復雜巖溶地質中橋梁樁基施工技術研究與應用

尤帆帆

（廣州市高速公路有限公司）

巖溶作用下，形成喀斯特地貌，地下形態(tài)不同程度改變，導致地上施工穩(wěn)定性和安全性受到影響。巖溶地質條件之所以形成，是多種因素作用的結果，如流水沖蝕、巖溶溶蝕等，一旦處理措施不當，極易出現(xiàn)下陷、坍塌等現(xiàn)象[1]。巖溶發(fā)育程度存在差異，案例工程所在地區(qū)的巖溶為中等～極強發(fā)育，需要采取措施進行樁基加固，以滿足工程質量要求。

1 案例工程

廣州市某高速公路全長65.18km，橋梁基礎大部分為鉆孔灌注樁。根據(jù)地質情況報告，廣州市白云區(qū)金盆村施工范圍巖溶發(fā)育，地質情況復雜，并且橋位區(qū)地下水對混凝土結構具強腐蝕性。該工程處于復雜巖溶地區(qū)，樁基礎施工質量成為橋梁質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。

2 橋梁樁基施工常見問題

2.1 區(qū)域避讓不到位

案例工程地處巖溶區(qū)，常規(guī)地質勘測法未及時、準確顯示溶洞信息，致使樁孔成功率降低，并出現(xiàn)漿液外露、塌陷等現(xiàn)象。當橋梁樁基修建遇到巖溶發(fā)育、地下水較多時，盡量選擇避讓，否則會增加樁孔處理難度[2]。

2.2 卡鉆、塌孔等問題

復雜巖溶地質條件下進行橋梁樁基施工，極易出現(xiàn)掉鉆、卡鉆、塌孔等現(xiàn)象，導致施工速度減緩，并且橋梁穩(wěn)定性和安全性大大降低。出現(xiàn)塌孔問題，是因為溶洞洞室、泥漿質量不達標等因素導致；對于傾斜問題，主要因為溶洞非均勻發(fā)育和巖層傾斜，橋梁樁基施工環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象；灌漿問題產(chǎn)生的主要原因，是樁孔與溶洞相通，此外，巖溶裂縫、鋼護筒焊接不嚴密也會引發(fā)灌漿問題。

3 復雜巖溶地質中橋梁樁基施工技術與應用

3.1 溶洞總體處理方案

根據(jù)溶洞高度，劃分溶洞類型：小于3m 的溶洞屬于小型溶洞，3～10m 之間的溶洞屬于中型溶洞，大于10m的溶洞為大型溶洞。根據(jù)地質超前鉆孔柱狀圖，以及鉆頭穩(wěn)定度變化情況制定溶洞處理方案，主要有：超前鉆孔預注漿堵漏、拋填片石和粘土、鋼護筒處理等方案。復雜巖溶地質中進行橋梁樁基施工時，應做足施工準備：施工前，分析溶巖地質資料，制定可行的施工方案，并備好泥漿、泥漿泵、片石、粘土、袋裝水泥等[3]。

3.2 溶洞具體處理方案

3.2.1 超前鉆孔預注漿處理

在具體施工過程中，超前鉆孔一方面探查樁位溶洞位置和尺寸，基于樁基位置的溶洞分布規(guī)律和漏漿情況，制定鉆孔施工方案，并為下一步鉆孔和成樁施工提供借鑒；另一方面，進行注漿堵漏，根據(jù)地質情況和鉆孔過程中漏漿情況，對于鉆孔工作開展中出現(xiàn)的裂隙、溶洞等有害地質及時有效地實施注漿封閉、固結處理，固定溶洞內(nèi)的填充物，封閉巖石裂縫，提高其強度，避免正式鉆孔時，發(fā)生漏漿問題。

注漿堵漏工作持續(xù)開展，直到不漏為止。在施工時，地質鉆孔機每一次穿過溶洞時，都會存在引發(fā)漏漿的可能，要及時發(fā)現(xiàn)，及時堵漏。如果注入3～5 噸水泥漿后漏漿問題依然沒有解決，應停止注漿，間隔12 小時后繼續(xù)注漿，如此反復操作，直到不漏漿為止。如果第二層溶洞存在漏漿問題，需要繼續(xù)鉆進注漿，當鉆孔達到設計孔底標高以下的連續(xù)基巖層時，連續(xù)基巖層高度必須滿足設計要求，然后更換位置，重復上述操作。在完成注漿處理之后，使用沖擊鉆機鉆孔。如果在孔中存在沒有處理好的溶洞，可以通過拋填粘土、片石、水泥包等進行處理。

超前鉆孔預注漿處理，嚴格管控鉆孔和預注水泥漿兩個環(huán)節(jié)。在案例工程中，使用普通地質鉆機鉆孔，預注漿可以使用注漿泵通過鉆桿完成。若鉆機在松散、裂隙發(fā)育巖層、溶洞地層發(fā)生漏漿現(xiàn)象，可以使用間歇壓漿的方法處理，對不良地層進行充填、封閉和固結。使用注漿泵注漿時，應合理控制壓力，宜在0.5～0.1MPa 之間，具體數(shù)值可以根據(jù)現(xiàn)場需求設置。合理設置水泥漿漿液的水灰比，通常為W/C=0.8～1.0。在操作時，應考察其返漿狀態(tài)，如果漿液流出孔口且液面保持穩(wěn)定，即可停止注漿。注漿時的順序為從上到下，當鉆穿整個容巖層之后，開始注漿，實現(xiàn)對漏漿底層和填充物的封閉和固結。除此以外，為了防止?jié){液流失導致浪費，可采取間歇注漿模式，在先期注入的漿液與溶洞填充物初步膠結，具有一定穩(wěn)定性之后再注漿，照此往復循環(huán)操作，直到達到最小注漿量和注漿壓力控制數(shù)值時停止注漿。

3.2.2 拋填片石和黏土處理

拋填片石和黏土處理時片石和粘土比例一般控制在1:1。

觀測掌握鉆孔動態(tài)。根據(jù)超前鉆資料，在沖孔至溶洞頂1m 左右時，準備足夠片石、粘土。沖擊鉆在溶巖上沖孔時選擇小沖程，特別是接近溶洞頂時（約1m），加強孔深測量和泥漿循環(huán)物觀測。

注重泥漿面變化分析與處理。在確定該溶洞處沖孔成功后，暫停沖進，觀測泥漿面變化情況，并與無溶洞的成孔情況同條件比較，判斷溶洞處有無漏漿情況。如有漏漿現(xiàn)象出現(xiàn)，可再行考慮投拋片石、粘土沖砸，起到堵漏效果。

采取二次沖砸模式。若在溶洞內(nèi)進尺較快，則在孔底已穿過溶洞底1m 左右后，再次提升鉆頭，投入片石、粘土，重新進行沖砸。目的是使片石與粘土在溶洞內(nèi)形成一道環(huán)壁，保證成孔質量[4]。

嚴格關注無填充溶洞或半充填溶洞的護筒內(nèi)部泥漿變化情況。特別是超前鉆顯示漏漿的溶洞，在擊穿洞頂之前，要有專人密切注意護筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，首先應迅速補漿，然后用鏟車及時將準備好的片石、粘土按適當?shù)谋壤龗伻耄敝量字械哪酀{停止下降，并慢慢上升，此后可用沖錘進行適當擠壓，當泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉入正常鉆進。如此反復使鉆孔順利穿越溶洞。

合理進行偏孔處理。偏孔是溶洞處地質鉆孔施工中的常見現(xiàn)象。鉆頭穿越溶洞時密切關注是否偏孔。若偏孔應按1:1 的比例回填粘土和片石至偏孔處1m 以上，重新沖砸。多次糾偏不成功的偏孔，要研究專項方案進行糾偏。

3.2.3 單層鋼護筒處理

對于中溶洞（高度3～10m）采用單層鋼護筒施工法，具體施工方法：

先預埋開孔護筒，準備編織袋填裝的粘土包和片石；沖進鉆孔，在溶洞內(nèi)沖進時，拋填粘土袋和片石；放鋼護筒至巖面，繼續(xù)沖進，如溶洞漏漿，則繼續(xù)拋填粘土袋和片石，并將鋼護筒繼續(xù)跟進至巖面，最后終孔[5]。

3.2.4 多層鋼護筒處理

對于大溶洞（高度≥10m），采用多層鋼護筒施工法。鋼護筒跟進是利用振動打樁錘將鋼護筒一直跟進到溶洞底部的施工方法，此法既解決了成孔過程中溶洞頂部覆蓋層的坍塌問題，又保證了成樁的安全和質量。

樁基內(nèi)護筒跟進的施工流程：場地平整、定位→埋設外鋼護筒→沖孔至上層溶洞頂（回填片石或粘土）→溶洞頂部處理→外鋼護筒穿過上層溶洞至溶洞底部→下放內(nèi)鋼護筒→沖孔至下層溶洞頂（回填片石或粘土）→溶洞頂部處理→內(nèi)鋼護筒穿過下層溶洞至溶洞底部→正常成孔至樁底標高（終孔）。

鋼護筒制作。鋼護筒在廠家用機械集中卷制加工制作，內(nèi)徑不小于設計樁徑，焊縫全部為滿焊，制作好后運至施工現(xiàn)場。

鋼護筒跟進施工工藝。首先，下放長護筒時，其位置必須準確，下放完成后，檢查其高程、垂直、護筒頂面水平度。當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻，說明頂部已成孔并且圓滑垂直，此時用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護筒，用吊機把護筒放入沉至孔底，必要時用振動錘下沉。其次，下落過程中通過預埋外護筒之間的卡具控制，并用經(jīng)緯儀輔助控制垂直度。用水平尺檢測達到水平要求后，在外部卡具范圍內(nèi)將上部鋼護筒初步就位，接口對齊，用經(jīng)緯儀測量垂直度，然后將兩節(jié)鋼護筒點焊，初步穩(wěn)定后，再進行滿焊。在焊縫冷卻后，進行鋼護筒的下落施工，上述工序循環(huán)進行。

3.3 溶洞地質鉆孔常見病害

在具體施工過程中，溶洞地質鉆孔存在一些常見病害，需要對其進行預防和處理，將影響降到最低，保證工程優(yōu)質高效進行。其中，對于漏漿、塌孔的問題，需事先準備泥漿、大流量泥漿泵、粘土、片石等材料和設備，當發(fā)生上述問題時，及時進行處理。對于卡鉆和掉鉆等問題，應對地質條件詳細了解，并掌握鉆進狀態(tài)和尺寸，有效控制鉆進的深度和速度，及時進行問題分析和處理。例如出現(xiàn)卡鉆問題時，可使用水下割護筒底口擋住鉆頭部分，還可以上拔鋼護筒，騰出空間，拉出鉆頭。在斜孔預防和處理方面，可以反復拋填片石，使其達到斜孔位置以上1m～2m，進行小沖程反復沖砸，糾正斜孔。在混凝土外漏防控方面，可以利用腔體內(nèi)部封閉效應提升樁孔護壁穩(wěn)定性。

4 結論

復雜巖溶地質中橋梁樁基施工的難度較大，需要合理制定技術方案，基于巖溶地質條件和施工要求，進行工藝設計與改進。在具體操作中，應基于施工現(xiàn)場的地質情況、漏漿情況，及時進行超前鉆孔預注漿處理，有效拋填片石和黏土處理，并通過單層鋼護筒和多層鋼護筒的使用，進行漏漿保護，解決溶洞頂部覆蓋層坍塌的問題，確保工程優(yōu)質高效。