高速公路橋梁溶洞樁基施工技術(shù)研究

董志衛(wèi)

中交三公局第三工程有限公司 湖北武漢 430000

高速公路橋梁基礎(chǔ)是橋梁建筑重要的承力結(jié)構(gòu)，起到承載橋梁自身重力荷載和通過橋梁的車流荷載的作用，并將橋梁與自身荷載傳遞給地基，因此，橋梁基礎(chǔ)工程質(zhì)量之間關(guān)系到橋梁工程整體質(zhì)量。由于我國地域遼闊，地形、地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，在我國南部和東南部等地，巖溶地貌分布廣泛，成為橋梁基礎(chǔ)工程施工的重難點(diǎn)。

1 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術(shù)原則

對于高速公路橋梁溶洞樁基施工中的溶洞處理，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)、水文、溶洞分布特點(diǎn)，綜合考慮樁徑、鉆孔深度等，選擇科學(xué)合理的處理方案。對處于地形陡峭、無地下水或少量地下水、溶洞相對簡單的公路橋梁樁基，可選擇人工挖孔或鉆孔灌注樁；對于地下水豐富、溶洞復(fù)雜的橋梁樁基，選用沖擊鉆孔灌注樁進(jìn)行處理；對于溶洞埋深較淺的大型溶洞，上部可選用人工挖孔樁，待處理完溶洞段護(hù)壁后，下部采用沖擊鉆成孔灌注樁。有些項(xiàng)目涉及中小溶洞，主要為干溶洞、滲水溶洞，以流塑狀填充物為主；有些項(xiàng)目中同時有小型、中型和大型溶洞，同一樁基存在多層溶洞，并存在地下暗河、流沙，部分溶洞與河床、泉眼連通，處理相對復(fù)雜；有些項(xiàng)目中主要以大型溶洞為主，地下水相對豐富，溶洞一般與地表水塘、河流連通，施工處理困難[1]。

2 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術(shù)要點(diǎn)

①為保證孔壁周圍擠壓能力，避免鉆孔施作過程中，因鉆進(jìn)范圍內(nèi)堅(jiān)硬巖體影響鉆進(jìn)施作，造成“卡鉆”現(xiàn)象，鉆孔施作動能應(yīng)控制在2.5t·m2-5.0t·m2左右。②因巖溶地貌發(fā)育情況、地質(zhì)條件、巖溶分布、容積等差異，為保證沖孔施作順利進(jìn)行，避免坍孔、塌方等風(fēng)險，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場溶洞分布、地質(zhì)條件等，合理制定鉆孔施工方案，嚴(yán)格控制鉆孔流程。③加強(qiáng)施工場地地質(zhì)勘測工作，全面、準(zhǔn)確掌握施工場地溶洞大小、分布、聯(lián)通和洞內(nèi)填充情況，并根據(jù)施工場地巖溶地貌地質(zhì)勘察資料，合理編定施工方案。④為避免坍孔、溶洞塌方等風(fēng)險發(fā)生，鉆孔至溶洞頂板1m左右位置時，應(yīng)合理調(diào)整沖孔參數(shù)，盡量采取高頻小沖程作業(yè)方式進(jìn)行沖孔施作，緩慢勻速通過溶洞。⑤為避免溶洞塌方風(fēng)險，若內(nèi)部無填充，必須立即注漿，維持水頭差；同時，應(yīng)合理增加泥漿中的黏土比重，以合理增加其容重指標(biāo)，使注漿稠度保持在25s-30s左右。⑥施工現(xiàn)場應(yīng)提前準(zhǔn)備足夠的黏土片石，保證填筑施工的正常進(jìn)行，通過高頻小沖程作業(yè)方式，反復(fù)沖擊，在洞壁周圍形成密實(shí)的泥漿護(hù)壁，達(dá)到封閉和阻塞通道的目的，同時顯著降低塌方發(fā)生風(fēng)險。⑦鉆頭提出后，應(yīng)立即將黏土片石填料填入洞內(nèi)，為保證填充密實(shí)性，填充面應(yīng)稍高于溶洞頂面；待洞內(nèi)水頭穩(wěn)定，繼續(xù)進(jìn)行沖孔施作，壓實(shí)填料。⑧若采用黏土片石填料難以完全密封溶洞漏點(diǎn)，應(yīng)加填適量水泥，提高填充封閉效果。

3 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術(shù)策略

3.1 施工準(zhǔn)備工作

施工前，要認(rèn)真熟悉圖紙和地質(zhì)勘查（以下簡稱“地勘”）報告，現(xiàn)場調(diào)查地形、地質(zhì)和水文情況，逐樁核實(shí)地勘鉆孔情況及溶洞分布情況。根據(jù)調(diào)查，進(jìn)一步分析判別溶洞的分布情況，為施工工藝選擇、施工方案確定、應(yīng)急處理提供依據(jù)。若地勘鉆孔較少，或在開始實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)溶洞分布與圖紙差異較大，則必須補(bǔ)勘，進(jìn)一步探明樁位溶洞分布情況。為保證樁底承載力，確保公路橋梁樁基安全，減少成孔后的樁底溶洞鉆探，在地勘時，鉆孔深度必須大于樁底以下5m，確保不小于5m的持力層。對于單層或多層中小型干溶洞、滲水溶洞、填充物為黏土的部分填充溶洞，可利用地質(zhì)鉆孔后，注入砂漿進(jìn)行預(yù)處理；對于流塑狀填充物溶洞，可注入水泥、干石灰或其他化學(xué)固結(jié)膠凝材料進(jìn)行預(yù)處理。

3.2 挖孔樁溶洞處理

對于半樁溶洞、中小型干溶洞，開挖出一定作業(yè)面后，可根據(jù)溶洞走向制定處理方案；斜向下溶洞可先填充至護(hù)壁位置，再采用鋼筋混凝土護(hù)壁或漿砌片石護(hù)壁，護(hù)壁厚度需根據(jù)溶洞埋深來計(jì)算，確保樁基灌注過程中護(hù)壁不坍塌。對于全樁身溶洞或大型溶洞，為保證施工安全，挖孔作業(yè)人員必須系安全繩，防止塌孔墜落或護(hù)壁坍塌傷害；溶洞上方采用鋼筋混凝土護(hù)壁，上下節(jié)護(hù)壁間采用豎向鋼筋進(jìn)行連接；在溶洞上方3～4節(jié)護(hù)壁，輔助打入鋼筋錨桿，防止護(hù)壁墜落等安全措施，確保安全后再進(jìn)行溶洞處理。溶洞處理中，要根據(jù)溶洞規(guī)模和分布，可采用鋼筋混凝土護(hù)壁或漿砌片石護(hù)壁，護(hù)壁厚度要滿足受力要求。對于滲水溶洞和有填充物的溶洞，要先進(jìn)行抽水處理，清除填充物，再按干溶洞的處理方法進(jìn)行處理；對于流塑性填充物，可加入水泥、干石灰或其他固化劑膠凝材料進(jìn)行固結(jié)處理。對于漏水溶洞（連通溶洞），在挖至溶洞后，灌注混凝土或片石混凝土對樁身進(jìn)行固結(jié)處理[2]。

3.3 鉆孔樁溶洞處理

對于完好的小型溶洞，可不進(jìn)行處理，在混凝土灌注時一起灌滿；對于連通溶洞或串珠溶洞，采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)，鋼護(hù)筒厚度要滿足穩(wěn)定性要求，接縫要焊接牢固，確保不漏漿；鉆孔鉆至溶洞位置時，泥漿下滲或全部遺漏，此時可從溶洞口進(jìn)行填充，固結(jié)后再進(jìn)行施鉆，或直接補(bǔ)充漿液，通過泥漿將溶洞填滿，在溶洞位置鉆進(jìn)時，需不斷補(bǔ)充片石進(jìn)行找平，防止鉆孔傾斜；對于大型溶洞或連通溶洞，在鉆至溶洞時，泥漿已全部滲流，此時直接將護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底部，在確保安全的條件下，必要時人工找平，確保溶洞位置的護(hù)筒垂直穩(wěn)定、不偏位[3]。

3.4 特殊溶洞處理

特殊溶洞主要指有地下暗河、流沙、泥漿等的溶洞。施工中遇到該類型溶洞時，若在地勘階段探明，則在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮避讓或采取相應(yīng)的處理措施。若在設(shè)計(jì)時未探明，則表明該類地下暗河水流量一般不大，地下流水量較小，泥漿量不大。對于特殊溶洞的處理，一般采取避讓措施，不要進(jìn)行封堵，特殊情況下，可對溶洞暗河部位采用片石填充，混凝土灌注后，增加群樁和承臺，通過綜合受力解決。例如，在巖溶樁基治理過程中，一根樁基設(shè)計(jì)長度為45m，上部為7層串珠溶洞，地勘在31m以下顯示無溶洞，但在實(shí)際施工中，在38m位置發(fā)現(xiàn)暗河并有少量流沙，有一個斜向下溶洞層，采用12m鋼筋和測繩下探，均未探到底部，初步判斷該暗河應(yīng)為下方出水口的水源；施工中通過片石填充至22m，再增加兩根樁基和承臺進(jìn)行處理。樁基成孔后，務(wù)必進(jìn)行樁底溶洞探明，確保樁底大于5m范圍內(nèi)無溶洞；在混凝土灌注時，要嚴(yán)格做好灌注記錄，在澆筑至溶洞位置時，要控制灌注速度，不要過快，否則容易導(dǎo)致護(hù)壁坍塌，同時做好觀察記錄。

4 高速公路橋梁溶洞樁基施工案例探討

某大型橋梁項(xiàng)目，全跨2761m，基礎(chǔ)采用柱形實(shí)體墩和鉆孔灌注樁，樁徑有1m和1.25m兩種，樁長在6m-47m之間。地質(zhì)勘測報告顯示，施工場地為典型的巖溶地質(zhì)，溶洞占比約為40%，其中全空洞占比約70%。

4.1 小型空洞、中型填充型溶洞處理

對中小型空洞溶洞和大型局部填充溶洞，若水流滲透動力較小，宜選擇黏土片石拋填法處治。結(jié)合施工現(xiàn)場溶洞規(guī)模，合理確定拋填處治循環(huán)次數(shù)，在保證作業(yè)溶洞填充密實(shí)性的基礎(chǔ)上，降低工藝方案施工成本。

4.2 較大型、成串珠狀、水聯(lián)通通道型溶洞處理

對大中型溶洞，以及分布范圍廣泛且相互聯(lián)通的溶洞群，若單獨(dú)采用黏土片石填筑法處理，填充和沖孔施作易擾動溶洞洞壁，增加塌方風(fēng)險，引發(fā)施工安全隱患；若單獨(dú)采用鋼制護(hù)壁筒處治法，則施工設(shè)備要求更高，增加施工成本，工藝方案經(jīng)濟(jì)性較差，且護(hù)筒壁振動施工易造成洞壁開裂；結(jié)合以往工程實(shí)踐和所查文獻(xiàn)資料，擬定采用“拋填筑壁法+鋼制護(hù)壁筒”聯(lián)合處治方案。

（1）拋填筑壁法。黏土片石拋填處治法工藝簡單，工程經(jīng)濟(jì)性較高，但施工連續(xù)性較差，處治效果不易把握，且易引發(fā)坍孔風(fēng)險；為提高提升溶洞處治效果，增加作業(yè)溶洞填充密實(shí)性，應(yīng)根據(jù)溶洞規(guī)模、現(xiàn)場工況等因素，合理增加填充沖孔施工次數(shù)；因該工藝方案下，采用的粘土片石填料為硬塑性材料，流動滲透能力有限，及時經(jīng)多次循環(huán)施工，也難以完全充實(shí)溶洞，易在作業(yè)溶洞上部留下通道；在后期灌注混凝土?xí)r，混凝土向通道填充，導(dǎo)致混凝土用量超量，同時造成填筑結(jié)構(gòu)自重增加。

（2）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。本工程施工場地巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜，聯(lián)通溶洞分布廣泛，護(hù)壁筒下推施作過程中，鉆頭遇洞壁凸起塊石，易撞擊護(hù)筒，導(dǎo)致護(hù)筒彎折變形，影響成樁質(zhì)量，降低灌注樁承載能力；因聯(lián)通溶洞分布廣泛，且空洞溶洞占比較多，在施工荷載作用下，極易造成大范圍溶洞塌方，導(dǎo)致護(hù)壁筒屈曲破壞。

（3）鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填結(jié)合法。根據(jù)本工程溶洞規(guī)模和分布特點(diǎn)，結(jié)合上述分析，本文提出采用“黏土片石拋填+鋼制護(hù)壁筒”聯(lián)合的處治方案，處治效果優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)性良好，效率較高，技術(shù)要點(diǎn)如下：施作鋼護(hù)筒前，先使用黏土片石法，循環(huán)拋填2-3次，減少塌方風(fēng)險；為減少護(hù)筒彎折風(fēng)險，應(yīng)提前采用鉆機(jī)沖擊巖體；為提高聯(lián)通溶洞處治效果，可適當(dāng)混填水泥，同步下沉鋼護(hù)筒，及時切斷滲水通道。

此次施工實(shí)踐，分析了不同巖溶地質(zhì)條件下的溶洞治理方案，結(jié)論如下：①對中小型空洞溶洞和大型局部填充溶洞，宜選擇黏土片石拋填法處治；對大中型溶洞和分布范圍廣泛且相互聯(lián)通的溶洞群，宜采用“拋填筑壁法+鋼制護(hù)壁筒”聯(lián)合處治方案；②應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場溶洞大小、分布、聯(lián)通和填充情況，合理制定施工方案，避免造成坍孔、溶洞坍塌等風(fēng)險；③工后檢測顯示，所有抽檢樁基礎(chǔ)質(zhì)量優(yōu)良，均達(dá)到了I類標(biāo)準(zhǔn)樁，完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，表明施工方案技術(shù)可行性良好。

5 結(jié)語

總而言之，溶洞地區(qū)公路橋梁樁基處理需要根據(jù)溶洞規(guī)模、填充狀態(tài)、分布特點(diǎn)及地下水文等情況，基于溶洞類型和特征，采取合理的處理措施，確保溶洞樁基結(jié)構(gòu)安全可靠，節(jié)約施工成本，提高施工效益。