淺析高速公路溶洞區橋梁樁基施工

崔海濤

1 工程地質情況

福建省永武高速公路(龍巖段)第A10合同段地處武平縣境內，高速公路線位所經范圍為巖溶發育區，特別是橋址范圍內巖溶較為發育，溶洞數量多，空間分布極不規則，屬強發育巖溶區。根據地勘資料顯示，巖溶區內有些溶洞內有軟塑狀充填物，部分無充填物，地質條件較為復雜。

2 施工方案的確定及施工方法

根據工程實際地質情況及施工特點，對溶洞區的樁基施工通常采取沖鉆成孔和人工挖孔兩種施工方法。當有溶洞的樁基地層中無較厚的砂礫層或砂層，且地下水位較低、樁長較短時采用人工挖孔樁的方案比較適宜;當地下水位較高、涌水較大或地層中砂層、砂礫層較厚時，人工挖孔難以成孔且存在很大的安全隱患，需采用沖孔進行施工。根據本項目橋梁樁基的實際地質情況，經過詳細的研究和對比，本項目的樁基采用沖鉆成孔的方法進行施工。

2.1 沖孔施工

在沖孔施工前應詳細掌握溶洞出現的位置，并推斷其范圍和大小，提前做好各項準備工作，如片石、粘土和鋼護筒，相應的溶洞回填設備如裝載機、挖掘機等要隨時做好準備。溶洞區的樁基在沖孔施工時，一般要按先施工樁長較長的樁后施工短樁、先周邊樁后中間樁以及溶洞較多的樁的順序進行施工。

沖孔施工前首先進行場地的平整和清理，再進行準確的測量放樣。鋼護筒內徑比相應的樁徑大30 cm，分節卷制，單節高度2 m，埋設的深度根據不同地質情況分別確定，對埋深較淺的護筒，采用挖埋法，即先在樁位處挖出比護筒直徑大80 cm～100 cm的圓坑，然后在坑底填筑50 cm左右厚的粘土，分層夯實，夯填時要防止護筒偏斜，護筒頂面至少應高出地面0.3 m，以防雜物、地面水落入或流入井孔內。泥漿可用膨潤土拌制，也可采用性能良好的其他粘土拌制，制漿池、儲漿池、沉淀池均設在鉆機周圍，并用循環膠管連接，以形成良好的泥漿循環系統。

鉆機安裝就位后，底座和頂端應平穩，不得產生位移或沉陷，具體工藝如下:

1)當鉆至溶洞頂1 m左右時，首先準備足夠的片石(直徑小于30 cm)和粘土，對于半填充和無填充的溶洞要組織足夠的水源。其次在1 m～1.5 m范圍內變換沖程，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆。

2)根據鉆孔的進尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測護筒內泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應迅速補水。擊穿洞頂后，在溶洞內鉆進時，根據填充物的不同，要采取不同的鉆進方法。當填充物為軟弱粘性土或淤泥時，應向孔內投入粘土、片石混合物(比例1∶1)，沖砸固壁;當為砂層、卵石層時還應提高泥漿的粘度和相對密度。只有當泥漿漏失現象全部消失后才轉入正常鉆進。如此反復使鉆孔順利穿過溶洞。

3)對于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有較厚的砂礫層時，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護筒跟進法施工。具體做法為:首先將φ1.5 m的鉆頭擴大至φ1.7 m，正常鉆進至溶洞上方約1 m處，將鉆頭提起，用振動錘將內徑1.5 m、壁厚6 mm的鋼護筒砸至孔底，再將鉆頭直徑改為1.5 m繼續沖砸，直至擊穿溶洞，然后回填粘土片石混合物(比例1∶1)，采用1 m～1.5 m的沖程將洞內沖砸密實，再轉入正常鉆進。

4)對小型或多層溶洞，為防止其不與相鄰孔竄孔或成孔后孔形有葫蘆狀，必要時可灌注低標號混凝土進行填充，等具有一定的強度后再鉆進。

5)鉆孔達到設計標高并清孔后，對孔徑、孔深、孔形、豎直高和孔底地質是否與設計相符合，孔底泥漿沉淀厚度等進行檢查。

2.2 混凝土的灌注

溶洞區樁基的灌注要特別的謹慎和細心，施工時要選派責任心強的現場技術人員全程進行跟蹤觀察，在進行水下混凝土灌注時，要時刻檢查導管的埋入深度，并時刻觀察泥漿水面的變化。在灌注首盤混凝土時，要充分計算好首盤混凝土的方量，對于溶洞區的樁基，因擴孔系數較大，且受溶洞的影響，混凝土的灌注量比正常施工的樁基要大很多，因此，在首盤灌注混凝土時要準備好充足的混凝土，以確保導管的埋深。當灌注到溶洞位置時應保持較大的埋管深度，防止混凝土由于擠破護壁后突然下沉，造成斷樁。同時在溶洞區樁基混凝土灌注過程中，當灌注到溶洞位置時會出現灌注混凝土后混凝土面無上升或混凝土面上升緩慢的現象，此時必須保證混凝土的連續供應和灌入，方能確保混凝土面的正常上升。溶洞區的樁基在灌注時混凝土的超灌量比較大，在施工過程中要特別注意和重視。

3 施工中注意事項和處理措施

1)鉆頭鉆至溶洞頂時，為防止由于溶洞頂板巖層厚度、硬度不均而出現斜孔，除采用拋填片石平衡鉆頭外，也可采用質量較大的鉆頭處理。2)溶洞處理時，速度稍微放慢一些或稍停一段時間，可促使片石和粘土的固結利于固壁。3)充填物的溶洞采用拋填物的方法處理是可行的，但為了避免發生縮孔，可采用大塊片石。4)溶洞內泥漿濃度要大，根據現場實際的施工情況以及經驗總結，溶洞樁基的泥漿應在不小于1.6時比較適宜。同時應根據不同土層采用不同的泥漿比重，必要時加入一定水泥，使其滲透入孔壁內凝固，加強孔壁的防護。5)因溶洞內為流塑狀粘土，即使孔內不漏漿，為加大泥漿濃度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土1∶1的比例加入。6)當樁基地層中砂礫或砂層較厚時，若鋼護筒的長度較短，很容易出現孔口坍塌現象，因此在施工時必須使鋼護筒的長度加長伸至持力層，方能確保在施工過程中孔口不坍塌。7)因溶洞區為灰巖地區，巖溶發育，地質變化較大，在施工中會出現偏孔現象，偏孔時采用回填片石處理，片石的強度不低于巖石的強度，如果不行，就用C40混凝土回填，重新進行沖孔。8)在溶洞樁基施工過程中經常遇到斜巖現象，處理斜巖的方法一般采用回填片石進行處理，但若斜巖角度較大時，回填處理基本上無多大效果，此時建議采用水下爆破的方式進行處理，爆破后再繼續進行沖孔。經過實踐證明，斜巖水下爆破取得了良好的效果。9)卡鉆的預防措施:因大部分溶洞為半填充或無填充狀態，為防止卡鉆，在接近溶洞處必須先加片石，采取小沖程進尺，在進入溶洞后同樣加片石粘土進尺，直至完全穿過該溶洞。10)發生坍孔現象，孔內較嚴重的坍孔是可以覺察到的，表現為孔內液面有氣泡上冒，泥漿濃度變稠或液面下降等。孔內坍塌的原因是: a.泥漿比重不夠，未形成可靠護壁;b.孔內水頭高度不夠或孔內出現了承壓水，降低了靜水壓力差;c.鉆頭或取渣筒等撞擊孔壁，破壞了護壁泥皮。

處理方法:坍孔不嚴重時可加大泥漿比重，提高孔內水頭高度繼續沖鉆，嚴重時則回填后重新沖鉆。

4 施工中的質量控制

1)為保證鉆機不因坍孔、擴孔、漏漿等因素而傾斜，鉆機縱橫向支撐應加長，超出預計的坍孔范圍，一般采用型鋼或鋼管。

2)采用逐樁鉆探的方法，充分發現溶洞的發育情況，做到心中有數。

3)泥漿必須采用膨潤土或粘土，容重達1.2 g/cm3以上，減少孔壁內外的壓力差，有效護壁，防止坍孔。另外為防止泥漿沉淀，宜在泥漿中摻入0.1%～0.4%的純堿。

4)采用間斷式循環排渣。一方面保證孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞可隨時封堵;另一方面可保證泥漿濃度，防止坍孔。

5)溶洞頂板的擊穿采用小沖程，一般80 cm以下，溶洞內進尺采用輕壓鉆進，每進尺2.0 m回填2.0 m，循環至樁底，使孔壁充分擠壓密實，防止擴孔。

6)鉆進過程中發現漏漿時，應迅速提錘，操作手離開鉆機，避免安全事故的發生，同時采用多個大泥漿泵補漿，并用裝載機投入事先準備好的粘土包、水泥包、片石強行堵漏，防止坍孔，直至泥漿面穩定為止。

7)鋼筋籠的就位及混凝土的灌注要迅速、及時。清孔及混凝土的灌注最好安排在白天進行。灌注混凝土時，應派專人觀察混凝土面上升情況和出漿量的變化。混凝土上升高度和出漿量與混凝土的灌入量成正比，若有異常，應分析原因并采取相應對策。

8)當處理漏漿時或到達溶洞位置但不漏漿，要向孔內拋填片石及粘土進行固壁，小沖程反復沖砸，使拋填片石充分擠入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量過大，保證成樁質量。

5 結語

通過永武高速A10合同段溶洞區樁基的成功處理實踐，不斷總結了經驗教訓，優化了施工方案，大大降低了溶洞區樁基的施工難度，加快了施工的進度，縮短了工期。為溶洞區橋梁樁基的施工積累了一定的成功經驗，并取得了一定的經濟效益和社會效益。

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