淺析溶洞區(qū)樁基施工方案選擇及控制要點(diǎn)

謝正權(quán) 張海霞

摘要：文章通過分析某高速公路汪昌段第三合同段溶洞區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工的方法，闡述了溶洞區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工的方案選定及控制要點(diǎn)，為類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：溶洞區(qū) 樁基施工難題

中圖分類號(hào)： TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

Abstract: by analyzing a highway WangChang period of the third contract section area karst cave bridge pile foundation construction method, this paper expounds the cave area bridge pile foundation construction scheme and the control points, for similar project construction to provide the experience for reference.

Keywords: cave area pile foundation construction problems

一 工程概況

某高速公路第三合同段錦里大橋東接平峰山隧道，西連臨安互通，橋梁所屬位置為青山湖水庫滯洪區(qū)，其間小溪呈S型沿路線穿過，橋長(zhǎng)682m，橋孔為27×25m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩臺(tái)，原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為端承式樁基礎(chǔ)，嵌巖深度為0.4d(d為樁基直徑)，共有樁基116根，樁長(zhǎng)18～26m，樁徑1.5m，按設(shè)計(jì)地勘資料，該橋梁地質(zhì)表層為粘土、含礫石亞粘土，其下為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化凝灰?guī)r，未見溶洞描述，但在橋梁施工前期，即接連發(fā)現(xiàn)樁基部位存在溶洞情況，并發(fā)生漏漿、塌孔等現(xiàn)象，故最終確定全橋重新逐樁勘探。

二 溶洞狀況

根據(jù)地質(zhì)勘查單位對(duì)該大橋的再次逐樁勘探及聲納檢測(cè)，基本確定了各樁位溶洞分布形式、高度、空間大小及填充狀態(tài)等情況。

1、溶洞分布

水平方向，溶洞主要集中在0～22號(hào)墩，垂直方向，單樁溶洞個(gè)數(shù)從1到4個(gè)不等。

2、溶洞大小

根據(jù)鉆探資料，溶洞高度最小0.3m，最大8.82m，溶洞空間直徑大致從1.3m到21m不等，基本呈獨(dú)立形式存在，溶洞之間貫通較少。

3、溶洞內(nèi)填充狀態(tài)

除21號(hào)墩位處為溶槽外，其余均以溶洞形式存在，其內(nèi)填充狀態(tài)主要有兩種：半填充和全填充，其填充物有含礫石粉砂、砂卵石、流塑狀亞粘土等

三 溶洞處理方案的選擇

結(jié)合勘測(cè)所確定的溶洞大小、分布形式及填充狀態(tài)，經(jīng)過驗(yàn)算，設(shè)計(jì)院重新確定了樁基終孔條件，即樁基嵌入中風(fēng)化巖層0.4d且樁底中風(fēng)化巖持力層厚度不小于6.5m。根據(jù)新的樁長(zhǎng)確定原則及溶洞大小、分布形式及填充狀態(tài)，并結(jié)合溶洞勘測(cè)地質(zhì)資料，本橋最終確定采取三種不同的溶洞樁施工方案，以保證橋梁安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、快捷的完成。

1、填充夯實(shí)法

適用于溶洞高度小于2.5m的單層溶洞或高度均小于1.5m的多層溶洞樁，此種方法經(jīng)濟(jì)、快捷、方便。

一般鉆進(jìn)至溶洞層時(shí)，由于溶洞內(nèi)填充物不滿會(huì)造成護(hù)筒孔內(nèi)漏漿，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成孔壁坍塌，而對(duì)于溶洞高度小于2.5m的單層溶洞樁采取該種方法施工，基本可避免因大量漏漿導(dǎo)致塌孔所帶來的安全隱患，同時(shí)這種方法，材料簡(jiǎn)便，施工快捷，是最經(jīng)濟(jì)的處理方式。

2、注漿帷幕法

適用于同排樁有兩根以上樁基處于溶洞且溶洞埋深較淺，體積較小的單層或多層溶洞。該方法可同時(shí)解決兩根以上樁基溶洞問題，較單樁逐個(gè)處理快捷。

由于同排樁基處于同一個(gè)溶洞或相鄰溶洞，縱向溶洞層次也較多，逐個(gè)處理耗時(shí)費(fèi)力，采用注漿帷幕法可同時(shí)固結(jié)同排樁基的土體，達(dá)到一次固結(jié)，處理多根樁的目的，且注漿施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)較小。

3、鋼護(hù)筒跟進(jìn)預(yù)埋法

適用于單個(gè)溶洞高度大于6m或多層溶洞有2個(gè)以上大于2.5m，體積較大，填充物為流塑狀或半填充狀態(tài)的溶洞樁，此種方法費(fèi)用較高，施工要求高。

由于大體積溶洞內(nèi)大部填充不滿，且填充物以流塑狀居多，穩(wěn)定性差，采用前述方法較難實(shí)施，為確保施工安全且保證樁體質(zhì)量采用此種方法，使之形成孔壁支撐，但由于此種方法鋼護(hù)筒加工、拼接繁瑣，成本較高，故僅針對(duì)少數(shù)大溶洞樁基實(shí)施。

四 施工控制要點(diǎn)

由于溶洞發(fā)育的不規(guī)則性、分布的不均勻性及填充物的不穩(wěn)定性等，溶洞樁的施工難度較大，雖然通過前期的地質(zhì)補(bǔ)勘，初步查清了溶洞的分布及性狀等，并制定了詳細(xì)的施工方案及預(yù)案，但在施工中仍出現(xiàn)了一些問題，根據(jù)本橋?qū)嶋H施工情況，以下幾點(diǎn)施工注意事項(xiàng)需要重點(diǎn)預(yù)防和控制。

1、施工平臺(tái)的搭設(shè)

在本橋的施工中雖然制定了詳細(xì)的防塌孔措施，但17-3號(hào)樁基施工時(shí)仍發(fā)生了漏漿塌孔現(xiàn)象，造成鉆機(jī)傾斜，所幸并未造成安全事故，因此，在樁基開鉆前，穩(wěn)固的鉆孔平臺(tái)是確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。一般溶洞樁鉆機(jī)平臺(tái)的搭設(shè)，鉆機(jī)下枕木或鋼管需加長(zhǎng)設(shè)置，形成較大縱橫框架結(jié)構(gòu)，并加深護(hù)筒埋設(shè)深度，夯實(shí)鉆孔平臺(tái)周邊的土層，尤其是護(hù)筒開挖后的回填土，使孔壁坍塌后鉆機(jī)仍可處于一個(gè)穩(wěn)固的平臺(tái)上，避免安全事故發(fā)生。

2、漏漿補(bǔ)償

由于溶洞中部分仍為半填充狀態(tài)，施工擊穿溶洞頂板時(shí)，勢(shì)必會(huì)使孔內(nèi)泥漿形成流失，而泥漿流失則使孔內(nèi)外形成壓力差，極易發(fā)生塌孔、縮頸現(xiàn)象，如何在發(fā)生泥漿流失時(shí)以最快的速度補(bǔ)充泥漿，平衡壓力是防止上述現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵。在本橋施工時(shí)，根據(jù)逐樁地勘資料，針對(duì)每根樁基溶洞的大小及填充狀態(tài)，估算了泥漿流失量，并在就近地方設(shè)置預(yù)備泥漿及充填物，同時(shí)根據(jù)垂直方向溶洞位置、高度，在鉆近至溶洞頂板時(shí)，增派技術(shù)人員、工人及機(jī)械，以便及時(shí)處置漏漿。

3、溶洞充填

溶洞充填質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響成孔及樁孔質(zhì)量，主要從兩個(gè)方面控制：

（1）材料的制備

溶洞充填材料一般以土石混合料為佳，土石混合投入，石料含量控制在70%左右，土料盡量選擇粘土，石料選用片石，且不得用風(fēng)化石，卵石等。

（2）充填方式

成孔充填宜反復(fù)進(jìn)行，充填鉆進(jìn)2m左右即提出鉆頭重新投料，然后重新沖砸鉆進(jìn)，根據(jù)溶洞填充狀態(tài)，每段如此循環(huán)2-4次直至溶洞底，這樣可使溶洞段土層形成密實(shí)擠壓，孔壁堅(jiān)實(shí)不易塌孔。

4、鉆進(jìn)控制

溶洞樁的鉆孔過程極易發(fā)生卡鉆、掉鉆、鉆孔傾斜等現(xiàn)象，為防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，鉆進(jìn)過程中必須隨時(shí)檢查鉆具，控制鉆進(jìn)速度、沖程等。

（1）破頂控制

溶洞頂部巖層一般破碎，巖質(zhì)較軟，因此在鉆進(jìn)至溶洞頂1m左右時(shí)，必須檢查鉆機(jī)鋼絲繩、卡具等的完好性，同時(shí)采用小沖程鉆進(jìn)，防止突然沖破溶洞頂板時(shí)鉆錘猛然下落崩斷繩索掉鉆。同時(shí)在即將破頂時(shí)，鉆錘需適當(dāng)改變方向，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，使溶洞頂板巖層邊角破碎，防止卡鉆。

（2）傾斜度控制

由于巖石表面不平整，頂板厚度不均，如本橋15-1號(hào)樁基從一個(gè)溶洞邊緣通過，樁徑內(nèi)頂、底板巖層均呈斜向分布，在這種地質(zhì)情況下，極易形成斜孔。故在鉆進(jìn)至溶洞頂、底板時(shí)應(yīng)隨時(shí)保持鉆錘處于垂直繃緊狀態(tài)，并采用小沖程方式逐步破碎巖面鉆進(jìn)的方法，隨時(shí)控制鉆孔傾斜度，保證成孔質(zhì)量。同時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔已經(jīng)發(fā)生傾斜，則必須及時(shí)停止鉆進(jìn)，回填片石或低標(biāo)號(hào)混凝土至發(fā)生傾斜的部位，進(jìn)行糾偏復(fù)鉆，直至傾斜度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5、澆筑控制

溶洞樁的澆筑控制主要是觀察灌注混凝土面變化情況，在本橋5-4、20-1號(hào)樁施工時(shí)，灌注混凝土面在超過溶洞頂繼續(xù)澆筑時(shí)，發(fā)現(xiàn)混凝土面的上升高度與混凝土用量明顯不符，兩樁分別超灌混凝土16.5m3、11.0m3，究其原因，應(yīng)為溶洞段孔壁無法支撐混凝土壓力，使混凝土壓入溶洞空間所致，因此在溶洞樁混凝土澆筑時(shí)，必須加強(qiáng)混凝土面的變化觀測(cè)，并適當(dāng)加大導(dǎo)管埋設(shè)深度，在澆筑結(jié)束后延遲拔管，防止混凝土在澆筑完成后產(chǎn)生變化導(dǎo)致樁長(zhǎng)不足現(xiàn)象

結(jié)束語

溶洞區(qū)樁基施工的方法很多，如何因地制宜的根據(jù)溶洞形態(tài)選擇合適的施工方案，使工程安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、快捷的完成，是衡量一個(gè)項(xiàng)目措施得當(dāng)與否的關(guān)鍵。而本工程通過對(duì)具體樁基的分析，根據(jù)不同的溶洞形式、大小采取不同的處理方法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和質(zhì)量效果，并經(jīng)過摸索，積累了施工經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程施工提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]《樁基工程》主編張忠苗 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2007.12

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[3]《橋梁工程師手冊(cè)》中國(guó)建筑出版社 2009.5