不良地質條件下橋梁樁基礎施工分析

文｜和平縣和泰建筑工程有限責任公司 黃耀武

前言

目前，在進行橋梁工程建設中，經常會遇到巖溶等不良地質情況。溶洞多數位于地下巖層里，要判斷其形狀、大小及準確位置，非常困難，溶洞上部所覆蓋層地質情況，對樁孔質量有直接影響，如處理不當，容易引發塌孔事故。因此，施工前要認真分析地質鉆探資料，施工期間要及時跟進鉆進過程中的各種問題，并及時解決，保證施工質量。

一、不良地質條件下某市政工程樁基施工實踐

1、工程概況

某市政橋梁工程，橋梁采用鉆孔灌注樁基礎，上部結構形式為混凝土預制梁、鋼箱梁等。

2、工程地質資料分析

根據有關地質勘測資料和鉆探報告，工程所在的巖土層主要成分如下：

（1）人工填土層，填土呈黃色狀，組成部分包括碎石土和亞粘土等，結構較為疏松，該土層大面積分布在施工現場并露于地表上，層的厚度在1.8～3.3m之間。

（2）沖積層，該層分布呈連續性，主要成分為粘土，具砂感，具有可塑性，頂界埋深范圍在2.8～5.4m之間。

（3）殘積層，此層主要成分包括炭質頁巖風化殘積土，并帶有小部分褐黃色砂巖，巖芯受到水沖擊后軟化，附有小部分風化碎屑，碎屑較易捏碎。頂界埋深范圍在4.5～20.4m之間。

（4）石炭，主要成分包括石灰巖、炭質灰巖/頁巖，它們均屬于全風化帶及微風化帶，頂界埋深范圍在17.6～39.4m之間。溶洞分布多為串珠狀，見洞率達到47%，揭露溶洞2～9層。

洞頂基巖主要為微風化石灰巖，巖的厚度在0.45～5.05m之間，洞的高度在0.70～5.60m之間，溶洞沒有充填物或充填不多，如不對溶洞進行處理直接進行鉆孔施工，肯定會出現漏水問題。

（5）地下水非常豐富.由于施工地點在珠江三角洲范圍內。地勢較低，地表水及地下水非常豐富。探測報告顯示，該地下水主要來源包括巖溶承壓水和上層滯水等。

3、在溶巖等不良地質條件下樁基施工常見問題分析

在巖溶等不良地質條件采用鉆孔樁施工，容易引發漏漿、卡鉆、埋鉆、漏混凝土等問題。

本工程在施工初期，由于地質鉆探提供的地質資料不太準確，加上工程地下溶洞區域內的地質情況復雜，即使相鄰樁位間的地質條件都出現巨大差異，按常規推理，認為相鄰樁位的地質條件應是相同的，所以采用相同施工方法進行施工，結果出現數根樁位地面沉陷。

在地面沉陷事故中，最為嚴重的地方坑深達到2.5m，面積達到80m2以上，危及到50m以外的建筑物，相鄰樁位出現偏移、相鄰墩位的樁基出現偏位；此外，還有鉆機和沖錘被埋在基坑內，危及人機安全，為樁位后續成樁帶來極大困難，造成工期滯后和經濟損失。

4.溶洞等不良地質處理方案

針對溶洞的潛在隱患，需要對其進行有效處理。鉆孔穿越溶洞時，要保證孔內護壁牢固完好，避免流失泥漿，造成孔壁坍塌，保證后續工序如成孔和澆注水下混凝土等順利完成。

具體處理時，必須根據 “一樁一孔”為原則，對每一樁位的地質鉆探報告進行研究分析，制定準確的處理方案，保證在不良地質條件下樁基施工能順利進行。

5、沖孔樁基溶洞處理

（1）鑒于工程處于交通繁忙地段，人、車往來不斷，地理位置特殊，決定對工程施工范圍內進行全圍蔽，確保施工順利進行。

此外，工程所在的地下有許多管線存在，因此，進行樁機施工前要做好有關準備工作：

①樁位放樣。確定樁位的準確位置后，采用人工探孔，探至地面以下深度3.0m處，探明該處是否存有管線及其它構造物，如有的話，需要進行處理，移走樁位處管線及構造物；或者調整樁的位置。

②探孔位置要采用混凝土進行護壁，護壁厚度要保證達到20cm，護壁孔徑必須比樁徑大l0～15cm為合適。

③制備泥漿存儲專用池，并保證水源；根據溶洞的大小和所處層數，備好粘土、片石等處理材料，數量根據實際需要而定。

（2）處理溶洞施工方案分析：

充分研究有關勘察資料和鉆探報告，結合溶洞的面積和所處層數，編制出兩種的施工方案。具體如下：

①第一種施工方案：

施工條件：溶洞位于4層以下，3.5m以內，在此地質條件進行樁位施工，不會危及周圍建筑物安全，且超出安全距離5.0m以上。

在此范圍內進行鉆孔施工過程中，當沖錘穿越溶洞時，孔內泥漿會出現瞬間流失，小部分孔壁出現塌方問題。

出現上述情況時，要馬上把預先備好的相應數量和大小的粘土和片石通過人工袋裝后投填到孔內，填投要交錯進行，盡量以重直向下的方式進行填投，要保證所投的粘土和片石不能撞擊孔壁，避免出現塌方。除采取上述措施外，還可加進一些泥粉或水泥，用袋子裝好，整袋投放，沉達底部，復沖時可作為調節材料，根據需要調整泥漿稠度。

當填投的處理材料數量達到要求后，可進行后續的復孔作業。沖孔及復沖應按照所屬土層的實際情況，制定相應沖程和泥漿比重。如表1。

用于處理溶洞的泥漿，配制比重往往大于漏漿前的比重，為確保孔內尤其是孔底部分產生的壓力要超出地下水對孔壁產生的側壓力，形成泥皮，達到孔壁膠凝，不會出現塌落，施工時通過低錘沖擊，保證鉆錘不會被卡、掉及產生斜孔問題。如復沖高度達到與漏漿前高度一致時，即可說明在本層處理溶洞工作已完成，在此情況下要要對泥漿比重進行調整，直至恢復至原來的比重，有效減小沖錘作業時遇到的阻力。

進行其它層數溶洞的鉆孔作業時，遇到類似問題可根據上述工序進行處理，保證樁孔施工順利完成。

② 第二種施工方案：

對于溶洞范圍處在4層以上、高于3.5m時，在該范圍內進行鉆孔沖穿溶洞作業時，出現塌陷可能性較大，而且會破壞附近管線和建筑物，需要制定打套管鋼護筒的施工方案。制作鋼護筒時，要保證鋼護筒內徑要比樁徑多150 mm，護筒厚度分成l0mm、12mm二種，鋼護筒長度控制在10～20m為合適，鋼護筒可分節預選制好，再運達施工地點，可先將樁機用與套管鋼護筒內徑等徑的沖錘成孔至第一層溶洞頂部2.5～3.5m時，再滲入相應數量的泥粉或水泥，以提高護壁泥漿的密度。完成上述工序后，移離樁機，采用振動錘（60kw以上）和吊機（25t），共同作用下把鋼護筒準確打進孔內。

表1

吊裝焊接鋼護筒時，如受到施工場地和凈空限制時，可分節進行作業，分節高度控制在4.0～6.6m之間，孔口對焊，保證兩鋼護筒焊接時處于同一軸線，呈垂直狀，焊縫要緊密固牢，打入后不出現漏水問題。

完成鋼護筒施工作業后，要把樁機回復至原來位置，再次進行沖孔，沖穿溶洞后，對溶洞進行處理。后續工序參照施工方案一進行，但必須注意處理溶洞時，要根據溶洞的具體情況，確定具體需處理材料。

③在實際施工時，有一施工事故應值得反思：有一樁已完成沖孔工序、并放進鋼筋籠，在泥漿循環、馬上進入澆注水下混凝土工序時，出現大量漏漿，事實上此樁溶洞已經過4次處理后仍出現上述問題，我們查找原因，原來是溶洞處理措施不足所致。所填投的處理材料，

沒有均勻分布，粘土數量過少，有能完全堵漏；片石間縫隙較大、孔壁泥皮太薄、泥漿濃度達不到要求；泥漿循環時損壞孔壁泥皮。

為有效解決上述問題，采用增大泥粉泥漿和水泥，泥漿濃度要達到1.3以上，通過導管接入，導管出口插入鋼筋籠的內側、靠近泥漿面，避免泥漿導入時產生過大壓力對孔壁內其他已處理好的溶洞層造成損害，導致后序清孔作業不能順利進行。

導入的泥漿量要灌滿溶洞，泥漿面緩慢上升直至達到漏漿前的循環狀態，且穩定不再下降為止(見圖1)。

完成以上工序后，再次清孔和進行循環，直至符合工程要求后，再澆注水下混凝土。

圖1

二、施工時應注意事項

1、穿越溶洞時，要按先深后淺的順序進行施工，先要進行深樁基的施工，之后再進行淺樁基施工，確保安全。

2、如遇到溶洞巖面為傾斜狀時，按原狀進行施工時會出現斜孔，除需要通過多次拋石進行糾斜處理外，施工時要低錘慢沖，糾正傾斜。

3、清孔時要根據循環速度和泥漿含砂率變化情況，及時調整泥漿粘稠度。

三、結束語

1、上述工程按施工要求完成所有基樁施工后，采用超聲波及動測方法對已完成的沖孔灌注樁進行檢測，結果一類樁達到92.8%，其它樁全部合格，表明本工程所用施工方案正確可行。

2、實踐表明，結合不良地質的實際情況，制定相應的施工方案，選擇合適的施工材料處理溶洞問題，能有經濟、效解決施工難題，按時完成沖孔樁作業，不需要采用大量澆注混凝土，實現安全施工，成樁質量有保證。

3、進行市內繁華地段工程的樁基工程施工，如遇到不良地質尤其是巖溶地基時，因其地質條件復雜，給施工帶來很大困難，需要認真研究地質勘察報告和有關鉆探資料等，根據不同的地質條件制定相應的施工方法，保證工程順利進行。