巖溶地質(zhì)環(huán)境下橋梁樁基施工技術(shù)分析

張劍

（湖南省益陽公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南益陽413000）

0 引言

橋梁基礎(chǔ)作為重要的承重構(gòu)件，承載著橋梁自重荷載及橋梁運(yùn)營期的車輛荷載，并將上述荷載向地基傳遞。因此，必須重視其建設(shè)質(zhì)量。中國幅員遼闊，區(qū)域不同，其地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌也存在顯著不同。我國東部、南部區(qū)域廣布熔巖地貌，在該地質(zhì)條件下建設(shè)橋梁，需重點(diǎn)關(guān)注橋梁的基礎(chǔ)施工質(zhì)量。鑒于此，為高效建設(shè)橋梁基礎(chǔ)，提升施工質(zhì)量，優(yōu)化橋梁承載力，本文選擇了某大型橋梁項(xiàng)目為研究對象，根據(jù)其施工情況，分析了不同類型的溶洞處理技術(shù)，探究優(yōu)化熔巖地質(zhì)的方法及提升橋梁基礎(chǔ)建設(shè)質(zhì)量的具體措施。

1 工程概況

該大橋項(xiàng)目全長2761m，基礎(chǔ)共兩種：鉆孔灌注樁、柱形實(shí)體墩。樁長介于6～47m 之間，樁徑共有1m 和1.25m 兩種。地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目所處場地廣布巖溶，其中溶洞約占47%，溶洞中70%為空洞，屬于典型的巖溶地質(zhì)。

2 巖溶處理工藝

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，結(jié)合施工設(shè)備的投入及實(shí)際工況，該項(xiàng)目選定了集中治理溶洞的方案，具體工藝如下：

2.1 拋填筑壁法

實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔至溶洞臨界點(diǎn)，必須保持鉆速均勻。貫穿溶洞臨界點(diǎn)后，馬上停止鉆孔作業(yè)，將黏土片石填充至溶洞內(nèi)，并及時(shí)進(jìn)行沖孔作業(yè)，確保溶洞密實(shí)填充，多次進(jìn)行填充、沖孔作業(yè)，直至溶洞內(nèi)全部填充黏土片石且壓緊密實(shí)，使孔道內(nèi)液面趨于穩(wěn)定。圖1所示為該施工措施的具體情況[1]。

圖1 拋填筑壁法處理示意圖

2.2 鋼制護(hù)壁筒處治法

實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔至溶洞臨界點(diǎn)，必須保持鉆速均勻。貫穿溶洞至底部時(shí)，制作鋼制護(hù)壁筒的同時(shí)，振動施加荷載，確保護(hù)壁筒至溶洞底部，有效規(guī)避洞內(nèi)滲水。圖2所示為該施工措施的具體情況[2]。

圖2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理示意圖

3 小型空洞、中型填充型溶洞的處理方法

根據(jù)不同類型的溶洞，有針對性地采取處理措施：其一，小型空洞、中型填充型溶洞，若水流滲透動力較小，建議使用黏土片石拋填法予以治理。其二，結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告，了解施工場地的溶洞情況，科學(xué)明確循環(huán)拋填治理次數(shù)，確保溶洞的治理效果，提升填充度、密實(shí)性的同時(shí)，合理降低施工的資金投入。

4 較大型、串珠狀、水聯(lián)通通道型溶洞的處理方法

若溶洞規(guī)模較大，分布區(qū)域較廣且連片成群，處理時(shí)需慎重。若僅使用黏土片石填筑法治理，施工過程中的沖孔、填充作業(yè)容易對溶洞洞壁造成溶洞，有潛在的塌方威脅，存在安全隱患，較易引發(fā)安全事故。若通過鋼制護(hù)壁筒措施予以治理，施工資金投入較大，方案性價(jià)比較低，且施工振動易導(dǎo)致溶洞洞壁開裂。根據(jù)以往的研究成果，結(jié)合工程實(shí)踐，建議采取聯(lián)合治理措施，即同步使用上述兩種治理技術(shù)，實(shí)施治理作業(yè)[4]。

4.1 拋填筑壁法的特點(diǎn)

第一，黏土片石拋填治理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為施工便捷、簡單，資金投入較小，性價(jià)比較高；缺點(diǎn)是作業(yè)的連續(xù)性不足，難以把握治理效果，存在塌孔威脅。為了科學(xué)地治理溶洞，提升溶洞的密實(shí)性，建議應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告，了解施工場地的溶洞情況，科學(xué)明確循環(huán)拋填治理次數(shù)。

第二，該治理措施使用硬塑性材料，流動性不足，滲透性較差，即使通過多次循環(huán)施工作業(yè)，也難以取得較好的密實(shí)效果，溶洞難以完全密實(shí)，且溶洞作業(yè)部位遺留的通道也無法得到治理。混凝土澆筑施工過程中，在進(jìn)行混凝土灌注、填充通道，無法控制混凝土的用量，存在超量問題，同時(shí)增加了填筑結(jié)構(gòu)的荷載。圖3 為超方示意圖[5]。

圖3 混凝土灌注超方示意圖

4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法特點(diǎn)

第一，項(xiàng)目地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，溶洞廣布且部分溶洞聯(lián)通成片，溶洞壁凹凸不平，下推護(hù)壁筒作業(yè)時(shí)，鉆頭易遭遇石塊，二者相撞會導(dǎo)致護(hù)壁筒變形，對成樁質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，嚴(yán)重降低灌注樁的承載力。

第二，該項(xiàng)目施工現(xiàn)場溶洞較多，且多為空洞溶洞，如果上部施工荷載過大，就會存在溶洞大范圍塌方的風(fēng)險(xiǎn)，破壞護(hù)壁筒[6]。

4.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填結(jié)合法

根據(jù)工程實(shí)踐，結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際，建議采取聯(lián)合治理措施，即同步使用黏土片石拋填和鋼制護(hù)壁筒兩種治理技術(shù)，開展治理作業(yè)。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方案性價(jià)比高、資金投入低，治理效果優(yōu)越，聯(lián)合治理措施要點(diǎn)如下：第一，鋼護(hù)筒下推前，應(yīng)先采取黏土片石法，進(jìn)行2～3 次循環(huán)拋填，密實(shí)填充溶洞，有效規(guī)避溶洞塌方風(fēng)險(xiǎn)。第二，提前使用機(jī)械設(shè)備沖擊巖體，清理溶洞壁，旨在保護(hù)護(hù)壁筒，確保其下推過程中免遭破壞，不被彎折。第三，上述兩種治理措施相結(jié)合，還需適度加入水泥，同時(shí)進(jìn)行鋼護(hù)筒下沉施工，及時(shí)切斷滲水通道[7]。

5 繞避法

目前治理熔巖地質(zhì)較為可靠、優(yōu)質(zhì)的方法為繞避法，治理核心需根據(jù)地質(zhì)勘查情況，提前了解溶洞分布及其狀態(tài)，有針對性地制定施工計(jì)劃。施工中應(yīng)繞過大、中型溶洞及聯(lián)通成片的溶洞群。該大橋項(xiàng)目11#橋墩處熔巖較為成熟，根據(jù)地質(zhì)勘查情況可知，原定跨徑為32m，后變更為48m，避免了在該區(qū)域內(nèi)施工[8]。

6 巖溶處理措施選定原則及施工要點(diǎn)

本文根據(jù)溶洞分布、規(guī)模、聯(lián)通情況等，分析了不同的治理措施，明確了選擇治理措施的原則，并對應(yīng)概括了治理方案的要點(diǎn)。

6.1 巖溶處理措施選定原則

表1 為選取巖溶地質(zhì)治理方案的原則。

表1 巖溶地質(zhì)處治方案選取原則

6.2 施工控制要點(diǎn)

第一，為了提升孔壁周圍的抗擠壓能力，以免鉆孔作業(yè)時(shí)，范圍內(nèi)的堅(jiān)硬巖石對鉆進(jìn)作業(yè)造成影響，出現(xiàn)損壞鉆頭等問題，建議嚴(yán)格控制鉆孔施作動能，將其控制在2.5～5.0t/m2之間。

第二，巖溶地質(zhì)不同，發(fā)育情況也不同，巖溶分布、容積也存在變化。為了順利推進(jìn)沖孔施工作業(yè)，有效規(guī)避塌方、塌孔等風(fēng)險(xiǎn)，必須嚴(yán)格進(jìn)行地質(zhì)勘查。根據(jù)勘查報(bào)告，了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，明晰的分布，有針對性地制定鉆孔施工組織設(shè)計(jì)，科學(xué)謀劃鉆孔流程。

第三，科學(xué)地進(jìn)行地質(zhì)勘查作業(yè)，對施工現(xiàn)場溶洞的分布、大小、洞內(nèi)填充等情況進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的掌握和了解。根據(jù)勘查報(bào)告，科學(xué)制定施工方案，做好各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的處置預(yù)案，有效規(guī)避各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，還能在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)按章救治，迅速處理。

第四，為了避免塌方事故，提高作業(yè)質(zhì)量，鉆孔作業(yè)至距離溶洞約1m 時(shí)，需對沖孔參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，相應(yīng)地改變作業(yè)方式，使用高頻小沖程的施工形式，過洞應(yīng)緩慢、勻速[9]。

第五，為降低塌方風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)了解，溶洞內(nèi)無填充物，則需馬上進(jìn)行注漿施工，穩(wěn)定水頭。注漿作業(yè)時(shí)要注意泥漿的黏稠度，合理提升黏土比，緩慢增加重指標(biāo)。實(shí)踐表明，最佳注漿稠度為25～30s[10]。

第六，施工過程中使用的黏土片石較多，現(xiàn)場應(yīng)備足物料，確保正常開展填筑作業(yè)，嚴(yán)禁中斷作業(yè)。使用高頻小沖程施工措施，應(yīng)多次循環(huán)沖擊，于溶洞周壁形成適度的泥漿予以護(hù)壁，實(shí)現(xiàn)堵塞通道及封閉效果，增強(qiáng)壁周的荷載力，降低塌方的發(fā)生率，規(guī)避塌方風(fēng)險(xiǎn)。

第七，提出鉆頭后，應(yīng)向溶洞內(nèi)及時(shí)填筑黏土片石，馬上開展填筑作業(yè)，全面提升溶洞的密實(shí)性。相較溶洞頂面，溶洞內(nèi)填充面應(yīng)略高。穩(wěn)定洞內(nèi)水頭后，應(yīng)持續(xù)開展沖孔作業(yè)，將填筑料壓實(shí)，提高其填充率。

第八，使用黏土片石填筑料進(jìn)行填筑后，溶洞漏點(diǎn)難以全部密封，因此，建議增加水泥用量，水泥混合原填筑料可以取得更好的封閉、填充效果。

7 結(jié)論

本文選擇了某大型橋梁項(xiàng)目為研究對象，結(jié)合該工程施工現(xiàn)場的溶洞分布情況，探析了巖溶地質(zhì)環(huán)境下兩種樁基施工技術(shù)的選擇原則及其技術(shù)要點(diǎn)，并得出如下結(jié)論：

其一，小型空洞、中型填充型溶洞，若水流滲透動力較小，建議使用黏土片石拋填法予以治理，但需要詳細(xì)了解溶洞的分布情況，合理確定循環(huán)拋填次數(shù)；若溶洞規(guī)模較大，分布區(qū)域較廣且連片成群，則建議采取聯(lián)合治理措施，即同步使用上述兩種治理技術(shù)，實(shí)施治理作業(yè)。

其二，科學(xué)地開展地質(zhì)勘查，了解施工場地的溶洞現(xiàn)狀，明晰其大小、填充及聯(lián)通情況，并有針對性地制定施工組織、設(shè)計(jì)，以免出現(xiàn)坍塌、塌方事故，降低塌孔的風(fēng)險(xiǎn)率。

其三，該大橋項(xiàng)目施工后，經(jīng)抽樣檢測，樁基良好，達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)，滿足規(guī)范要求，表示該治理技術(shù)及方案切實(shí)可行，能夠在同類型項(xiàng)目施工中推廣、應(yīng)用。