臨近高速公路橋梁樁基溶洞處理工藝探討

石愛東

（中鐵建工集團有限公司，北京 100160）

隨著我國交通網絡的不斷擴大，公路橋梁的建設速度大大提高。目前，大批高速公路改擴建工程正在陸續(xù)進行，臨近高速公路樁基施工不可避免，而在存在溶洞地質的高速公路改擴建工程中，臨近高速公路溶洞樁基施工方法的判斷和選擇對老橋的施工安全、質量有決定性影響，采用適當的施工技術不僅可以達到良好的施工效果，而且有助于加強施工安全和質量的控制。文章以某改擴建工程為例，對公路橋梁樁基施工中的巖溶洞穴治理施工技術進行了總結和分析，為后續(xù)其他改擴建或臨近結構物工程溶洞樁基施工提供參考。

1 某臨近既有高速公路的橋梁樁基溶洞概況

某改擴建工程大橋擴建后長度600m，上部結構采用簡支箱梁，主要跨徑為25m和35m，全橋共計22跨；下部結構橋墩為柱式墩、橋臺為座板臺，基礎均采用鉆孔灌注樁，其中，11#～14#墩下部樁徑1.6m，均為端承樁。該橋老橋長度160m，上部結構為8跨20m簡支T梁橋，下部結構為蓋梁+立柱+樁基，老橋墩樁基直徑1.5m，均為摩擦樁。

該橋11#～14#號墩樁基沿線的地層主要為第四系地層、石炭系沉積巖、變質巖層、燕山期花崗巖層等。溶洞埋藏于中微風化巖內，揭露溶洞高1.2～28.1m，頂標高為-56.068～6.362m，底標高為-66.751～3.362m，多為全填沖～半填充狀態(tài)，填充物為流塑的黏性土、松散砂層。新老橋樁基平均凈距3.5m，新老橋樁基底面高差近20m，新橋樁基施工為臨近結構物溶洞樁基施工，在新橋溶洞樁基施工期間如未選擇合適的溶洞處理工藝，極易出現塌孔、地面沉降現象，可能危及既有道路的車輛通行安全，安全風險高，保通壓力大。

2 溶洞樁基處理工藝選擇及原因

2.1 樁基地質勘探

在施工溶洞樁基前，必須通過地勘進行逐樁勘探，在樁基施工前充分了解橋梁各樁基所遇溶洞的詳細情況等。根據地勘及施工經驗，基本確定本橋溶洞較為發(fā)育，溶洞基本為全充填形式，極少部分半充填形式。各樁基下溶洞情況與原設計不太相符，溶洞的高度與設計不相符，且?guī)r層變化與設計相差較大。而且，為更好地把握溶洞的形式，在進行逐樁補勘的前提下，施工單位與設計單位進行詳勘，即在樁基周邊按等邊三角形進行溶洞周圍探邊，確定溶洞的范圍。

2.2 處理工藝選擇

根據以往經驗，溶洞預處理方法包括灌漿填充法和樁周加固預處理法；溶洞處理方法包括片石黏土回填法、鋼護筒跟進法等。各種處理方法及鉆孔的施工工藝相對成熟，本文不做詳細介紹，而對各類（預）處理方法的綜合選擇，是保證溶洞樁基安全施工完成的重點。

該橋溶洞樁基施工為臨近既有高速公路施工，施工方法的選擇需以安全、保通為前提，結合該橋溶洞形式及覆蓋層地質情況，施工單位對溶洞的填充情況、溶洞大小等形式進行分類處理：（1）0～3m的小溶洞，選用高壓旋噴樁預處理結合片石黏土回填法的施工方法。（2）3～10m的中型溶洞，選用高壓旋噴樁預處理覆蓋層+雙液注漿預處理溶洞+片石黏土回填法的施工工藝。（3）10m以上的大型溶洞，采用高壓旋噴樁預處理覆蓋層+雙液注漿處理的施工方法，片石黏土輔助造壁。其中，高壓旋噴樁直徑0.6m，樁間距0.4m，沿樁直徑D+40cm的圓環(huán)形處理；雙液漿旋噴樁直徑0.4m，樁間距0.8m，沿樁直徑D+20cm的圓環(huán)形處理。因雙液漿處理深度較深，雙液漿凝固速度快，為避免雙液漿凝固過快，注意水泥與水玻璃的比值不大于0.2，施工過程以現場試驗為準。

對覆蓋層采用高壓旋噴樁預處理的原因：該地區(qū)覆蓋層中砂層較厚，采用高壓旋噴樁進行樁周預處理可有效形成隔水帷幕。隔水帷幕的作用：隔斷新老橋樁基之間地下水的流動，避免在樁基沖擊施工中發(fā)生泥漿與地下水的循環(huán)流動，產生砂層地質的接觸土流失，導致塌孔現象；同時在穿過溶洞發(fā)生泥漿突然性下降，且下降幅度較大時，可借助高壓旋噴樁帷幕的自立作用，避免因覆蓋土層的坍塌引起老橋的沉降、偏移。而雙液漿處理因其注漿壓力低，處理范圍小，凝固快，難以形成柱狀帷幕結構，處理后強度滿足不了泥漿大幅下降引起孔內塌方后的自立需要，其防水效果也較高壓旋噴樁差，故溶洞上方覆蓋土層選用高壓旋噴樁預處理。

對于中型溶洞，增加雙液漿處理全填充溶洞。在鉆頭沖穿溶洞時，減少泥漿突然下降的可能性，也可避免在清孔時發(fā)生溶洞范圍內的再次塌陷，影響灌注施工。而采用高壓旋噴樁則需要提前引孔，再次高壓注漿，針對中型溶洞來說，費用過高，不夠經濟；同時，考慮雙液注漿施工采用水鉆進行成孔，可在鉆孔同時取存芯樣，做好各段芯樣的統(tǒng)計與記錄，與原設計地勘資料結合，進而更好地了解地下水位的深度以及巖溶發(fā)育的情況，故選擇雙液注漿施工工藝處理中型溶洞。另外，采用雙液注漿預處理工藝還應注意根據處理深度控制漿液凝固時間，專門進行水泥漿、水玻璃配比的調試，控制注漿壓力，檢查注漿效果。

對于大型溶洞，采用雙液注漿的施工方法全填充溶洞，增加片石黏土輔助造壁，但需增大雙液注漿壓力，以增大漿液影響范圍、提高固結質量。注漿后，溶洞填充完成，在鉆孔過程中可大大減少泥漿大幅下降的情況，確保鉆孔過程的穩(wěn)定，同時，采用雙液注漿可更好地了解地質狀況。

對于串珠式大溶洞，因其處理工程量大，處理安全風險高，影響范圍難以控制，建議在高速公路改擴建工程設計之初或開工之前，優(yōu)化設計方案避過溶洞。若無法避過，可優(yōu)先選擇摩擦樁、群樁的方式不穿入溶洞施工；或既有道路全封閉后，采用高壓旋噴樁處理覆蓋層，采用雙液注漿的方式填充溶洞施工，以確保施工安全。

2.3 樁周預處理方法檢驗

溶洞樁基樁周預處理完成后，為檢測預處理效果，保證施工過程的安全，對預處理方法進行檢驗：（1）采用鉆孔抽芯法，做抗壓試驗，要求高壓旋噴樁處理區(qū)域芯樣28d無側限抗壓強度≥2MPa；雙液漿處理區(qū)域芯樣28d無側限抗壓強度≥0.2MPa。（2）檢測原則和數量：對小中型溶洞，按每樁檢查1孔；對大溶洞，每樁檢查3孔。（3）質量檢查孔的壓水檢查工作應在單元工程灌漿結束7d后進行。

3 臨近高速公路溶洞樁基處理注意事項

（1）樁周的預處理，尤其是高壓旋噴樁樁周預處理，因其注漿壓力大，在注漿過程中，水泥漿液快速滲入砂層流向老橋樁基周圍，對以樁側摩擦力為主的老橋摩擦樁側起到一定的潤滑作用，可能引起老橋沉降。故在進行高壓注漿時，應采用跳打的方式，且附近不能施工樁基或其他振動地基的施工，以減少對老橋樁基摩擦力的影響，同時加強對老橋立柱的監(jiān)控。

（2）臨近高速公路溶洞樁基施工，為減少對老橋的擾動，務必嚴格控制入巖前后的沖程管理，即入巖前不大于2m，入巖后不大于1m，在溶洞頂部巖層鉆進時沖程不大于0.8m，尤其在進入溶洞前1m，應采用小沖程反復造壁。

（3）為確保老橋、老路的正常行車，在進行臨近高速公路的新橋溶洞樁基施工時，必須設置平面、立面的控制點，對既有老橋附近施工時，在老橋墩柱上布置觀測點，每墩左右幅墩柱各設置1個；對距離既有建筑物30m范圍內的樁基施工，按間距10m設置，每樁施工時布置3個點。觀測采用四等水準測量，配合全站儀測平面位移。觀測期限及頻率暫定按《基坑工程技術規(guī)程》（DB159—012）進行。根據《地鐵工程監(jiān)控量測技術規(guī)程》（DB11/490—2007），結合專家評審會會議，樁基施工過程中老橋下沉降報警值：老橋立柱累計沉降大于10mm。監(jiān)測頻率：鉆孔施工期間，無發(fā)變化時，2次/d；出現泥漿液面下降時，1次/2h。

4 公路橋梁溶洞樁基施工中的常見問題

巖溶不利于施工，極易引起安全事故，尤其在臨近結構物施工過程中，溶洞的施工安全風險的認識極為重要，樁基溶洞施工中常見的問題總結是必要的。

（1）泥漿滲漏。泥漿滲漏主要是由地質中的許多裂縫引起的，而巖溶具有相互滲透的特征，一旦溶洞被破壞，泥漿將向各裂隙流動，造成泥漿滲漏。

（2）塌陷。由于巖溶地質中溶洞相互聯(lián)系的，故泥漿容易泄漏。當泥漿流失到一定程度時，未能及時補充泥漿將導致泥漿與地下水之間的壓力失去平衡，地下水快速向孔內流動，造成砂土流失、脫空，導致孔口的坍塌。另外，在穿過溶洞時，溶洞頂部覆蓋巖層因鉆進而大面積塌陷，造成原本穩(wěn)定的地質層脫空，也會發(fā)生塌陷現象。而在臨近既有高速公路施工時，塌陷可能直接引起老橋樁基的承載力或樁側摩擦力降低，進而發(fā)生橋梁結構沉降、塌陷，導致交通中斷、甚至引發(fā)安全事故。

（3）地面沉降。當塌陷面積過大時，將產生地面或臨近高速公路老橋樁基的沉降。

5 結束語

該改擴建工程項目采用以上選擇的溶洞樁基處理工藝處理后，老橋監(jiān)控量測雖發(fā)生沉降，但非常細微，對行車安全未造成任何影響；施工過程除發(fā)生泥漿液面下降以外，未出現任何的坍塌現象；混凝土雖然超方，但最大超方量不超過15%，達到了預期效果。

針對溶洞地區(qū)的樁基施工，溶洞形式千差萬別，探邊地勘對處理工藝的選擇尤為重要。對復雜地質，盡可能要求進行管波和CT探測，以求全貌反映地質情況。對于溶洞地區(qū)，尤其是臨近高速公路的溶洞樁基施工，必須逐樁進行處理施工工藝專項討論，優(yōu)選合理處理工藝，并對預處理的效果進行檢查，方可確保施工安全并提高施工質量。對溶洞樁基（預）處理工藝的選擇方面，建議在高壓旋噴樁、雙液注漿、片石黏土（底標號混凝土）填充等方法選擇使用，而全鋼護筒跟進方案，經過多方論證，該方法施工難度太大，且鋼護筒用量較大，成本高，不經濟，尤其在巖溶地區(qū)，無法采用振動下沉護筒，而采用鉆頭引孔施工的工藝，擴大鉆孔直徑，造成的影響更大，往往未成孔先塌孔，故建議巖溶處理時該方案要謹慎選擇，不建議使用；而對土洞或不需入巖的摩擦樁樁基施工時，綜合成本后，可考慮全護筒跟進工藝。同時，施工單位需樹立正確的觀念，從項目部到上級主管部門應提高對臨近高速公路溶洞樁基施工的重視，建立良好的管理體系，加強現場施工管理，做好地質勘察及現場記錄，并嚴格按施工方案做好預處理措施，避免偷工減料的現象，充分發(fā)揮樁基溶洞施工中的積極作用，保證施工安全。