垂直度控制在1/200以内，接长时应保证两节护筒对齐。溶洞范围内则填充片石、粘土、水泥混合物，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆外护壁。

（3）溶洞高度在3m≤h≤5m之间或h＞5m。采用钢护筒跟进法进行处理，护筒底标高跟进至岩面。钢护筒直径大于桩径0.2m。钢护筒施打采用150kw振动，汽车吊配合。钢护筒的垂直度控制在1/200以内，接长时应保证两接护筒对齐。冲孔在击穿洞顶之前，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡锤。发现泥浆面下降、孔内水位变化较大时应迅速补浆补水，同时及时提锤，防止埋锤。先进行片石粘土回填，如反复超过3次仍有漏浆塌孔，则可以使用水泥粘土片石混合物抛填，然后用小冲程挤压到溶洞边，形成水泥浆碎石外护壁，初步堵塞后，停止冲击，24小时后待水泥达到一定强度后，继续冲击，穿过溶洞。

4.5 清孔及灌注水下混凝土

桩孔钻进施工达到设计深度以后，要认真核查钻孔的位置、直径和深度等信息，在清理施工孔时，使用的主要方法为换浆法。换浆达到设计标准以后，将钢筋笼吊入，二次清理孔洞，对孔底沉淀厚度和孔内泥浆性能指标等信息进行检查，确保满足设计的标准。

灌注水下混凝土是桩基施工的重要工序，为提高施工质量，浇筑过程须连续作业。导管在使用前应进行水密试验，确保导管接头及接缝处不渗漏。灌注施工时，对混凝土面标高进行认真的检查，使导管埋管深度与孔内水头满足相关的标准。当混凝土灌注出现不连续时，每隔15分钟上下提动导管，保证混凝土的正常翻浆。

在浇筑岩溶地层四周的混凝土时，需要对混凝土灌注的施工速度进行科学的控制，以避免岩溶地层中压力骤增导致孔壁塌陷。为确保桩头质量，砼面标高控制在比设计桩顶标高高1.0m以上。

5.全套管全回转钻施工方法

施工过程中，全套管全回转钻机施工主要针对溶洞高度大于5m的灌注桩，部分溶洞高度小于5m也可采用此工艺辅助施工。

5.1 钻机就位

首先在地面上放置两块2×8m的4～5cm厚钢板支垫，同时增加与地面接触面积，再用履带式吊机吊放全套管全回转钻机定位板于桩位点，确保全套管全回转钻机的转盘中心与桩中心点重合，对中误差小于±15mm，再将全回转主机吊放至定位板。

5.2 钢套管安装

主机就位后，吊放安装钢套管，钢套管壁厚为26mm，长度为5～11m，钢套管采用90t履带吊吊装。安装完成以后，回转钻进主机，套管回转驱动与套管下压同时完成，套管被及时的钻入到地层中。在钻进钢套管的过程中，使用线锤完成X轴和Y轴的套管垂直度调整工作，使其满足要求。

5.3 取土成孔

（1）套管的下压力和扭矩主要是由钻机套管驱动器来提供的，使得钻进施工任务得以高效的完成。

（2）开启全套管全回转钻机旋转及下压功能使底牙缓慢切入土体，进入土体1～3m后继续调整钢套管垂直度至允许范围内（第一、二节垂直度一定要控制在范围内，垂直度超出允许范围的应及时回填桩孔并拔出钢套管进行二次定位），待钢套管钻进其管顶沉入至全回旋操作平台面时用旋挖机取出土体于桩孔外，取土深度接近套管切削刃部位时停钻。拼接第二节、第N节钢套管并用专用套管螺栓锁紧，然后继续用旋挖钻成孔至设计标高并清孔至符合设计要求。