基于巖溶復(fù)雜地質(zhì)的高速高速公路橋梁樁基施工技術(shù)研究

黃建平

（中交四公局第二工程有限公司， 北京 100000）

0 前言

路橋施工環(huán)境特殊，特別是巖溶山區(qū)地質(zhì)條件較差，對施工技術(shù)和工藝要求很高，必須提前進行現(xiàn)場全面勘察，掌握巖溶山區(qū)地質(zhì)地形特征，然后制定科學可行的施工方案，以確保樁基施工的可靠性，避免質(zhì)量隱患的遺留。針對復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，施工單位應(yīng)把樁基施工管理作為重點，確保所有技術(shù)作業(yè)都能嚴格按照專業(yè)規(guī)范進行，減少施工變更，提高工程建設(shè)的綜合效益。

1 巖溶山區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)特點

為了適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，我國高速高速公路在不斷建設(shè)中日趨完善，但由于所面臨的地理環(huán)境不同，相應(yīng)的施工技術(shù)和工藝也不同，需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，制定出具有可行性高的施工方案，配以適當?shù)氖┕ぜ夹g(shù)，不但可以降低施工難度，而且可以減少出現(xiàn)的施工問題。由于地質(zhì)條件的特殊性，在面對熔巖山區(qū)環(huán)境施工時，主要是由硫酸鹽、鹵化物、碳酸鹽等可溶巖石產(chǎn)生化學溶蝕反應(yīng)，在發(fā)展強烈的地區(qū)，甚至存在著大型地下暗河、廊道和大型地下溶洞，對高速公路橋梁樁基的影響很大。為了保證施工活動的正常進行，需要提前進行綜合地質(zhì)勘察，查明地質(zhì)實際情況，根據(jù)巖溶表現(xiàn)出的復(fù)雜多變的特征，提前做好準備，預(yù)測可能的施工問題，制定各種防范措施，為后續(xù)施工作業(yè)的開展提供保障，減少外界各種因素對施工作業(yè)的干擾，提高高速公路橋梁樁基施工的綜合效果。

2 巖溶山區(qū)橋梁樁基施工常見問題

2.1 樁基塌孔

高速公路橋梁樁基施工中，由于山區(qū)巖溶地質(zhì)的特點，容易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，造成后續(xù)灌注作業(yè)無法進行，延誤工期，增加工程造價。造成這一問題的主要原因是：巖溶連通性差，覆蓋層流塑性強，加劇了孔內(nèi)漿液流失的問題；即使采取補漿措施，仍會出現(xiàn)孔內(nèi)液面高度不達標的問題，產(chǎn)生壓差，最終導(dǎo)致鉆孔塌陷。為了避免這類問題，需要在施工前根據(jù)勘察結(jié)果確定施工步驟，從外圍樁逐步過渡到中間樁。同時，為提高孔壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)選擇比設(shè)計樁徑大、最終達到基巖以下深度的鉆頭，再安裝鋼套。分析工程施工要求，配以相應(yīng)砂漿，并在套筒外側(cè)利黃土填實，可有效地防止由于漿液流失而導(dǎo)致的塌孔。此外，還需事先設(shè)計好防滲措施，發(fā)現(xiàn)滲漏通道后，要及時封堵，特別是穿越鈣質(zhì)礫巖裂隙地帶時，可采用泥球錘擊，保證無漏漿問題，可按設(shè)計方案施工。

2.2 地下水涌出

由于前期勘察不準確、地下水位相關(guān)信息掌握不全面，在巖溶樁基施工過程中常常會出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，增加了現(xiàn)場施工的難度。許多工程因承壓水引起巖溶樁底大量涌水，降低了施工的安全性。如遇地下水溶洞，需再次對比現(xiàn)場情況，對施工方案進行調(diào)整修改，以確保施工方案具有較強的可行性和科學性，再以此為施工指導(dǎo)，確保每一個細節(jié)的實施規(guī)范。遇有體積小，但水位淺，水流穩(wěn)定的溶洞，可采用拋石措施處理，條件允許時，可采用適量的碎石土和水泥，增加溶洞周圍片石和泥漿的緊密度，使地下水流連通速度，減少對樁基施工的影響。

2.3 鉆孔彎管

在基樁基礎(chǔ)施工過程中，同時也是容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的階段。假使巖溶發(fā)育過快，在實際施工中易發(fā)生彎管、夾管等現(xiàn)象，其安全性和穩(wěn)定性較低。而且，許多單位在施工過程中，會遇到原巖層不平衡，造成地面變形、地層塌陷和涌水，不僅增加了施工難度，而且還容易引發(fā)安全事故。如遇地下水流速度快的溶洞，為了保證溶洞內(nèi)水位的穩(wěn)定性，可采用內(nèi)層鋼護筒下沉法處理。當水流通過洞口頂部時，可用鋼絲等材料綁扎，避免對內(nèi)護筒產(chǎn)生影響，再用吊車將內(nèi)護筒轉(zhuǎn)移到洞口底部，最后用監(jiān)測器檢測內(nèi)護筒是否到達洞口底部。若鉆孔后發(fā)現(xiàn)水位下降，則需反復(fù)加漿，控制水位，使泥漿處于穩(wěn)定狀態(tài)，判斷洞穴中是否有地下水。若洞穴灌注所需泥漿不足，且位置不斷變化，則可確定洞穴中存有地下水，需采用相應(yīng)技術(shù)施工，最大限度排除地下水對樁基施工的影響。

3 挖孔樁成孔施工技術(shù)

3.1 護壁厚度設(shè)計

在挖孔樁施工過程中，考慮到工程對鉆孔深度的要求，需要采用分段開挖的方法，分段護壁處理，以進一步提高挖孔樁施工過程的安全穩(wěn)定性。對小于6 m 的孔徑，由于土質(zhì)條件較好，可在不設(shè)護壁的情況下進行開挖施工；但對大于6 m 的孔徑，在施工過程中應(yīng)適當設(shè)置護壁，并適當控制護壁厚度約15 cm。

3.2 樁孔開挖

結(jié)合巖溶地質(zhì)環(huán)境特點，確定采用分段開挖的方法進行工程施工。在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，為1 m 一段，在巖溶地區(qū)為0.5 m 一段。施工過程中不需要對孔壁進行拋光處理，采用人工處理方法，保證了孔壁的平整度。在鉆孔施工過程中，遇到堅硬巖石時，可采用淺眼松動爆破法，繼續(xù)進行挖掘施工。

3.3 護壁的施工

結(jié)合巖溶地質(zhì)環(huán)境特點，采用15 cm 等厚鋼筋混凝土外護壁，采用人工澆筑方基樁及樁位軸線，保證孔位及孔深均符合設(shè)計要求。

3.4 鉆孔的測量控制

在進行鉆孔施工時，隨時對樁位軸進行校核，確保樁位、截面積和孔深均符合工程實際設(shè)計要求。此外，還需對軸線進行測量控制，通過將控制水準機牽引向上直至護壁頂部，實現(xiàn)高程測量與控制。

3.5 溶洞處理

在巖溶地區(qū)進行鉆孔灌樁施工時，必須采取有效措施對溶洞進行處理，具體措施包括以下三個方面。

(1)溶洞的安全處理。檢測洞穴中的有毒氣體，檢測人員進入洞穴時必須戴上安全系帶，并確保安全帶與井口的掛梯之間有足夠牢固的連接，以提高檢測人員在進行洞穴檢測工作時的安全性。在基坑挖深超過10 米時，需采用鼓風裝置不斷向洞內(nèi)吹入新鮮空氣，保證探測者的呼吸需求。

(2)溶洞的承壓水檢測。在孔徑與溶洞頂面距離為1 米時，應(yīng)提前鉆取直徑為10 cm 的孔洞，以檢測溶洞內(nèi)有無承壓水。在有承壓水抽采完畢后，要求施工人員和檢測人員迅速撤離地面，方可繼續(xù)進行開挖施工。

(3)溶洞的填充物檢測。挖穿溶洞頂蓋后，檢查溶洞內(nèi)的填充物，如無填充物，將溶洞內(nèi)的積水、稀漿抽凈，加固外圈，再進行立模澆筑施工；如溶洞內(nèi)有填充物，先合理劃分填充物的等級，再對不同等級的填充物采取有效的處理方法，處理完畢后再進行下一步的施工。

4 沖擊鉆鉆孔樁成孔施工技術(shù)

4.1 制備泥漿

為改善泥漿穩(wěn)定性，可在泥漿中加入適量的0.2%堿粉，再采用鋼質(zhì)材料包扎包扎，進行包扎作業(yè)，包扎包扎內(nèi)徑需大于樁徑0.3 m，采用分解卷扎，并根據(jù)巖溶地質(zhì)環(huán)境選擇科學、合理的包扎方案，如對包扎深度較淺的包扎可采用挖埋法。此外，為了避免施工過程中雜物落到鉆孔里，造成鉆孔質(zhì)量問題，還需對護筒的頂面進行控制，使其高度高于地面0.3 米。

4.2 架設(shè)鉆機

當設(shè)置鉆機的支座位置時，盡量設(shè)置在原則孔的位置，然后采"八"字形纜風繩栓拉鉆機，以確保其安裝足夠平滑，避免在具體施工過程中發(fā)生位移或沉降現(xiàn)象。

4.3 鉆進作業(yè)

對于一般的土層鉆孔施工，為了有效地提高泥漿濃度，可選用50/75 cm的沖孔鉆。在進行巖溶層鉆孔施工時，為保證洞室頂部被擊穿，避免卡鉆問題的發(fā)生，可采用在100～150 cm 范圍內(nèi)改變沖程的方式進行鉆孔施工，同時也要準備水泥、石塊和粘土等施工材料。

4.4 溶洞處理

鉆穿溶洞頂板前，需調(diào)配專業(yè)人員，實時觀察護筒內(nèi)泥漿面情況，一旦護筒內(nèi)泥漿面出現(xiàn)下降趨勢，應(yīng)及時補充。鉆孔頂板后，由于孔內(nèi)充填情況不確定，必須先確定孔內(nèi)充填情況，再選擇最合理的充填處理方式。如對小、多層溶洞，可采用低標號混凝土填充溶洞，然后進行鉆孔施工，對大、中型溶洞，應(yīng)根據(jù)實際情況選用特殊的處理工藝進行處理。

5 工程灌注樁成樁施工技術(shù)

5.1 清孔

鉆完后必須進行清孔，清孔工作完成后，即可進行灌注樁的成樁施工。先用鋼絲掛重約1 kg 的鐵炮檢查井眼深度，然后在井眼底部設(shè)置一道活門式網(wǎng)抽渣筒，反復(fù)對井眼進行掏渣，徹底清除井眼底部的泥沙和沉渣；鋼筋下垂后，需復(fù)打沉渣厚度，一旦發(fā)現(xiàn)沉渣厚度超標，則需重新進行清孔作業(yè)，直至達到工程規(guī)范要求。

5.2 安裝鋼筋籠

清理完畢后，立即安裝鋼筋籠。具體地說，清孔工作結(jié)束后，必須對清孔質(zhì)量進行檢測，如果清孔質(zhì)量合格，則應(yīng)及時將鋼筋籠放入鉆孔，再與護筒連接，以避免在混凝土灌注施工過程中鋼筋籠上浮的現(xiàn)象。為有效地縮短鋼筋籠的安裝時間，可采用鋼筋籠套筒擠出連接工藝進行鋼筋籠的安裝施工。

5.3 灌注混凝土

鋼筋籠安裝完畢后，即可進行混凝土灌注施工，具體而言，混凝土灌注施工可分為以下五個步驟進行。

(1)漏斗和管道安裝完成后，應(yīng)立即進行一次混凝土灌注施工。一般而言，第一車混凝土的坍塌將比較大，因此需要在2 米以下埋入導(dǎo)管。

(2)灌注混凝土的過程必須是連續(xù)的，并由專業(yè)人員負責監(jiān)測混凝土的灌注高度；此外，還必須確保管道埋置深度為2～6 米。

(3)提升導(dǎo)管時，為避免接觸鋼筋籠，必須保證導(dǎo)管在提升過程中處于中間位置，導(dǎo)管提升后的埋深程度也要保證在2 米以上；此外，還需嚴格控制導(dǎo)管的拆除時間，盡量保證在15 min 內(nèi)完成。

(4)在巖溶地層附近進行混凝土灌注施工時，需適當放慢混凝土灌注速度，以避免巖溶地層中壓力驟增導(dǎo)致孔壁塌陷。

(5)控制完成灌注的混凝土樁應(yīng)比設(shè)計高度高出約70 cm，將多出部分鑿開，以提高混凝土灌注的整體質(zhì)量。

6 高速公路橋梁樁基施工技術(shù)控制要點

6.1 提前現(xiàn)場勘察

事先的現(xiàn)場勘測是高速公路橋梁樁基施工中需要進行的準備工作。它可以預(yù)先確定熔巖區(qū)的地質(zhì)特征，為施工計劃的設(shè)計提供依據(jù)，并確保后續(xù)的施工作業(yè)能夠順利進行。高速公路橋梁樁基的施工需要以調(diào)查結(jié)果為指導(dǎo)，以確保橋墩基礎(chǔ)設(shè)計結(jié)果的科學性。其中，重點是熔巖的分布和發(fā)育。對于發(fā)育程度相對較低的巖溶洞穴，應(yīng)采用一橋墩一孔的施工方法。對于發(fā)育程度高，強度高的巖溶洞穴，可以采用一樁一孔的施工方法。無論采用哪種處理方法，都必須確保鉆孔深度的合理性，該深度應(yīng)不小于溶洞所形成的地層深度，以確保樁基施工結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。同時，有必要在施工前確定巖溶洞穴的穩(wěn)定性，以確定其是否會干擾施工過程。因此，有必要在調(diào)查階段對巖溶洞穴的狀況進行調(diào)查和確認，并掌握頂板厚度，巖石性質(zhì)，節(jié)理裂縫信息。并結(jié)合周圍環(huán)境和地下水分布特點，對施工方案進行了調(diào)整，以保證合理的樁深，提高了施工方案的可行性。

6.2 施工技術(shù)要點

6.2.1 挖孔樁

當遇到發(fā)育強度低的熔巖區(qū)時，為了減少施工難度，必須嚴格按照設(shè)計方案施工，不能隨意變更工序。通常的施工流程是：現(xiàn)場整理、測量放樣、開挖井口、井口混凝土澆筑、挖開一節(jié)樁孔、支模及護壁混凝土澆筑、檢查樁體標高及軸線、吊裝設(shè)備、挖開二節(jié)樁孔、拆掉一節(jié)及二節(jié)樁模及護壁混凝土澆筑。所有工序結(jié)束后，應(yīng)檢查樁身高度是否滿足設(shè)計要求。

6.2.2 開挖樁孔

在挖孔樁作業(yè)中，樁節(jié)長度可確定為1 米，對于需要穿過軟土的樁節(jié)長度可調(diào)整為0.5 米。為了控制好孔壁的平整度，在整個樁孔開挖過程中，必須始終保持樁身的凹凸狀態(tài)，以提高樁身的摩擦力。若地下有硬巖，且開挖作業(yè)難度較大，則根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否采用淺眼松動爆破法進行開挖施工。

6.2.3 護壁處理

可選用C25 鋼筋混凝土處理樁位護壁，采用機械攪拌方式保證保持較高的均勻性，并將其吊運至作業(yè)現(xiàn)場，采用人工澆筑的方法施工。此外，還可選用國產(chǎn)鋼制模板作護壁模板，每三塊組裝成一個模板，可采用U 型卡板進行連接處理以提高穩(wěn)定性。通過循環(huán)澆注施工，改善護壁處理效果。

6.2.4 灌注樁施工

成孔后進行全面清孔處理，然后安裝預(yù)先綁扎的鋼筋籠，采用水下灌注法作業(yè)，控制好澆筑速度，全程避免鋼筋籠上浮。為提高灌注樁施工質(zhì)量，進行了連續(xù)澆筑作業(yè)處理。

7 結(jié)束語

為了對巖溶地區(qū)高速公路橋梁樁基施工作業(yè)進行分析，需要確定地質(zhì)地形條件特征，對現(xiàn)場有一個大致的了解，然后確定施工方案，完成施工設(shè)計，為下一步各階段技術(shù)實施提供指導(dǎo)，提高施工規(guī)范，確保施工效果達到設(shè)計要求。