巖溶地區公路上跨鐵路橋梁樁基礎施工技術探究

后少平

（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司 安徽合肥 230000）

前言

在橋梁施工中，樁基礎的施工安全直接影響著整體工程的施工工期以及工程的質量，而樁基礎的施工方式也是國內外比較常使用的基礎施工形式。因此，對于鐵路橋的樁基礎的施工過程中遇到的問題及對策進行詳細的研究具有很重要的意義。

1 工程概況

本工程位于皖北地區，為某公路上跨鐵路立交工程，橋梁起點公路里程K05+025.4，終點里程為K06+308.6，總長1283.2m。全橋左右分幅，上跨鐵路處采用錯墩布置。橋臺填土高度控制在6.55m以內，全橋孔跨布置為：左幅共 43 孔 11 聯，孔跨布置為 2×（4×30）m+（30+35+30）m+2×（5×30）m+（35+35+35+25）m+（25+30+25）+（3×25）m+（25+35+25）m+（5×30）m+（4×30）m簡支變連續小箱梁。右幅共43孔12聯，孔跨布置為2×（4×30）m+（30+35+30）m+3×（4×30）m+（25+35+30）m+（30+30+25）m+（3×25）m+（25+35+30）m+2×（4×30）m 簡支變連續小箱梁。

2 不良地質和特殊巖土

根據地質勘察資料，場地內對工程有影響的不良地質現象主要為巖溶，巖、土結合部是巖溶重點發育部位。大部分為充填型溶洞，局部為無充填型巖溶，并有串珠狀溶洞發育；溶洞高度0.1～13.6m，頂板埋深4.1～61.4m，底板埋深6.4～62.5m。本場地揭露巖溶屬于淺覆蓋-深覆蓋型巖溶，溶洞高度0.1～13.6m不等，空洞18處，洞高0.1～3.2m，多數分布于埋深30～50m的灰巖層中，地下洞穴。已完成的184孔鉆孔揭露石灰巖，揭露石灰巖總厚度3312.2m，其中139孔揭露溶洞，見洞率75.54%，溶洞總厚度633.4m，線溶率19%。

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）的巖溶發育程度表可知，橋址區見洞率高達75.54%，巖溶場地條件之一“見洞隙率大于30%或線巖溶率大于20%”時為巖溶強發育，因此本場地可判為巖溶強發育。根據《鐵路工程不良地質勘察規程》（TB10027-2012）的巖溶發育強度分級可以看出，本場地巖溶沿斷層、層面、不整合面等有顯著溶蝕，中小型串球狀洞穴發育，地下洞穴系統未形成，地下水有小型暗河或集中徑流，判為巖溶中等發育。

3 樁基礎在巖溶地區施工的過程中常規問題的對策與分析

橋梁樁基礎施工的技術要求較高，特別是在巖溶地質條件下施工，施工難度比較大，除了出現埋鉆、卡鉆的現象，還經常出現漏漿、塌孔的問題。一旦處理不好這些技術問題，施工工期就會拖延，而且質量得不到保障，為以后的橋梁使用留下安全隱患。

3.1 埋鉆

3.1.1 導致埋鉆現象的因素

巖溶地質條件下橋梁樁基施工易出現埋鉆情況，且處理難度較大。造成埋鉆的因素是多方面的，但主要因素是孔壁的坍塌。孔壁的坍塌是因為鉆機在遇到溶洞的時候來不及減速，而洞頂比較脆弱，在遇到較大沖擊力的時候，整個溶洞就會大面積的垮掉，那么溶洞上面的底層表面就會跟著下沉，遇到這樣的情況就很可能導致埋鉆。

3.1.2 埋鉆預防的措施

①放慢行進速度減小沖擊力，同時時刻做好撤離的措施。要預防埋鉆現象的發生，在施工進程中遇到溶洞時應減緩進程，利用較小的沖擊力通過溶洞。同時，隨時做好塌陷的補救措施，提前布置好撤離的準備工作，準備好滑車鋼絲繩等拖拉設備，一旦發現情況馬上撤離。②發現漏漿馬上提鉆。如果出現鉆孔內漿液面突然下降的現象，就表示出現漏漿的情況，此時應立即提鉆，同時向孔內注水加漿等措施。

3.1.3 埋鉆處理的方法

①沖刷覆蓋物。如果在處理埋鉆的過程中，鉆具不能拉上來，可以采用沖刷的措施。也就是通過高壓水或者空壓機把殘留的物體沖刷干凈。疏通鉆孔，才能拔出鉆具。②硬拉。如果坍陷面積較大，鉆具埋的太深，上面的物體太多，清理工程太大的時候，可以采用一些輔助的設備進行拉鉆，把鉆具硬拔出來。③采用人工挖掘。如果采取了相應的措施，還是收不到相應的效果的時候。還可以在樁孔內安放鋼護筒，放在埋鉆的外面。

3.2 卡鉆

3.2.1 卡鉆原因概括

①鉆頭的傾斜。若施工人員缺乏施工經驗，繩子放的太長，鉆頭就會傾斜。傾斜的鉆頭靠近孔壁，導致卡鉆的現象發生；②鉆頭磨耗超限，補焊后下鉆過猛，造成鉆頭卡入孔內；③孔內出現梅花孔、探頭石、縮孔等；④擊穿溶洞頂板過猛，鉆頭突然進入溶洞，造成孔型不圓順，或掉入大空洞中而卡鉆；⑤鉆進過程中發生少量坍塌，或鉆頭被落實卡注。

3.2.2 卡鉆預防措施

①對施工人員做好技術交底，施工中防止鉆頭傾斜；②勤于檢查鉆頭磨耗情況，換入新鉆頭前應將檢孔器放入孔底，新舊鉆頭直徑公差一般采用+5～1.5mm，超過標準及時修補；③根據地勘資料，在進出溶洞時采用小沖程鉆進，遇到探頭石，回填硬度高于孔底巖層硬度的小片石、粘土塊的混合物至探頭石以上0.5m，小沖程修磨，回填的小片石與粘土頂面要盡量平，片石直徑為10～15cm。

3.2.3 卡鉆處理的方法

發生卡鉆后，不能生拉硬拽，應查明卡鉆原因及卡鉆標高后制定相應處理措施，以免造成大繩拔斷而引起掉鉆或造成進一步卡緊的情況。一般宜采用加大上拔力，上下提動及重物沖擊等處理方法。

3.3 漏槳

3.3.1 漏漿產生的原因

①鉆穿溶洞頂板遇無填充物的大空洞；②溶洞、溶溝、溶槽相互連通，在流動的地下水作用下，造成泥漿流失。

3.3.2 漏漿的處理方法

（1）注水或補充泥漿。觀察泥漿的液面高低，發生突然下降的情況，需要及時的在孔內補充泥漿。

（2）在鉆進過程中發生，則回填小片石與黏土塊，或填充水下混凝土至漏漿孔上端以上0.5m，待穩定或到預定強度后再鉆。

（3）在施工中，利用鋼護筒避免漏漿的狀況時，這時便需要用粘碎石將護筒的各個方面進行填補，累積的最佳高度為1m，另外用相應的方式將其敲打，促使鋼護筒更加地牢固。

（4）在施工中出現漏漿的狀況后，可對孔內的水壓力進行檢查，如果檢查出的壓力不大，則便說明溶洞跟樁孔連接在一起，進而工作人員必須停止鉆孔，同時在一些有漏洞的地方用混合料進行填充，接著再根據上述措施進行鞏固。

3.4 塌孔

3.4.1 塌孔產生的原因

①遇到穿溶洞、過裂隙時，泥漿突然漏失，補漿不及時，造成孔內靜水壓力太低，會造成孔壁坍塌。②地下水位高給孔內水造成壓力。③泥漿不合格。假如施工使用的泥漿達不到標準，孔壁可能會不堅固，質量不合格的泥漿粘度不夠，孔內的負壓力產生，也會造成塌孔現象。④護筒埋設深度不夠，或回填粘土質量差，易引起護筒底坍孔。⑤鉆進時，鉆頭左右晃動，抽碴下鋼筋籠作業等撞擊孔壁也易造成塌孔。

3.4.2 預防措施

①根據各類地表層地質情況，埋設不同長度的鋼護筒，并夯實周圍回填的粘土；②經常保持孔內泥漿面標高高于孔外地表標高；③確保泥漿性能，加強護壁。

3.4.3 塌孔處理的方法

①回填粘土和片石。施工過程中，鉆孔的深度不夠大的時候，應該用填充物，填充物以粘土和片石為主，填至與空面差不多為宜；②鋼護筒安放在喇叭口的下邊緣。把鋼護筒始終安放在塌孔喇叭口也是有效的處理措施之一，假如成孔比較深，這樣處理使得鋼護筒位于下緣不透水的土層上，它的周圍用粘土組成的填充物填滿，再擠壓粘土，使其牢固，然后繼續施工，可以確保施工順利進行。

4 巖溶區樁基成孔處理技術

4.1 成孔處理方案

該工程樁基礎采用沖擊鉆成孔技術，并運用正循環排渣施工工藝，正循環施工示意圖如圖1所示，根據樁基礎施工規范的相關要求可知，施工過程中將泥漿的比重控制在1.1～1.2，而泥漿的粘度則保持在18～23s，含砂率不超過4%。

由于巖面起伏及巖溶在空間發育的復雜及不確定性，在施工開挖及樁基礎施工過程中必須加強對原設計的地質資料進行驗證，以進一步探明并核對地質資料；若發現地質情況與設計不符時，應立即通知設計單位，并組織專家對該溶洞進行專題研討，并針對該溶洞制定出相應的解決方案。

圖1 正循環施工示意圖

4.2 成孔后樁基礎施工質量控制要點

4.2.1 方案處理前準備工作

在進行樁基礎施工前，要對施工過程中所需要的機械和必要材料進行儲備，如：挖掘機、壓漿機、裝載機、片石、鋼護筒、水泥、泥土等。

4.2.2 方案選擇

（1）鋼護筒施工法

當地層中的溶洞高度為3～5m時，將其劃分為中溶洞，而樁基礎施工中對于中溶洞則采用一層鋼護筒施工法（如圖2），具體施工方法如下：①將鋼護筒埋設在指定地點，相關的材料準備就位。②在鉆孔的過程中，如果沖進溶洞，則應該及時向孔內拋投適量的粘土袋和片石。③隨著沖孔的不斷進行，將鋼護筒不斷下放，如果其下放至巖面時，發現溶洞漏漿，則應該繼續向孔內投入粘土袋和片石，以保證施工的繼續進行。

地層中的溶洞高度≥5m時，稱之為大溶洞，在施工中對于大溶洞的施工方法則采用多層鋼護筒施工法（如圖3）。多層鋼護筒施工方法的施工步驟在一層鋼護筒的施工方法基礎上需要額外添加的施工方法為：①在外護筒的基礎上安裝內護筒；②施工封底混凝土；③在鋼護筒和內護筒之間按要求分段進行注漿，直至終孔；④對于溶洞孔洞高度過大的溶洞，應該考慮分段成形，其中使用的多層鋼護筒和內護筒的外徑要比一層鋼護筒的外徑大。

圖2 一層鋼護筒施工法示意圖

圖3 多層鋼護筒施工法示意圖

該工程在溶洞區采用直徑為1.6m的樁基礎，因此根據相關規范的基本要求，現場采用直徑為1.8m，厚度8mm的鋼護筒，護筒的長度則根據實際勘測地質條件，穿過溶洞進入第一層風化巖層0.5m，高出地面0.3m為標準。施工時，先使用直徑1.9m的沖擊錘進行成孔施工，使沖擊錘深入到風化灰巖0.5m，然后再使用振動錘將鋼護筒放置其底部，在每一段的鋼護筒連接處，對其采用0.2m寬鋼板焊接，使其能夠接合牢固，不易錯位，造成漏漿。溶洞鋼護筒現場施工圖如4。

圖4 溶洞鋼護筒施工現場圖

（2）充填封閉法

在地質勘查中，對已經探明的高度小于3m的溶洞或者裂縫，采用填充封閉法進行施工，充填封閉法示意圖如圖5。填充封閉法施工操作簡單、造價低廉，其主要采用粘土和片石為回填原料。具體施工操作為：沖擊鉆在進行鉆孔時，當溶洞頂板被穿透后鉆孔發生漏漿，則在鉆孔內填充事先準備好的粘土袋和片石，填充高度高于溶洞頂板高度，停留2～5h后繼續沖孔施工。當采用片石和粘土填充后，仍有漏漿現象出現，則應該及時向鉆孔內填充一定量的混凝土，然后再繼續填充片石和粘土，并停留一定時間直至混凝土與片石和粘土固化后，方可進行鉆孔作業。材料參數見表1。

表1 填充材料參數

在進行材料回填的過程中，要對片石、粘土袋以及袋裝水泥應采取分層間隔摻合投放的施工方式，使填充料回填至高于頂板1m處，回填水泥現場施工圖如圖6，回填片石現場施工圖如圖7。在樁基施工中應采取相應措施防止斷樁及孔壁坍塌等現象發生。注意做好清底和護壁工作確定合適的機具設備及泥漿配比等工藝。

圖5 充填封閉法示意圖

圖6 回填水泥處理

圖7 回填片石處理

（3）裂隙的處理

在沖鉆鉆孔施工過程中，認真觀察鉆孔內水頭的情況，通過孔內水頭的下降快慢判斷孔內是否出現裂縫或者溶洞，如若出現裂縫則可調整泥漿的稠度配合粘土塊、片石以及少量的水泥，以達到封堵裂縫的目的，此種方法主要針對小型裂縫或者微小溶洞。

4.2.3 混凝土灌注工藝要求

混凝土的灌注主要采用直導管法。為了能夠使混凝土灌注順利進行，灌注到溶洞的位置時，埋管深度至少要保持在6m以上，儲存的備料不得低于10m3。在灌注的過程中要對孔內的混凝土上升速度進行實時觀測，防止混凝土灌注過程中因護臂被破壞，導致混凝土突然下沉，形成斷樁。

5 結束語

溶洞是橋梁樁基施工中的一大難題，對巖溶地區橋梁樁基施工技術的研究是十分必要的。本工程所遇到的巖溶地質在安徽地區具有一定代表性，通過深入分析巖溶區橋梁樁基施工易造成的施工問題及成因，總結出了一套適用于巖溶區橋梁鉆孔灌注樁的施工技術和施工質量控制要點，為巖溶地質條件下的樁基礎施工積累了施工經驗。

[1]韓曉強.中老鐵路巖溶區段橋梁樁基處理技術[J].鐵道建筑，2017，57（11）.

[2]譚 海.粵西巖溶區橋梁鉆孔灌注樁基礎溶洞處治技術[J].四川水泥，2017（12）.

[3]于來剛，李兵兵，張成斌，等.云南巖溶地區站場樁基設計及溶洞治理措施[J].油氣田地面工程，2017，36（3）：67～70.

[4]翟曉靜，張艷娟.巖溶地區橋梁樁基礎施工技術方案和質量控制探討[J].公路交通科技：應用技術版，2017（7）.

[5]何文俊.巖溶區鐵路樁基礎施工溶洞處理技術研究[J].華東科技：學術版，2017（12）：138.

[6]趙京虎（.2017）.武咸鐵路巖溶地區沖擊鉆機超長深樁施工技術.水利水電工程造價，2017（3）：5～8.

[7]刁亞飛.巖溶地區橋梁樁基礎處理技術[J].科技風，2017（18）：109.