巖溶地區橋梁樁基設計與施工技術

龐新剛

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程簡介

1.1 工程概況

縣道X602跨線橋位于汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支線工程第TJ4合同段，采用整體式路基分幅設計，左、右幅橋孔數相等，橋梁中心樁號為K38+036.3，橋梁起、終點樁號為K37+988.1—K38+084.5。橋梁全長96.4 m，最大墩高7.7 m，前右角120°。上部結構采用3孔30 m先簡支后橋面連續預應力混凝土小箱梁，下部結構橋墩采用柱式墩，橋臺采用肋板臺，基礎采用鉆孔灌注樁基礎[1]。

1.2 工程地質

根據鉆孔揭露的巖土層，橋位區覆蓋層主要為第四系沖洪積粉質黏土、細砂、礫砂、圓礫土等和泥盆系帽子峰組（D3m）石灰巖組成，根據地勘資料顯示，橋位區不良地質為巖溶。該場地巖溶按照埋藏條件為淺覆蓋型巖溶。鉆探揭露的石灰巖為泥盆系帽子峰組（D3m）石灰巖巖層，溶洞層數為1～3層，溶洞頂板埋深為14.1～43.7 m不等，溶洞深度一般為0.4～11.9 m。溶洞充填方式以半充填、全充填為主，部分溶洞有掉鉆現象。充填物以全風化泥質粉砂巖、粉質黏土和礫砂為主，較松散，鉆進過程出現塌孔及埋鉆現象。該場地線巖溶發育率一般為4.82%～52.36%，發育程度為極強，該場地遇洞率為50%，綜合判定該場地巖溶發育程度為極強。溶洞樁基見縣道X602跨線橋溶洞統計表。

表1 K38+036.3縣道X602跨線橋溶洞統計表 m

2 工程設計與施工

本項目在詳勘階段對位于巖溶區的橋梁基本做到了逐樁鉆孔，根據鉆探資料，主要采取了以下巖溶處治措施。

2.1 裂隙處置措施

在裂隙發育的段落，在施工過程中可能出現漏漿，如果回填不及時會出現塌孔現象，因此施工人員在樁基鉆孔施工過程中要嚴密監控孔內水頭，當發現水頭出現下降時，迅速提鉆2～3 m，同時向孔內投入黏土塊和少量水泥，調整泥漿稠度；當水頭下降較快時，首先要趕快補水，保證孔內水頭壓力，然后將片石黏土（體積比為1∶1）往下投2～3 m，待孔內水頭穩定后，繼續鉆進。再次漏漿時,仍按上述方法循環處理,即可逐步解決裂隙漏漿的問題。直至鉆到樁底設計標高，設計、監理工程師確認樁基終孔，然后按正常程序清孔、安裝鋼筋籠、灌注混凝土。

2.2 溶洞處治措施

2.2.1 片石黏土封閉法

片石黏土封閉法是巖溶地區溶洞樁最常用的溶洞處理方法，特別是對于溶洞內為空洞、半填充、流塑狀全填充或軟塑狀全填充時（溶洞高度小于等于3 m），效果非常明顯，采用片石黏土（7∶3）填塞；溶洞內為硬塑狀全填充時，不論溶洞多高，均不處理（圖1）。

圖1 片石黏土封閉工法圖

施工要點：對照地質圖，當鉆至距溶洞頂1 m左右時，減小沖擊鉆沖程，控制在0.5～0.8 m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，溶洞一被擊穿，孔內水頭迅速下降，這時立即向孔內補充泥漿，泥漿比重宜控制在1.4以上，同時提鉆至孔口，并向孔內投入片石、黏土塊，必要時可摻入適量水泥、燒堿和鋸末，使回填物以最快速度沉入孔底，沖錘擠壓，封堵裂隙，使孔底形成黏結力較強的混合料填充溶洞并起到護壁作用。待孔內水頭穩定后，繼續鉆進。

2.2.2 鋼護筒跟進法

2.2.2.1 單層鋼護筒

單層鋼護筒適用于溶洞高度3＜h＜5 m，溶洞頂以上覆蓋層厚度H＜20 m的單個溶洞；或串珠狀溶洞，溶洞間巖層總厚度小于3 m，溶洞內為空洞、半充填、流塑狀全填充或軟塑狀全填充時，單層鋼護筒施工法（圖2）。

圖2 單層鋼護筒工法圖

施工要點：對照地質圖，采用符合鋼護筒外徑的沖擊鉆頭鉆孔至距溶洞頂1 m左右時，下放鋼護筒至鉆孔底，再換符合樁基直徑的沖擊鉆頭，采用小沖程（0.5～0.8 m）繼續沖砸，直至擊穿溶洞，然后利用導向振動錘將鋼護筒振動下沉至溶洞底部。為防止灌注的樁基混凝土流失，同時防止溶洞內的水流對混凝土沖刷造成混凝土離析后斷樁的事故，應先采用C15混凝土進行水下灌注封底，灌至溶洞底以上2～3 m，待達到一定強度后，重新沖孔至設計標高，成孔。

2.2.2.2 套內鋼護筒

套內鋼護筒及雙層鋼護筒，適用于溶洞高度5＜h＜12 m，溶洞頂以上覆蓋層厚度H＞20 m，或溶洞高度h≥5 m的單個溶洞，或2個以上溶洞，溶洞內為空洞、半充填、流塑狀全填充或軟塑狀全填充的情況，套內鋼護筒施工法（圖3）。

施工要點：對照地質圖，采用符合最外層鋼護筒外徑的沖擊鉆頭鉆孔進入非軟弱土層2～3 m或至基巖頂面，下放外層鋼護筒，再換符合內層護筒直徑的沖擊鉆頭擊穿溶洞直至最下一個溶洞底基巖面，進行封底，最后用符合樁基直徑的鉆頭鉆至設計標高，重新沖孔至設計標高，成孔。

圖3 雙層鋼護筒工法圖

2.3 鋼護筒制作

2.3.1 材料及制作工藝

鋼護筒采用A3鋼板卷制，為加強鋼護筒的整體剛度，加工鋼護筒時應在鋼護筒的焊接頭處外側加設10 mm厚，15 cm寬的鋼帶作為加強箍，護筒底加設12 mm厚、50 cm的鋼帶作刃腳。護筒應分段制作，現場拼接，垂直度偏差不超過1 cm/m，所有焊縫應連續，保證不漏水。

2.3.2 鋼護筒長度

外層護筒，穿過軟弱覆蓋層以下2～3 m或至基巖頂面；單層或內層護筒埋置深度要求穿過溶洞至基巖面。

2.3.3 鋼護筒內徑

設置單層鋼護筒時，內徑比樁徑大20 cm；設置套內鋼護筒時，最內層護筒內徑比樁徑大20 cm，外層護筒內徑比內層護筒外徑大20 cm，若需設置多層護筒時，依次向外類推。施工前應根據溶洞分布情況，合理確定鋼護筒內徑。

2.3.4 鋼護筒壁厚

護筒長度小于10 m時，壁厚采用10 mm；護筒長度大于等于10 m小于20 m，壁厚采用12 mm；護筒長度大于等于20 m，壁厚采用14 mm。

2.4 成樁

鋼護筒下沉到溶洞底面后，均需采用C15混凝土進行封底，待封底混凝土達到強度后，采用樁基直徑沖錘，繼續沖孔至樁底設計標高，然后進行清孔，下放鋼筋籠，澆筑樁基混凝土。再在內、外層護筒之間，以及外層護筒與鉆孔內壁之間填筑小石子，用高壓噴射灌漿法（施噴法）進行灌漿處理，要求固結強度達到30 MPa，或采取其他有效措施密實空隙、固定護筒。

2.5 施工注意事項

a）在巖溶樁基施工前，應認真分析設計文件中有關地質勘察資料，根據地質勘察資料，充分了解溶洞、裂隙位置、分布、走向、大小、充填情況、漏水與否、頂板巖性和厚度等，對整個施工場地作綜合地質評價并編報施工組織設計。

b）巖溶地層鉆孔樁應結合整個場地施工的相互影響,選擇合適的施工工藝，宜優先采用沖擊鉆成孔，成孔實在困難時可采用與其他工藝相結合的綜合工藝。

c）對于揭露有溶洞、裂隙等不良情況的樁基，應合理安排施工順序，按照有利于及時封閉溶洞，隔斷巖溶裂隙通道的原則進行。同一橋梁范圍內宜隔跳施工，同一墩臺樁基礎只采用一臺鉆機施工，防止串孔。樁基施工時應先安排外圍樁而后中間樁，先安排含有較深、較大、較多溶洞的樁孔施工，先安排長樁施工，后安排短樁、溶洞較小的樁孔施工。

d）對有可能發生的樁基施工病害，應有針對性的事故處治預案，制定好應急措施，準備好充分的必備機械設備及材料，為防止可能出現的漏漿、偏孔、坍孔等現象，鉆孔前在孔口附近貯備一定數量黏土、片石及袋裝水泥，鉆孔施工過程中，要求配備足夠的供水設備，同時具備充足的水源,保證一旦漏漿，可以立即進行補水；對鉆探揭示存在溶洞的樁基礎，應增加泥漿制備量，以備漏漿時使用。對施工技術人員進行培訓，能夠做到靈活處理突發事故，使在施工過程中出現的病害問題能得以迅速解決。

e）巖溶區橋梁樁基成孔時的泥漿池應適當做大，以保證一旦漏漿后，有足夠的泥漿用來補充，并且應根據溶洞情況調增泥漿比重，一般不宜小于1.4，以加強對孔壁的支護效果。

f）樁基鉆孔前，應對就位的鉆機底座進行必要的加固措施，防止坍孔時鉆機下沉或傾斜。

g）鉆孔期間，應詳細記錄鉆孔情況，若發現地質情況與設計不符，應及時通知相關單位，以便根據實際地質確定終孔條件。

3 結語

本文針對巖溶區橋梁樁基溶洞的地質鉆探資料，根據溶洞高度、溶洞頂板厚度和充填情況的不同，提出了片石黏土封閉工法，單層鋼護筒施工工法和雙層鋼護筒施工工法3種處治措施。此3種工法能夠有效保證成樁質量，對以后類似工程設計和施工有一定的參考和借鑒作用。