巖溶地區(qū)橋梁樁基礎設計與施工

陳小杰

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518034）

碳酸鹽溶洞在華南地區(qū)廣泛分布，廣東省則主要分布在粵北。在粵北地區(qū)修建公路，遇到巖溶地基是不可避免的。本文以穿越巖溶地區(qū)的公路特大橋樁基礎的設計與施工為例，對巖溶地區(qū)橋梁樁基礎的設計與施工進行探討。

1 工程概況

此特大橋位于廣東省西北部地區(qū)，全長1 094.5m。橋臺采用U型臺、樁柱式臺，樁基礎；橋墩采用Y型墩，承臺及樁基礎。全橋共有93根樁，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料分析，溶洞樁基約占21%，均為橋墩樁基礎，設計要求嵌入中風化白云灰質(zhì)巖。橋址所處地質(zhì)巖溶發(fā)育，地質(zhì)情況復雜，溶洞以無充填物為主。據(jù)勘察報告，地下水對混凝土無腐蝕性。

2 設計概況

此特大橋處地質(zhì)從上往下大致為：人工填石，粘土，紅粘土，中風化白云灰質(zhì)巖（局部段含溶洞）。樁基設計如下。

2.1 施工圖設計階段，均按嵌巖樁設計，以中風化白云灰質(zhì)巖為持力層，入巖不小于4.5m，且樁底持力層厚度不小于5.0m。如施工過程中出現(xiàn)不能滿足嵌巖樁設計條件時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整。

2.2 對樁位下較深范圍內(nèi)，有密集型溶洞和完整巖性埋置較深的情況，或者溶洞分布較淺、頂板較薄無法滿足嵌巖樁要求時，可考慮采用摩擦樁，并應考慮基礎的不均勻沉降。當樁穿過溶洞巖層時，不應考慮巖溶層對樁側起摩阻作用，僅將這種摩阻作用視作安全儲備。

2.3 巖溶地區(qū)的巖石裂隙發(fā)育，賦存豐富的裂隙水和巖溶水，樁基施工可能會出現(xiàn)滲水、漏漿，樁底沉淀土難以清除，在摩擦樁設計中應不計樁尖抗力的作用，以策安全。

2.4 人工填石層為現(xiàn)狀道路路基，固結時間已超過10年，考慮其對樁側起摩阻作用；當中風化白云灰質(zhì)巖為夾層且厚度小于1m時，不考慮其對樁側起摩阻作用。

2.5 因地質(zhì)情況復雜，樁基施工前，在各墩、臺處進行地質(zhì)超前鉆，并根據(jù)地質(zhì)情況，對各樁基進行適當調(diào)整。

3 施工方案

根據(jù)詳勘地質(zhì)鉆探資料，結合樁基設計要求，0～10#、38#墩（臺）采用人工挖孔。 11～37#墩（臺）采用人工挖孔，當遇豐富地下水、不穩(wěn)定巖層或中風化白云灰質(zhì)巖等時，再采用回填沖擊成孔。

由于橋址所處地質(zhì)巖溶發(fā)育，各工點情況不盡相同，溶洞無充填物，以致鉆孔施工過程中易出現(xiàn)塌孔、卡鉆、漏漿等事故，增加了施工難度，所以施工時必須熟知各工點的具體情況，對施工方法進行合適的選擇，以確保施工安全及質(zhì)量，保證工程順利進行。

3.1 施工準備

鉆孔前將場地整平，清除雜物，更換軟土。場地表面壓實平整后橫向鋪設枕木，然后在枕木上鋪設廢舊鋼軌或型鋼，即構成鉆機平臺。場地的大小要能滿足鉆機的放置、吊機站位及混凝土攪拌車運輸?shù)葏f(xié)調(diào)工作的要求。如果墩位溶洞較復雜，泥漿池的尺寸盡可能大一些，以便滿足單根樁的泥漿量儲備。為應對墩位溶洞可能出現(xiàn)的各種復雜情況，應在就近備好粘土、石塊、水泥，以便在漏漿時能及時回填，避免大面積坍塌的發(fā)生。研究橋址地質(zhì)情況，制定合理的開孔順序，在開工前進行技術交底，提出相關技術措施以保證施工技術安全和工程質(zhì)量。

3.2 施工工藝

3.2.1 選擇鉆機

沖擊鉆機的優(yōu)點是適用于各種巖層，鉆進速度快，對偏孔的處理較容易；缺點是穿過溶洞時容易卡鉆，過黏土層容易糊鉆，對周邊建筑物和構造物有輕微影響。綜合考慮，為方便對溶洞的處理，采用沖擊鉆機成孔。

3.2.2 埋設護筒

一般情況，護筒長度采用2.0m即可。護筒頂要高出地面不小于30cm，護筒內(nèi)徑大于鉆孔直徑20cm，護筒頂面位置偏差不大于5cm，傾斜度不大于1%。當出現(xiàn)塌孔時，采用全回填后重新開孔處理時，護筒長度可根據(jù)實際情況適當加長，護筒外緣回填采用黏土，并保證密實。

3.2.3 樁基成孔

人工挖孔時，應控制樁孔中心點的偏位，按現(xiàn)行有關規(guī)范規(guī)程并結合該工程的實際情況采取有效的安全措施，確保樁基施工安全有序進行。

沖擊鉆孔時，開鉆時先在孔內(nèi)灌注泥漿，泥漿相對密度等指標根據(jù)土層情況而定。施工時應采用小沖程，鉆進深度大于鉆頭全高加沖程后，方可進行正常沖擊，沖程以2.0～3.0m為宜。 在下列情況時，宜采用2.0m以下的中低沖程：

a）在斜面開孔和在護筒內(nèi)、在護筒刃腳以下3.0m范圍內(nèi)鉆進時；

b）在停鉆后重新開鉆時；c）當遇到局部溶洞時；

d）在處理其他特殊情況時。

由于巖溶地區(qū)地層情況復雜，鉆孔時應根據(jù)不同情況采用不同的施工方法，以使鉆孔質(zhì)量滿足相關要求。

3.2.3.1 軟弱層或砂層中施工時，應投粘土并摻適量小片石，采用小沖程沖擊，將粘土和小片石擠進孔壁。遇流砂現(xiàn)象時，采用小沖程，宜增大泥漿比重，增大孔內(nèi)壓力。

3.2.3.2 在溶洞中施工時，由于溶洞不整齊，頂、底板犬牙交錯、高低不平，因此必須采取相應措施。鉆進接近頂板時，應采用小沖程。空洞內(nèi)鉆進時，就分層面填粘土坯和石塊，經(jīng)反復沖砸形成泥壁，堵塞原洞內(nèi)填充物的活動通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。鉆頭在洞內(nèi)沖擊高低不平的巖面時，易造成卡鉆或斜孔事故。糾偏方法為，拋填片石和黏土坯或用低沖程打密，反復循環(huán)，保證沖孔質(zhì)量。

3.2.3.3 對于特大型溶洞，采用護筒隔離上部松軟地層的方法。打入巖面的鋼護筒刃腳只有一點或幾點接觸巖面，在護筒刃腳下，用10～15cm邊長的片石和黏土，以低沖程反復沖砸，擠壓泥石堵塞溶洞，形成堅實的泥石壁，保證施工過程不坍不漏。鋼護筒準備通過溶洞時，先用鉆頭沖擊若干次后再將鋼護筒打至下一層的巖面。

3.2.4 樁基清孔

第一次清孔，在鉆孔深度達到設計要求后，鉆機停止鉆進，將新漿壓入孔內(nèi)，把鉆孔內(nèi)懸浮較多鉆渣的泥漿置換出孔外。一般以孔口返漿比重在1.1左右（手觸泥漿無明顯的顆粒感覺），另外孔底沉渣量測定以小于5cm為控制標準。待安放鋼筋及導管就緒后，再進行第二次清孔，用泵將泥漿壓入孔內(nèi)置換沉渣，復測沉渣厚度應滿足規(guī)范要求。

3.2.5 鋼筋籠制作、安裝

鋼筋籠在岸上集中分節(jié)預制，設專人負責，確保鋼筋骨架的幾何尺寸和綁扎質(zhì)量。為保證在運輸過程中不變形，鋼筋籠內(nèi)用十字支撐加固。鋼筋籠用吊車吊入孔內(nèi)，在孔口對焊接長，并保持上下節(jié)在一條軸線上。鋼筋籠下到設計標高后，用懸掛器將其與護筒或平臺連接牢固，防止鋼筋籠發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。

鋼筋籠安裝要認真對中，保證樁壁混凝土保護屋的厚度及鋼筋籠標高符合設計要求。

3.2.6 灌注水下混凝土

水下砼采用灌漿導管法灌注，導管在使用前要對其規(guī)格、質(zhì)量和拼接構造進行壓水試驗。要求壓水試驗時的壓力應不小于灌注砼時導管可能承受的最大壓力。

灌注砼時，大灌漿斗裝滿足夠的混凝土，以保證導管埋深，從而保證水下砼的質(zhì)量。進行水下砼的灌注時，導管接頭不得漏水或漏氣；提升導管時，不得有搖動，要維持孔內(nèi)靜水狀態(tài)，起拔導管要保證導管底部埋深不少于2m，并不得大于6m，灌注完成后的鉆孔樁樁頂應比設計高度至少高出50cm，以便清除樁頭浮漿砼后，保證截面處砼有良好的質(zhì)量。

3.2.7 樁基質(zhì)量檢測

對所有鉆孔樁樁身混凝土進行樁基無損檢測。按施工圖要求在鋼筋籠安裝時預埋聲測管，成樁后進行超聲波透射法檢測。對不滿足要求的樁，采取鉆芯法檢測混凝土質(zhì)量。

3.3 施工過程中出現(xiàn)的問題及措施

3.3.1 鉆孔過程中發(fā)生漏漿

3.3.1.1 發(fā)生原因

在地面以下約20m段地質(zhì)情況正常，采用人工挖孔，當接近軟弱層時，改為沖擊鉆孔。鉆孔過程中出現(xiàn)漏漿。

3.3.1.2 措施

根據(jù)實際漏漿情況，及時對樁孔進行粘土、石塊回填處理，再反復沖砸，最終解決了漏漿問題。

3.3.2 鉆孔過程中發(fā)生卡鉆

3.3.2.1 發(fā)生原因

墩位處地質(zhì)情況復雜，有流砂層又有溶洞，加上地質(zhì)鉆施工過程不斷反復擾動，施工中出現(xiàn)了卡鉆現(xiàn)象，分析原因主要是流砂層護壁不夠牢固，導致流砂層及以上部分巖層坍落造成卡鉆，或者是溶洞護壁不夠牢固，導致溶洞及以上部分巖層坍落造成卡鉆。

3.3.2.2 措施

根據(jù)實際卡鉆情況，采用工字鋼進行沖擊清孔，或者采用小沖錘進行沖擊清孔，最終解決了卡鉆問題。

4 結語

巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁的設計與施工較為復雜，處理不當，會造成在施工中改移墩（臺）位或改變結構形式，增加投資，影響工期。從該橋的順利實施可以看出，詳細的地質(zhì)勘探，科學選擇樁端持力層的位置及安全厚度，合適的穿過溶洞的施工處理方案，對確保橋梁樁基工程質(zhì)量、加快進度、縮短工期及提高經(jīng)濟效益十分明顯。所以，巖溶地區(qū)橋梁建設，應根據(jù)巖溶發(fā)育和分布的規(guī)律，認真勘測、綜合分析、精心組織設計與施工，并加強檢測，以確保橋梁安全。

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[2]JGJ 94—2008，建筑樁基技術規(guī)范[S].

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