公路橋梁樁基工程溶洞處理研究

叢偉

（中國建筑第六工程局有限公司鐵路公司，北京市 100067）

0 引言

根據(jù)相關(guān)調(diào)查可以了解到，巖溶是因其自身所特有的可溶解于水特性而形成的，其具備一定程度的腐蝕性功能，在此基礎(chǔ)上溶洞產(chǎn)生就是巖溶中不溶解于水的碳酸鈣和水、二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸氫且溶解于水。在公路橋梁樁基工程具體施工過程中，一旦存在溶洞等特殊情況，地質(zhì)條件便會受到一定影響，進(jìn)而大大增加了施工難度和成本控制情況。因此為了有效保證鉆孔灌注樁的施工安全性和成孔效率，防止各種病害現(xiàn)象產(chǎn)生，施工人員需要基于巖溶地質(zhì)規(guī)律和分布特點(diǎn)制定科學(xué)合理施工措施，從而為公路橋梁樁基工程施工質(zhì)量提供良好保障。

1 工程概況

在此以某省公路路段為例，其跨域了兩大鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該路段型號主要是K32＋686～K42＋526.72，實(shí)際長度約為9.35 km，而橋梁建筑結(jié)構(gòu)共包括32座，大型橋梁結(jié)構(gòu)10座、小型橋梁結(jié)構(gòu)9座、天橋5座及中橋8座等，并且該路段主線路程上半部分主要為黏土層類型，如灰?guī)r、砂巖土質(zhì)，其中巖層風(fēng)化在中風(fēng)化范圍區(qū)域內(nèi)，而其中以變質(zhì)巖為主的丘陵區(qū)域則為K38+208～K42+526，主要以強(qiáng)風(fēng)化麻巖土質(zhì)為主。同時該路段大橋結(jié)構(gòu)上半部分均采用預(yù)制T梁、預(yù)制箱梁及現(xiàn)澆梁等結(jié)構(gòu)，而下半部分則是以柱式墩結(jié)構(gòu)為主，基于對施工現(xiàn)場地質(zhì)條件的充分考慮，采用人工挖孔手段來進(jìn)行灌注樁施工，而樁基類型則為摩擦樁。

2 基于溶洞公路橋梁樁基工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析

基于目前實(shí)際情況來看，溶洞區(qū)域鉆孔樁施工存在的最大難點(diǎn)便是如何能在有效保證溶洞區(qū)域順利成孔的前提下防止其出現(xiàn)掉鉆或是卡鉆現(xiàn)象，這就對實(shí)際操作人員提出了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，其不但要在充分了解樁孔地質(zhì)條件下時刻關(guān)注鉆孔期間容易出現(xiàn)的各種問題，還需要隨時掌握鉆孔變化情況，進(jìn)而基于此制定合理施工方案，為鉆孔施工順利展開提供有效保證。

2.1 泥漿造壁施工技術(shù)

在新時期發(fā)展背景下，泥漿造壁施工技術(shù)也逐漸得到普遍應(yīng)用，其具體就是指在充分掌握了解溶洞物質(zhì)類型基礎(chǔ)上，通過高質(zhì)量泥漿進(jìn)行護(hù)壁施工，并且基于標(biāo)準(zhǔn)比例規(guī)范向其中加入水泥、草袋、碎石及燒堿等混合性材料，并借助鉆頭將其完全振搗，進(jìn)而將填充材料與泥漿一起放入到溶洞縫隙中去，實(shí)現(xiàn)泥漿護(hù)壁最佳效果。一般該種方法主要適用于溶洞尺寸及樁徑較小的溶洞類型，具體情況具體分析，并且泥漿造壁法中加強(qiáng)型泥漿的配制情況也是溶洞處理成效好壞的主要影響因素之一，因而施工人員在對其進(jìn)行配料選擇時一定要提高重視，如黏土作為泥漿使用中基礎(chǔ)性材料之一，具備粘度較強(qiáng)且含砂率較小的優(yōu)勢，因而在具體配制時需要其含砂率小于4%、造漿能力大于220 LPkg。除此之外，因燒堿具有泥漿粘稠度提高性能，因而對孔壁漏漿現(xiàn)象能起到很好遏止作用，而碎石對于溶洞加固也能起到有效幫助作用，通常選擇16～23 cm之間片石或8 cm以下碎石，從而以便實(shí)現(xiàn)溶洞處理最佳效果，公路橋梁樁孔溶洞示意見圖1。

圖1 公路橋梁樁孔溶洞示意圖

2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)

從鋼護(hù)筒角度來看，其屬于公路橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工中的一項(xiàng)輔助性措施，而護(hù)筒存在的主要目的便是實(shí)現(xiàn)公路橋梁樁基有效定位和控制孔內(nèi)水壓力，而溶洞區(qū)域鉆孔樁基礎(chǔ)施工，由于其地質(zhì)條件極為復(fù)雜，一旦處理方法選擇不當(dāng)將會導(dǎo)致泥漿出現(xiàn)迅速流失和塌孔現(xiàn)象，甚至一旦其出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)之中，斷樁等安全事故的出現(xiàn)可能性是非常大的。由此可見鋼護(hù)筒跟進(jìn)法應(yīng)用尤為重要，具體步驟如下：（1）施工人員先通過振動打樁錘使孔壁上的巖石和地層下沉；（2）使用回旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，將鋼護(hù)筒緩慢下放，在最接近溶洞時向其中拋下填充片石等物體；（3）利用鉆機(jī)等設(shè)備針對溶洞周圍結(jié)構(gòu)展開擠壓工作，促使溶洞護(hù)壁處于密實(shí)狀態(tài)，便于實(shí)現(xiàn)護(hù)孔成樁最佳效果。除此之外，在利用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行溶洞處理時，基于其實(shí)際覆蓋度淤泥砂量一般可分為兩種類型：一種是溶洞泥砂層和覆蓋層都處于較薄狀態(tài)，而鋼護(hù)筒在塌孔出現(xiàn)后并不會出現(xiàn)變形，這時施工人員應(yīng)先將鋼護(hù)筒較短吊起，為其更換新設(shè)備或是直接穿過溶洞到達(dá)巖層結(jié)構(gòu)，這樣再進(jìn)行溶洞鉆孔施工時，便可通過增加泥漿粘稠度，提高填充材料的密實(shí)性水平，進(jìn)而保證鋼護(hù)筒順利下放。另一種則是溶洞淤泥層和覆蓋層都處于較厚狀態(tài)，鋼護(hù)筒承受壓力較大容易導(dǎo)致其出現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重變形，這時就需要工作人員將鋼護(hù)筒設(shè)備吊起，將附近存在土質(zhì)徹底擠壓密實(shí)方可實(shí)行鉆樁，同時還需要對鋼護(hù)筒尺寸進(jìn)行合理調(diào)整，防止其再次出現(xiàn)變形情況[1]。

2.3 密閉壓漿施工技術(shù)

通常密閉壓漿技術(shù)的應(yīng)用展開主要是以化學(xué)加固為原理，借助高壓輸漿泵設(shè)備來將泥漿以導(dǎo)管均勻?qū)敕绞饺谌氲貙咏Y(jié)構(gòu)之中，進(jìn)而使原先處于松散狀態(tài)的砂石迅速加固，凝結(jié)成一種抗水性能較好且?guī)r體膠結(jié)穩(wěn)定的新結(jié)構(gòu)，這不但能對鉆孔條件起到改善作用，還能為鉆孔施工順利完成提供一定保障。因密閉壓漿具體時間存在較大差距，因而其通常又可分為鉆前密閉和鉆中密閉，鉆前密閉主要是利用小型鉆孔設(shè)備到達(dá)溶洞區(qū)域，通過高壓注漿泵將其注入到溶洞之中，并且迅速進(jìn)行填充；而鉆中密閉則是在溶洞砂石固結(jié)完成后實(shí)施鉆孔，必須保證的首要前提便是溶洞內(nèi)部一定要有砂石等填充物質(zhì)[2]。

3 公路橋梁樁基工程溶洞常見故障的處理手段

3.1 漏漿處理

通常在對公路橋梁樁基工程進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時，相關(guān)施工人員必須要時刻關(guān)注泥漿高度實(shí)際變化，一旦在此期間發(fā)現(xiàn)泥漿面出現(xiàn)異常情況，便應(yīng)立即停止鉆孔施工，在將鉆頭取出的基礎(chǔ)上針對其異常情況的出現(xiàn)原因及治理措施展開詳細(xì)探討，如在對公路橋梁樁基進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時，一旦護(hù)筒底部發(fā)生泥漿溢出情況，護(hù)筒設(shè)備便會迅速下沉，這時施工人員就需要將底部漏漿位置進(jìn)行封閉堵死，并通過黏土來對其周圍縫隙有效填充，從而實(shí)現(xiàn)良好密封效果，防止漏漿情況再次發(fā)生。除此之外，溶洞內(nèi)部出現(xiàn)縫隙或是與其他溶洞連接，也會導(dǎo)致泥漿流失，這時施工人員就需要停鉆，針對溶洞內(nèi)部實(shí)際情況詳細(xì)檢查分析，從而及時采取有效措施進(jìn)行施鉆[3]。

3.2 卡鉆、埋鉆處理

基于沖擊鉆施工背景下所產(chǎn)生的卡鉆問題具體包括以下幾種類型：鉆頭使用時間較長致使其磨損情況嚴(yán)重、鉆孔孔徑與實(shí)際設(shè)計(jì)不相符及因鉆機(jī)位置不夠穩(wěn)定導(dǎo)致鉆桿振動等。因此為了有效解決上述存在問題，施工人員可采取以下措施：保證施工現(xiàn)場地面平整，將鉆機(jī)有效固定，在頻繁施工過程中及時更換鉆頭，并且鉆進(jìn)步驟應(yīng)按照小沖程——大沖程——正常沖程順序進(jìn)行，并且還要提前對溶洞頂板高度進(jìn)行預(yù)測，在靠近溶洞頂部位置時適當(dāng)降低鉆孔速度，從而防止出現(xiàn)卡鉆等現(xiàn)象。通過相關(guān)調(diào)查可知，一般埋鉆問題的出現(xiàn)不易提前采取預(yù)防措施，而導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因在于孔壁塌陷，再加上溶洞頂板較薄，一旦鉆頭超出頂板范圍，便會出現(xiàn)頂板塌陷、溶洞坍塌等情況，從而引發(fā)埋鉆情況的出現(xiàn)。而對此現(xiàn)象可采取的處理措施便是有效保證孔內(nèi)水壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，在靠近溶洞頂板位置時適當(dāng)降低鉆孔速度，并且還要做好鉆機(jī)撤離準(zhǔn)備，進(jìn)而為公路橋梁樁基施工質(zhì)量提供良好保障。

3.3 混凝土泄漏處理

在公路橋梁樁基工程鉆孔灌注樁施工過程中，混凝土的泄漏情況可以說是頻繁發(fā)生，而導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因在于砼密度大于泥漿密度。在灌注期間砼的自重和壓力會全部下放到樁孔底部位置，致使側(cè)壁壓力大幅度提高，一旦其超出鉆孔樁護(hù)筒極限便會出現(xiàn)混凝土泄漏。針對此種情況可采取的處理措施如下：在孔壁徹底封閉后，向其中拋入黏土或是片石等填充物，便于實(shí)現(xiàn)二次成孔，對孔壁進(jìn)行加固；對于一些高度較高且容量較大的溶洞來說，一旦鉆頭超出溶洞頂部，仍要繼續(xù)前行，并且保證樁徑、標(biāo)高達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)公路橋梁樁基溶洞的最佳處理效果[4,5]。

4 結(jié)語

綜上所述，在新時期發(fā)展背景下，公路橋梁樁基工程中溶洞現(xiàn)象可以說是層出不窮，如果處理不當(dāng)將會給公路橋梁設(shè)計(jì)施工帶來極大不利影響，因而這就需要施工人員能夠在對公路橋梁地質(zhì)情況充分掌握了解的基礎(chǔ)上，針對溶洞問題制定合理有效的處理措施，盡可能保證公路橋梁樁基工程的安全落實(shí)。

[1]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2004.

[3]薛立建.公路橋梁樁基工程溶洞處理研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué),2014.

[4]馮五一.重慶渝東地區(qū)大直徑公路橋梁樁基工作性狀研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2008.

[5]何培楷.高速公路橋梁溶洞樁基施工技術(shù)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2014(14)：134-135,138.