广西地质结构对桥梁桩基施工的影响问题研究

冯以谨

【摘 要】文章针对岩溶地区地质结构和水文特点，论述了在这类环境条件下桥梁桩基施工的常见问题，如漏浆、塌孔、卡钻、断桩等。以广西境内某桥梁工程的桩基施工为例，借助以往的工程经验，分析了在实际施工中处理上述问题的有效方法，为国内同类工程的施工积累了技术资料，对保障桥梁工程的质量和安全具有重要意义。

【关键词】桥梁施工;桩基;岩溶

【中图分类号】U445.551 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0176-03

0 引言

广西多为喀斯特岩溶地貌，该地质构造中可溶性岩体在地下水的侵蚀和溶蚀作用下，逐渐迁移、沉积，并且该区域土质以红黏土为主，加之水系发育等情况，为桥梁工程施工带来了极大的困难。对于桥梁的桩基施工而言，岩体间发育水系为施工难点。国内当前对该地质构造的桥梁桩基施工一般采用挖孔桩，但由于存在缝隙水，经常导致塌孔、埋孔等不利情况发生。对于水系较小的环境，通常在桩基附近加设降水井，可达到降低水位的效果;对于水系发育的环境而言，应通过钢护筒或加厚的护壁以封堵水源，如出现施工难度更大的情况时，可使用承台装置将桩基承载力转移到附近桩基上。但不论岩体构造还是水系发育情况，这些都是在施工周围环境中客观存在的不利因素，只有在工程前期对施工区域环境进行充分的地质勘测、调研评估，并制定稳妥可行的施工安全措施和事故预案，才能保障桥梁桩基施工的质量和安全[1]。

1 工程概况

广西桂林市某桥全长1 286.5 m，设置有38个墩（台），358根桩，桩径为100 cm，由工程设计部门出具的资料可知，其中溶洞桩为152根（柱桩），地质勘测报告显示，该桥梁施工区域附近岩溶极为发育且地质构造十分复杂，溶洞种类有一般溶洞、串型溶洞和特大型溶洞等，多以充填溶洞为主，水体为中等侵蚀性水体，土质为弱酸腐蚀性土质。考虑到该施工区域地质岩溶较为发育，加之各施工位置的实际情况不尽相同，因而溶洞的填充物通常呈软塑状或松散状，在进行钻孔施工的过程中，容易发生漏浆、塌孔、卡钻等事故，给施工带来诸多不利影响。

为使该项目工程中的桥梁桩基施工部分顺利、安全进行，应先进行施工前的预防准备工作，使用地质钻机进行钻探，通过钻探能够掌握该施工区域的详细地质状况，特别是溶洞的具体分布情况，如深度和填充物类型等，为后续的施工提供充分的理论依据。通过分析土工试验的数据能够得到该地质环境中土体的物理特性，如容重、孔隙率、含水量等指标，为后续注浆参数的设定提供数据支持[2]。

2 桩基设计、爆破与支护

2.1 桩基设计

在桩基设计部分，应先考虑桩型，由具体的施工地质条件分析荷载情况，并考虑施工能力、环境噪音和振动等相关因素，在岩溶区域的桥梁工程，首选钻孔灌注桩或人工挖孔桩，如果施工区域附近水位较低、导水能力较强且对周围环境影响较小时，可考虑使用人工挖孔桩和钢筋混凝土护壁，这是因为在清爆溶洞时砖护壁容易垮壁。

桩长设计时应充分考虑桩端部位置的持力层会有一定的浮动，此外岩溶地区的桥梁桩基应嵌入岩层一定的深度，这类岩层通常为微风化岩或中风化岩，桩截面的尺寸可由所选用的桩型及其他施工要求确定，同时可计算得出承台的底面标高。

在反复计算、分析各桩的受力情况后，合理地确定桩数量。在计算横向荷载时为加快施工效率，可将各桩横向荷载力叠加后作为整个桩基的横向荷载，然后确定最终的桩数量。桩中心距在确定上应特别注意，既不能过大又不能过小，过大会增加额外的承台体积，变相地增加工程总体造价，过小则无法发挥桩体本身的承载力，对正常施工也有一定的影响。因此，岩溶地区的桥梁桩基在设计过程中，不扩底钻的中心距可确定为2.5 d，而扩底钻的中心距应取1.5 D（d代表桩体的设计直径，D代表扩大端的设计直径），桩位一般布置成三角形或方形，在个别的工程中也可布置呈梅花形，在布置过程中应尽可能地使上部荷载中心位置接近桩群截面的中心位置，这样的布置方式能够使各桩受力均匀[3]。

2.2 挖孔桩爆破

在80 cm的孔内半径的周边等间距地布置10个深度为1.0 m的孔眼，在30 cm的孔内半径附近布置6个深度为1.2 m的掏槽眼，上述孔眼应等间距。装药量可由公式q=kW3确定，其中q代表每孔装药量，单位为kg;k代表炸药单耗，单位为kg/m3;W代表单孔爆破的岩石体积。由于施工水平面通常有水，因此首选乳化炸药，其药卷的直径为32 mm，各卷重200 g左右，根据施工区域的岩层特性和试爆经验，所填充的炸药量一般为4.5～6.0 kg。周边眼和掏槽眼均使用反向装药结构，用旧报纸和泥土混合成团后进行堵塞。

2.3 支护措施

孔壁应使用合理的支护方式，桥梁施工过程中以钢套管、砖砌和混凝土支护较为常见，钢套管和砖砌支护常用于复杂地质结构的施工中，对防渗和防塌具有较好的效果。混凝土护壁主要包括内齿和外齿两种形式，当土质环境较好时，护壁的节段为1.0～1.5 m;当土质环境较差时，施工节段一般为0.4～0.8 m。开挖后，为使外齿式护壁具有一定的抗塌孔性能，应及时进行支护且厚度应在10 cm以上，强度应高于混凝土标号，使用钢筋拉结护壁，节段的缝隙处填充砂浆进行密封，禁止人员经过时踩踏凸边。此外，有木框条、竹篱等临时支护方式，可根据实际施工环境架设[4]。

3 岩溶地质对桥梁桩基施工的影响

3.1 溶洞与漏浆

广西境内岩溶地区分布较广，该地区的基岩多以石灰岩为主，由于其强度较高，因此适合作为桩基的持力层。但与此同时，岩溶地区会遇到溶洞和漏浆等问题，属于该地质结构的桥梁施工中比较典型的问题，例如在注浆过程中如果遇到溶洞就很容易发生倒灌。岩层节理和裂缝等问题又会引发漏浆且多数原生节理是难以避免的，例如施工过程中岩层的扰动会产生次生节理。轻微的漏浆情况应及时采取补浆措施，而出現较为严重的漏浆情况时应考虑补充片石和黏土掺水泥，直至漏浆情况消除为止，严重的漏浆问题多数是岩缝溶槽或护壁墙体崩塌所致。

3.2 偏孔与斜孔

钻机在钻孔时应选择合适的位置且钻孔的方式应合规，否则会发生偏孔或斜孔，岩石强度的不均匀也会造成偏孔或斜孔，当钻进遇到阻碍时，这种情况又将带来若干问题，如桩体的垂直度不达标、钢筋笼无法下放、插打护筒位置偏离等质量问题。偏孔与斜孔问题多数是施工方法不当或习惯性违规施工造成的，在施工过程中应纠正错误的施工方法，避免违规施工引起的偏孔或斜孔问题。

3.3 卡钻、埋钻与掉钻

施工过程中如果对溶洞的具体分布情况不够明确，在钻到溶洞顶板附近时使用高程冲击，钻头将冲穿顶板岩体而发生倾斜，情况严重时会卡在顶板岩体中。埋钻通常有沉渣埋钻和塌孔埋钻两种情况。当卡钻和埋钻发生后，如果用力提拉钻头可能引起掉钻情况发生，最终导致钢丝绳断裂等安全事故，掉钻情况多数是缺乏施工经验所引起的。

3.4 断桩问题

断桩是指混凝土在灌注过程中混入了泥浆、砂砾，将混凝土分成了上下两段，导致混凝土变质及截面积受损，使桩体荷载能力减弱，最终发生断桩。岩溶地区的溶洞一般呈现互联互通的特点，在灌注时如果无法准确测量混凝土体积，可引起孔壁坍塌的情况发生，这通常是混凝土压力过大造成的，这种情况发生后不仅会浪费很多混凝土材料，还会导致桩体断裂，因此断桩事故的影响非常严重。由于施工设备比较简单且操作容易，所以钻孔灌注桩被广泛应用到当前国内各类型的桥梁施工中，虽然在岩溶地区的桥梁施工中已形成较为完善和成熟的施工技术，但是因为钻孔灌注桩在实际施工中受影响的因素较多，一旦处置不力便会引起断桩。引起断桩的因素可大致分为以下几个方面：①混凝土的坍落度过小、石料的粒径过大或者导管的直径较小，这些因素的存在都会导致灌注过程中的导管堵塞，在混凝土初凝前如果没有进行有效疏通，提起导管清理时会形成断桩。②混凝土如果运输和等待时间过长会发生离析，此时如果未进行二次搅拌，在灌注时会有大量的骨料卡在导管中，提起导管清理时会形成断桩。③水泥结块或其他原因导致集料结块，如果搅拌时仍未将结块打开，便会卡在导管内，混凝土初凝前如果疏通不畅也会引起断桩。④混凝土在灌注过程中如果发生坍孔，清理不及时或吸泥机清理不彻底都会使灌注过程中断，从而引发断桩。⑤盲目或过量提拔导管，导管的底口会被拔出混凝土面，使导管口位于泥浆层，从而形成断桩。⑥在提拔导管时如果钢筋笼卡住导管，会使混凝土灌注过程中断，从而引发断桩。⑦导管口发生渗漏，泥浆进入导管后形成夹层，导致断桩。⑧导管埋置过深导致无法提拔导管，用力过大将导管拔断引发断桩。⑨其他意外因素如停电、设备故障或材料不足等引起的混凝土灌注过程中断，并且中断时间超出了混凝土的初凝时间，最终使导管无法拔起而发生断桩。

4 岩溶地质条件下桥梁桩基施工对策

4.1 漏浆和溶洞问题处理

岩溶地质条件下通常裂隙发育且溶槽、溶洞等复杂交错，当发生漏浆时孔内水位将在短时内显著下降，孔内水位的下降会引起钻孔周围地面的开裂，随时会引起更大范围的塌孔。根据以往的施工经验，此时应马上组织人员向孔内灌注水泥，以达到短时间控制水位下降的目的。当水位下降情况得到明显控制后逐渐加大泥浆的浓度，并合理控制钻进速度，确保匀速、缓慢钻进。较大的溶洞应配备体量相适应的装载机，在孔口附近堆放足够的片石和黏土，当发生漏浆时能够在最短时间内将片石和黏土填孔，并灌注大量的水。

当钻进溶洞顶板附近时，通过小冲程的方式将溶洞顶板击穿，等比例将黏土和片石进行回填，小冲程轻砸，确保黏土和片石将溶洞的内壁充分填充，当溶洞内部逐渐形成稳定的护壁后，观察漏浆现象是否还存在，然后进行正常的钻进。当发生较为严重的漏浆情况时，回填片石和黏土的方法将不再适用，可使用水下混凝土直接灌注的方法，具体方法如下：首先将导管下放到孔底0.5 m处，然后灌注水下混凝土直至溶洞填充完毕，灌注的混凝土面应高于溶洞顶板1 m且混凝土面不再下沉为止，在混凝土强度达到40%～50%后方可重新钻进。为保证钻进过程顺利进行，可使用钢护筒穿过溶洞，或者使用帷幕防渗透技术等。上述方法在一定程度上可以防止或减少漏浆和塌孔情况的发生。此外，混凝土干料宜使用425R型硅酸盐水泥进行拌制，当溶洞的空间较大、导水能力较强时，可在混凝土干料中混入一定剂量的水玻璃。

4.2 偏孔和斜孔问题处理

偏孔和斜孔问题在桥梁桩基的施工中比较常见，该类问题多数是施工方法不当引起的，为防止发生偏孔和斜孔的情况，可使用素混凝土进行灌注。在钻进过程中应仔细核对施工附近区域的地质构造，对钻机和孔位及时检查，对一些关键施工位置如入岩位置和溶洞处理位置等，还应密切关注钢绳的摇动情况，确保钢绳与桩孔中心位置没有偏差，如钻头可以自由活动，可上下提放钻头，在转动角度之后可反复进行尝试，并配合吊机提出，纠正偏斜的钻头后可再次钻孔，当此种方法无效时，可通过水下爆破的方法振动，当钻头被振松后可提出。偏孔和斜孔问题会引发卡钻等一系列事故，可能损坏机械设备，情况严重时还会造成人身伤害，因此钻进施工前应仔细检查施工设备，并做好相应的预防措施和事故预案，最大限度地保障设备的使用安全和施工人员的人身安全，如果一旦发生此类事故，应第一时间采取有效的补救措施，避免事故进一步扩大。

4.3 卡钻、掉钻与埋钻问题处理

在桥梁桩基施工的过程中，卡钻事故经常发生，当发生卡钻时，施工人员应保持冷静，禁止进行强行提拉或类似的野蛮施工等行为，防止进一步的塌孔和埋钻情况发生，发生卡钻后应及时根据钻头位置采取措施，若钻头卡在岩体顶板的中部，可匀速活动钻头，当钻头松动后再缓慢提出;若斜卡在岩体顶板中，可使用自制的正绳器拉正钻头并缓慢提起;若卡在岩体顶板的下部，则可使用尺寸更大的钻头上下顶撞，同时轻敲打钻位置的岩体，当岩体顶板被破掉后便可提出钻头。

掉钻事故在桥梁桩基施工中较为常见，可事先安装保险绳，并确保安全绳牢固可靠。当发生掉钻时，禁止强行提拉，只有在反复确定现场的具体施工情况后才可进行提钻。掉钻位置的泥浆如果太浓或者泥渣太厚将引起钻头被覆盖，应先进行吸泥清空，直至打捞工具可接触到钻头为止。使用侧锤探测钻头位于孔底的大概位置，将打捞钩置于孔底部，当打捞钩将钻头保险绳钩住后再向上提起，如钻头发生倾倒时，潜水员可携带钢丝绳后潜入孔底，将钢丝绳拴到钻头顶部后提起，遇到钻头顶部朝下的情况时，可将钢丝绳拴在钻头的爪山上再提起。由于掉钻情况较为复杂且一般情况下恢复正常施工需要较长的时间，因此掉钻事故多以预防为主，例如通过经常检查、定期检修等消除安全隐患。

4.4 断桩问题处理

混凝土在进行首次灌注时应保证用量充足，施工过程中应分工明确，并做好记录，保证混凝土灌注的连续性，施工时还应随时关注混凝土面的上升情况，确保埋管的深度符合工艺要求，避免对下部的混凝土带来扰动。混凝土穿越溶洞区施工时，应结合施工区域的实际地质情况，严格控制灌注速度和导管埋深程度，如果灌注速度过快可能会冲击孔壁而引起穿孔。

5 结语

岩溶地区的桥梁施工技术难度较大，对工程质量和安全要求较高，桩基部分的施工属岩溶地区桥梁工程的重点和难点，地下溶洞错综复杂为桥梁桩基的施工又带来了更多不确定的因素，因此深入研究岩溶地区桥梁桩基的技术特性对桥梁工程的施工安全具有重要意义。本文主要侧重于岩溶地质条件下桥梁桩基施工的技术层面，如漏浆、偏孔、卡钻和断桩等事故的分析和处理对策，值得注意的是，在同类工程的施工过程中，还有很多事故和施工风险因素是管理层面的问题导致的，这些内容将在后续的工程研究中进行深入探讨。

参 考 文 献

[1]徐金福.浅谈桥梁施工中岩溶桩基施工技术[J].科技与企业，2012（4）：181，183.

[2]檀宗斌.大中型立交桥桥梁施工技术[M].北京：人民交通出版社，2009（10）：10-11.

[3]晏才彬，祝君，余涛.岩溶地区桥梁钻孔桩基础施工方案及质量控制[J].工程質量，2011（5）：62-64.

[4]吴州平.复杂地质条件下桥梁桩基及墩柱结构施工技术研究[J].运输经理世界，2021（4）：90-91.