岩溶地区桥梁桩基础处理技术

岩溶地区桥梁桩基础处理技术

孙喜德

苏交科集团（甘肃）交通规划设计有限公司甘肃兰州730030

摘要：通过结合岩溶地区某公路桥梁桩基础施工实例，针对岩溶地区改进冲击钻孔施工技术，并对溶洞进行水玻璃压浆预处理，严格把控钢筋笼与混凝土灌注施工技术，以保证对岩溶地区桥桩基础施工质量。通过工程实践证明，本文所论述的施工技术能有效满足岩溶地区公路桥梁桩基础施工要求。

关键词：岩溶；桩基础；钻孔；钢护筒

1项目概况

本桥位于韶关乳源县桂头镇杨溪乡境内，区内地形陡峭，坡陡谷深，剥蚀严重，植皮发育。灰岩段岩溶发育，地表见多处落水洞、溶洞，属于岩溶发育区。覆盖层多为粉质粘土，并有大量卵石、砾石、粉砂，土质不均，基岩为中风化灰岩、节理发育、岩体完整、溶蚀明显。溶洞遍布多为多层溶洞，大部分无填充。半填充、全填充的填充物多为粉质黏性土，松散状或流塑状，遇水成流动状。

2不良地质和特殊岩土

根据地质勘察资料，场地内对工程有影响的不良地质现象主要为岩溶，岩、土结合部是岩溶重点发育部位。大部分为充填型溶洞，局部为无充填型岩溶，并有串珠状溶洞发育；溶洞高度0.1～13.6m，顶板埋深4.1～61.4m，底板埋深6.4～62.5m。本场地揭露岩溶属于浅覆盖-深覆盖型岩溶，溶洞高度0.1～13.6m不等，空洞18处，洞高0.1～3.2m，多数分布于埋深30～50m的灰岩层中，地下洞穴。已完成的184孔钻孔揭露石灰岩，揭露石灰岩总厚度3312.2m，其中139孔揭露溶洞，见洞率75.54%，溶洞总厚度633.4m，线溶率19%。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的岩溶发育程度表可知，桥址区见洞率高达75.54%，岩溶场地条件之一“见洞隙率大于30%或线岩溶率大于20%”时为岩溶强发育，因此本场地可判为岩溶强发育。根据《铁路工程不良地质勘察规程》（TB10027-2012）的岩溶发育强度分级可以看出，本场地岩溶沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀，中小型串球状洞穴发育，地下洞穴系统未形成，地下水有小型暗河或集中径流，判为岩溶中等发育。

图2底板埋深

3技术处理方案

3.1抛填片石、粘土、袋装水泥法

在进行桩基开孔前，采用对桩基周边溶洞局部压注水玻璃加水泥浆双液浆进行预处理，以使填充物充分固结之后再按普通抛填法进行开孔施工。抛填片石、黄泥的处理方案是在冲孔过程中，密切观察孔内的泥浆面的变化。一旦出现跑浆、漏浆及反清水等情况迅速投入片石、黄泥及袋装水泥的混合物，其比例为3∶4∶3，填至护筒口以下1m后静置一天再进行重冲。施工工艺如图1所示。对于全桥的溶洞桩基，在预处理完成后，按常规冲孔时若发生漏浆，则采用抛填法进行处理，抛填物为片石、粘土、袋装水泥。

3.2合理确定桩底深度

不同岩石单轴抗压强度的嵌岩深度随RMR的变化情况，可以看出嵌岩深度随岩石单轴抗压强度的提高而非线性缓慢地减小，在同样的单轴抗压强度下，岩体质量越好，嵌岩深度越小，反之越大。确定桩底深度首先要明确桩基的承载力，而要计算出桩基的承载力要必须掌握溶洞的分布情况、持溶洞的力层强度和节理发育等等。一种情况考虑总侧阻力，一种是不考虑总侧阻力。如果持力层的埋深不深、持力层有较好的强度、节理不发育，对于覆盖土层的总侧阻力就能够不考虑在内，只要分析嵌岩桩段的嵌固侧阻力和桩端端承力就可以了，这种情况下溶洞顶板安全厚度必须大于3倍桩径，并且大于3m，桩基嵌岩深度在1到1．5倍桩径之间；如果溶洞平面不大的话，安全厚度按照3倍桩径计算也可以；如果平面尺寸较大的情况下，安全厚度要按照实际情况在3倍桩径的基础上加大。根据基桩下伏溶洞顶板稳定性计算方法，计算最小顶板安全厚度。在此基础上计算桩长。如果持力层埋深很深、并且选择的是钻(冲)孔成孔的形式就应当将覆盖土层的总侧阻力考虑在内。如果遇到桩长大于30m但是不存在合适的持力层以及岩层节理非常发育的地质，就要按照摩擦桩进行设计，同时要思量一定的持力层厚度。

3.3岩溶区桩基成孔处理技术

3.3.1成孔处理方案

由于岩面起伏及岩溶在空间发育的复杂及不确定性，在施工开挖及桩基础施工过程中必须加强对原设计的地质资料进行验证，以进一步探明并核对地质资料；若发现地质情况与设计不符时，应立即通知设计单位，并组织专家对该溶洞进行专题研讨，并针对该溶洞制定出相应的解决方案。

3.3.2钢护筒施工法

①将钢护筒埋设在指定地点，相关的材料准备就位。②在钻孔的过程中，如果冲进溶洞，则应该及时向孔内抛投适量的粘土袋和片石。③随着冲孔的不断进行，将钢护筒不断下放，如果其下放至岩面时，发现溶洞漏浆，则应该继续向孔内投入粘土袋和片石，以保证施工的继续进行。地层中的溶洞高度≥5m时，称之为大溶洞，在施工中对于大溶洞的施工方法则采用多层钢护筒施工法。多层钢护筒施工方法的施工步骤在一层钢护筒的施工方法基础上需要额外添加的施工方法为：①在外护筒的基础上安装内护筒；②施工封底混凝土；③在钢护筒和内护筒之间按要求分段进行注浆，直至终孔；④对于溶洞孔洞高度过大的溶洞，应该考虑分段成形，其中使用的多层钢护筒和内护筒的外径要比一层钢护筒的外径大。

图3钢护筒施工

该工程在溶洞区采用直径为1.6m的桩基础，因此根据相关规范的基本要求，现场采用直径为1.8m，厚度8mm的钢护筒，护筒的长度则根据实际勘测地质条件，穿过溶洞进入第一层风化岩层0.5m，高出地面0.3m为标准。施工时，先使用直径1.9m的冲击锤进行成孔施工，使冲击锤深入到风化灰岩0.5m，然后再使用振动锤将钢护筒放置其底部，在每一段的钢护筒连接处，对其采用0.2m宽钢板焊接，使其能够接合牢固，不易错位，造成漏浆。

3.3.3孔壁打注浆管压浆护壁挖孔法

施工准备:在熟悉设计图纸基础上,进一步调查地质情况,按灌比或渗透系数确定注浆类型。施工流程如图1所示。

注浆管制作:注浆管采用42mm焊接钢管加工,长度3.5m,顶端焊成尖锥状,在尖端2.0m范围内每间隔0.2m,错开设6mm溢浆孔,距末端0.2m焊接一圈6mm钢筋,以利套管顶进,管尾0.1m车丝,和42mm球阀连接,详见图2所示。注浆管安设:注浆管沿孔壁周围呈梅花形布置,上下左右间距0.5～1m左右,然后采用风钻钻孔,钻深2.5～3.5m后停止钻进。在注浆管端部(未开孔段)缠绕棉纱,长度20～30cm,并用风钻将其顶进钻好的注浆孔内,如图2所示。

图1注浆管压浆施工工艺流程图

图2注浆管加工及安装示意图(单位:cm)

（1）钻孔泥浆的选用

该工程采用PHP优质的膨润土化学泥浆作为钻孔泥浆，具有高粘度、不分散与低固相的优良特性，其主要由PHP（聚丙烯酞胺）、Na2C03（碱）、CMC（轻甲基纤维素）及其膨胀土等原材料组成。在进行溶洞桩基施工时，可根据施工情况适当增加泥浆密度。为确保泥浆的优质性，当优质粘土短缺时，应用适当的水泥、烧碱进行代替，以确保泥浆的胶体率与悬浮能力，其配合比为烧碱∶水泥∶黄土=0.4∶0.2∶1，其具体泥浆性能指标如下表1。钻进过程中，可采用泥浆分离器进行泥浆处理。当钢护筒跟进后，要将钻孔位的场地进行硬化，并做好排水沟与截水沟。

（2）压浆异常现象处理

发生串浆现象,即浆液从其它孔中流出时,采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔、隔孔注浆;注水泥浆压力突然升高时,即可能发生了堵管,立即停机检查;水泥浆液进浆量很大,压力长时间不升高,则调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

总之，该大桥桩基中共有溶洞桩19根，单个溶洞高度大于8m的桩基有5根。桩基的溶洞类型多样，以串珠溶洞群为主，无填充、半填充及全填充溶洞大量存在，规模相当庞大，大部分是相互连通的溶洞群，溶洞地下分布异常复杂，施工难度大。根据每根桩基的溶洞特点，逐桩制定以上相应的技术处理方案，；技术处理方案保证了溶洞桩的施工质量，通过数据计算验证了其合理性，确保了该桥溶洞桩的施工质量、安全和进度。

参考文献：

[1]刁亚飞.岩溶地区桥梁桩基础处理技术[J].科技风，2017(18):109.

[2]乔亚东.岩溶地区桥梁桩基础的设计与施工[J].公路交通科技(应用技术版)，2010，6(05):150-151.