岩溶发育地段高速公路桥梁桩基施工技术

罗公贵

摘要：针对岩溶发育地段高速公路桥梁桩基沉降较高、时常出现桥梁坍塌的问题，文章设计了高速公路桥梁桩基施工技术：首先，根据岩溶地段岩性、层厚、裂隙等情况，采取不同的处理方案，避免桩基础出现初级沉降；其次，进行高速公路桥梁钻孔灌注桩施工，利用反循环钻成孔法钻进，避免对溶洞造成损害；最后，应用人工挖孔桩穿越溶洞，垂直冲破溶洞顶板，避免出现桩基失稳的问题。实例验证结果表明，使用该施工技术之后桩基沉降较低，该技术具有较高的推广价值。

关键词：岩溶发育地段；桩基施工技术；人工挖孔桩；钻孔灌注桩

中图分类号：TU473.1  文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）03-0057-04

0 引言

岩溶发育地段是可溶性岩层发生溶蚀作用之后，发生洞穴、裂隙等现象，对岩石本身强度造成破坏 ［1］。岩溶发育地段给工程建设带来了较大的难度，在水利工程、桥梁工程等贯穿工程中，需要充分掌握岩溶的发育状态与分布情况。只有通过识别岩溶的作用特征，对有利的地形条件加以利用，对不利的地形条件采取相应的措施，才能保证工程建筑物的安全使用［2］。桩基是工程中最重要的环节，当浅层土壤不能满足施工基础时，地基会发生形变，想要满足地基强度需求，就需要进行桩基施工。桩基施工能够适应各种各样的地质条件，在桥梁、建筑、水利等工程中应用较为广泛。

桩基施工技术与桩材、成桩工艺密切相关，从手工打桩，到蒸汽机打桩，再到柴油驱动打桩，桩基施工技术的发展时间较长［3］。钻孔灌注桩主要是使用机械进行打桩，适用于地下水位以上的钻孔机械，能够提升桩基的承载力，提升工程建筑物施工的稳定性；此外，预制桩、人工挖孔桩等桩基施工技术均在不断完善，对建筑的安全建设具有重要作用。岩溶地区地质条件复杂、地下水较多、地层不平稳，桩基施工难度大，传统的桩基施工技术难以适应，容易对周边环境造成破坏。为保证公路桥梁的稳定施工，本文研究了岩溶发育地段高速公路桥梁桩基施工技术，分析岩溶地段岩性等条件，以不同的施工手段处理桥梁地基。研究所采用的技术在施工过程中不需要挖掘土方，对周边环境影响小，对岩溶发育地段的桩基施工具有一定的参考价值。

1 施工技术设计

1.1 处理岩溶发育地段桥梁地基

岩溶地段常常出现地基承载不足、桩基沉降的问题。处理岩溶发育地段桥梁地基需根据地基下方岩溶位置、大小、埋深等条件，采取针对性的处理方案，避免桩基础出现初级沉降［4］。本设计根据岩溶地段岩性、层厚、裂隙情况、岩体产状、洞穴形态、溶洞顶板、充填、地下水等情况，分析对地基不利和有利的条件，从而采取不同的施工手段，以确保地基稳定。例如，岩洞表面坚硬，顶板无破碎时能够直接进行桩基施工；岩溶地段存在断裂，考虑到溶洞与暗河可能相通，采取了“绕避”的措施。

图1为岩溶地段分布情况示意图，岩洞地段的区域较为复杂，存在无填充区域与填弃渣区域，进行桩基施工之前需处理无填充的溶洞。岩洞地段地基处理的过程中，本设计选用充填法、挖填法、灌浆法等方法［5］。在无填充区域，上部附加荷载不大，可选用片石、块石、碎石进行填充，能够保证土层水流排出正常，避免地层水逆流到地面的情况。填弃渣区域的溶洞软土较多，需要使用较厚的顶板。此外，地基处理还注入了泥浆，将溶洞封堵完整，阻断该区域的地下水。

1.2 高速公路桥梁钻孔灌注桩施工

经过上述对岩溶地区的桥梁地基初步处理后，对目标地段进行钻孔灌注施工操作。反循环钻成孔法具有施工速度快、效率高、深度可控、适用于不同地质条件等优点。本设计将其应用于岩溶发育地段，进行高速公路桥梁钻孔灌注桩施工，可避免坍塌、漏浆等问题，提高施工安全性。设计采用如下施工流程：設置护筒—钻孔—反循环钻成孔法钻进—处理沉渣—测定孔壁—将钢筋笼放入孔中—扎入导管—再次处理沉渣—灌注混凝土。其中，护筒的埋设极为重要，护筒直径＞桩径，将其打入岩土层，确保地下水不上返［6］。钻孔的孔壁静水压力≤0.02 MPa，护筒位置＞地下水位2 m。钻进完成之后，处理钻孔产生的悬浮颗粒使钻孔更加密实。在黏土层中，灌注混凝土的泥浆比重为1.02～1.04，为确保高速公路的通车需求，设计钻孔土层的混凝土泥浆比重为1.05～1.08，使钻进的效率更高，避免发生堵塞现象。在钻进的过程中，选取钻杆为3 m的钻头，钻进速度在黏土层中设为3～5 m/min，钻头转速为9～12 r/min范围内；在粉土层设为4～5 m/min，钻头转速为9～12 r/min；在细砂中设为4～7 m/min，钻头转速为6～8 r/min［7］。钻孔施工原理如图2所示。

如图2所示，钻孔操作中钻头、混合器、钻杆、钻机转盘、通气管、水龙头、吸渣软管、空压机等构件，以一孔一桩的形式，将岩溶表层的夹层与孤石钻穿，使桩体牢牢地固定在持力层中，避免对溶洞造成损害，出现溶洞塌陷的问题。反循环钻成孔法钻进参数见表1。

如表1所示，在不同的土层中，钻进速度、钻头转速、钻压均不相同。钻进达到不同土层要求的深度之后停止，使用冲洗液冲洗钻孔，沉渣含量＜4%之后，完成钻进操作。在孔中注入混凝土之后，以混凝土溢出状态判定灌注效果，混凝土持续溢出之后，完成灌注桩施工。

1.3 应用人工挖孔桩穿越溶洞

岩溶地区的地质条件复杂，在接近溶洞顶板的施工过程中，易出现坍塌事故，因此本设计采用人工挖孔桩进行施工。为避免发生孔塌土层泥土流失的情况，本设计设置了护壁。人工挖孔桩的护壁形式如图3所示。

进行人工挖孔桩施工时，使用灌注桩的套筒击破溶洞顶板，套筒下方进入溶洞底板基岩。此时溶洞内存在充填物，人工挖除至设计标高之后，进行桩基施工。受到人工挖孔桩护壁形式的影响，本设计在桩孔底部灌注C25的砼，形成0.52 m厚度的止水垫。止水垫砼强度较高时，将桩孔孔口固定在止水垫中，向管内注入泥浆，完成桩孔对接密封工作。在未挖桩孔的位置钻进3.5 m的钻孔，孔直径约为130 mm，将孔口管与孔口对接，注浆完成后密封孔口。为防止泥浆下降，本设计在桩体穿越溶洞的过程中采用C20混凝土封堵孔口，并在泥浆稳定之后开始冲孔，确保桩体稳定，避免因溶洞坍塌出现桩基失稳的问题。

2 实例验证

2.1 工程概况

为验证本文设计的桩基施工技术是否具有实用性能，本文以X高速公路桩基为例，对上述施工技术进行实例分析。X高速公路是50 m+80 m+80 m+50 m的联合混凝土连续梁桥，地貌属于岩溶平原，场地较平整，地面标高为28.75～31.75 m。X高速公路的起止路段为K72+836.45～K75+202.532，全线长度约为2.362 km。X高速公路全桥有左、右两幅，左幅起点为K73+885.502，终点桩号为K74+136.520，左右幅桥梁长度相同，均为280 m。X高速公路与既有M铁路交叉于第10个合同段，附近地质情况较为复杂，岩溶发育较为强力，此处桥梁桩基施工的过程中，极易出现沉降、塌陷等问题，对高速公路与M铁路造成较大的安全隐患。X高速公路跨越M铁路情况如图4所示。

2.2 工程实施

本次工程是在岩溶地区进行施工，掌握岩溶地形地貌至关重要。X高速公路与M铁路交叉，一旦出现岩溶塌陷，就会影响两条线路的安全运行。X高速公路桥梁桩基的土层包括填土，层厚为1.25～2.05 m；黏土层顶面埋深为1.30～2.10 m，层厚度为1.25～7.20 m；风化灰岩层顶部层深度约为5.50 m，层厚度约为2.85 m。灰岩层较坚硬，岩体等级为II级，裂隙发育不完整，溶洞存在K73+990.825、K74+065.898号孔，顶面埋深为3.50～11.15 m，揭露层厚度为8.00～14.50 m。在进行桥梁桩基施工的过程中，采用人工挖孔桩，桩径为0.90～2.10 m。本次工程选用1 m桩径的桩基进行施工，在溶洞上进行桩基施工如图5所示。

图5中，上覆土层的天然容重约为20.56 kN/m3，泊松比为0.28，变形模量为35.5 MPa，内摩擦角取20°，黏聚力为0.01 MPa，由此确定上覆土层的厚度为3～20 m。灰岩岩性指标在70左右，表明溶洞完整度不好。本次工程通过桩基础的溶洞顶板稳定性，对溶洞施工环境情况进行分析。稳定性的计算公式如下：

[H=0.06h0+0.92A+0.176 67h+0.000 102 86P-0.045]                                                                          （1）

公式（1）中，[H]为溶洞顶板厚度；[h0]为溶洞的高度；[A]为溶洞的宽度；[h]为洞口高度；[P]为单桩荷载的大小。根据计算出来的[H]值，确定溶洞顶板的稳定性，从而确保桩基的安全施工。

2.3 应用结果分析

在上述施工条件下，本文随机选取K73+891.825～ K74+136.520共4个桩段进行桩基分析，溶洞的顶板厚度分别为5.15 m、4.36 m、3.28 m、2.12 m，在基岩面高程与埋深一致的条件下，分析桩基的沉降与位移情况。应用结果见表2。

如表2所示，4个桩段的高程与埋深各不相同，溶洞顶板厚度从5.15 m变为2.12 m，溶洞的危险性相应增加。桩基沉降值不能超过40 mm，桩基最大位移不能超过20 mm，才可以保证桩基施工的稳定性。使用本设计的施工技术之后，沉降值和最大位移均远低于施工设计值，桩基施工效果较稳定，符合本文研究目的。

3 结语

近年来，建筑工程修建速度加快，水利工程、公路工程、铁路工程、桥梁工程、地下工程等工程的修建，使地下空间逐渐减少，架设在溶洞上的建筑很可能出现地基下沉、溶洞顶板坍塌的现象，从而造成较大的损失。因此，在岩溶地区进行项目建设，必须掌握岩溶发育情况，利用有利的地形条件，采取对应的桩基建设方案，从而保证工程建设的稳定。本文设计的岩溶发育地段桩基施工技术，在地基、灌注桩、挖孔桩等处理与施工方面最大限度地保证了公路桥梁施工的稳定性。

4 参考文献

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