串珠狀巖溶區高速公路橋梁樁基施工技術

羅海煉 鐘興武 侯億暉 陳文鋒

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

1 概述

在巖溶強發育地區，地下溶洞形狀、大小不一，分布不均勻，承載能力小，溶洞之間連通性好，因此橋梁樁基在鉆進施工過程中容易出現塌孔、掉鉆、埋鉆、鉆孔偏斜以及漏漿等問題[1]，從而影響施工進度，降低施工質量。不同巖溶強發育地區的巖溶形態各具特點，其中串珠狀巖溶由于溶洞沿深度方向數量分布較多，發育程度和規模不一，從而成為樁基成孔施工最難應對的巖溶形態之一[2]。雖然王平[3]以廣東紫惠高速公路工程為背景論述了巖溶區現場施工主要技術和注意事項，范業帥[4]針對河北省柴河特大橋12號主墩橋梁樁基施工闡述了巖溶強發育區樁基施工方法及特點，但由于串珠狀溶洞的特殊性，這種復雜巖溶地區的橋梁樁基施工技術還需進一步總結和完善。

本文將結合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實踐，探討溶洞呈串珠狀分布的復雜巖溶地質橋梁樁基主要施工技術特點，分析主要施工技術難點，為類似復雜巖溶地質條件下的橋梁樁基施工提供現場經驗，以此提高高速公路橋梁樁基的施工質量和施工效率，避免施工過程中安全事故的發生。

2 工程概況

廣東省佛清從高速公路北段位于廣州市花都區赤坭鎮和石角鎮，全長27.17 km。經初步地質勘測，東升互通橋梁工程段處于灰巖地區，地表覆蓋厚，巖溶發育較強，溶洞埋深較深，洞高呈0.1 m～16.8 m不均勻分布，其中小型溶洞(洞高小于3 m)占59.43%，大型溶洞(洞高位于3 m～9 m)占34.85%，特大型溶洞(洞高大于9 m)占5.72%。溶洞內處于全充填、半充填和無充填等狀態，充填物多為軟～流塑粉質粘土夾灰巖碎塊。在東升互通橋梁工程500根樁基中約有200根樁基的樁底或樁側分布著溶洞，部分樁基將穿越溶洞沿深度方向呈串珠狀分布的復雜巖溶區，穿越溶洞個數多達4個。

3 主要施工技術要點

3.1 樁基施工工藝

目前，橋梁樁基成孔常用方法有人工挖孔法、旋挖鉆進成孔法、沖擊鉆進成孔法等[5]。由于東升互通橋梁工程位于強發育巖溶區，在樁基鉆孔施工過程中易出現漏漿，甚至塌孔等安全事故，因此為了使填充物有效地擠入溶洞，提高護壁堵漏的效果，增強孔壁穩定性，建議采用沖擊鉆進成孔法。東升互通橋梁段樁基施工流程如圖1所示。

在復雜巖溶區使用該成孔施工工藝時應注意以下事項：

1)根據現場實際情況來調整沖擊鉆的沖程大小。沖程過大，易引起較大的振動，從而引起塌孔；沖程過小，則耽誤施工進度；

2)鉆至巖層時，若表面不平整，應先投入小片石，再進行沖擊鉆進，從而防止斜孔、塌孔事故；

3)要適當放松鋼絲繩長度。松繩過少，易形成“打空錐”，損壞機具；松繩過多，降低鉆進速度，易發生鋼絲繩糾纏事故。在距離設計孔底1 m范圍內，宜采用小沖程高頻鉆進，以此夯實孔底，有效保證樁孔底部密實、無破損；

4)沖擊鉆進一段時間后，應及時撈渣。若鉆渣太多，使泥漿濃度變稠，從而吸收大量沖擊能，降低鉆進速度。現場每鉆進2 m～4 m應進行泥漿比重測定，并根據實際情況及時注水，降低泥漿比重；

5)鉆孔過程中需加強測量復核，鉆機進尺2 m～4 m后使用護樁對孔位平面位置進行復核，若發生偏孔應停止鉆進，及時調整鉆機位置，護樁位置予以保護。若護樁發生偏移，需重新復核樁位及護樁平面位置。

3.2 施工前準備工作

鉆孔前，需根據基準坐標點、水準點，按施工技術規范和設計要求布設施工測量控制網，控制樁位中心、鉆孔垂直度、樁頂、樁底高程等。由于東升互通橋梁采用雙柱墩結構形式，所以樁基的定位精度要求比普通結構的定位精度高，定位復核需加強精度控制。樁位精確放樣后，使用線繩在樁基四周布設護樁，護樁距樁基中心點距離根據現場實際情況進行調節，一般在2.5 m～3.0 m之間。

施工前，需對鉆機平臺進行整平加固，若樁機倉促定位會導致后期施工中出現樁基孔垂直度不合格。若樁基四周地質條件不好，要對鉆機擺放位置進行重點清表，清理到硬土位置為止，然后回填級配碎石，每回填20 cm后壓實，再回填下一層并壓實，最后進行整平，鋪設鋼板，使得鉆機平穩固定在施工平臺上，保證鉆進過程不會出現鉆機下沉不均勻或者移動偏位情況；若樁基四周地質條件好，可對表面進行清理，然后整平，鋪設鋼板，保證鉆機位不出現偏移。

根據測量放線埋設鋼護筒，鋼護筒的厚度為8 mm，高度為2.0 m～4.0 m，內徑比相應樁徑大20 cm，護筒上開有一個溢漿孔。護筒埋設采用人工開挖的方式，將坑底整平，然后放入護筒，四周即用黏土回填，分層夯實，并隨時觀察護筒，防止填土時護筒位置偏移，嚴格控制護筒位置和垂直度，鋼護筒頂部需高出施工場地地面30 cm，防止雜物等進入施工孔內。

3.3 造漿及清運

泥漿在施工過程中在孔壁會形成一層泥皮，不僅可以起到保證施工孔免于坍塌的作用，還可以起到浮懸土渣的作用。在樁基孔鉆進過程中應不斷測試泥漿的性能指標，并根據泥漿性能和地層情況及時調整，必要時可添加外加劑，改善泥漿性能。

泥漿循環系統主要由泥漿池、出漿槽、泥漿泵、沉淀池等部分組成，布置于兩橋墩之間。泥漿池及沉淀池四周應布設防護網和警示標識，底部周邊碼放砂袋，防止漏漿污染。為了加快施工進度及保護環境，需在施工場地建設泥漿沉渣晾曬區，并由泥漿清運車及時清運。

3.4 溶洞處理方案

復雜巖溶區的橋梁建設常會因溶洞的存在降低施工效率和工程質量，若在樁基施工過程中未能有效處理溶洞，則會在后期運營中出現橋梁樁基的不均勻下沉，從而影響行車舒適度，甚至出現工程事故和行車安全事故[6]。因此樁基施工中常會根據現場實際巖溶發育狀況和地質情況制定針對性的溶洞處理方案[7]。東升互通橋梁右幅1-1樁位和3-3樁位分布著串珠狀溶洞，因此在鉆孔施工過程中，出現了嚴重的漏漿和塌孔施工事故，故現場工作人員根據地質勘測資料和現場實際情況，結合了拋填黃土片石法和鋼護筒跟進法來處理溶洞。

當鉆至距溶洞頂板距離小于500 mm時，應提出沖擊錘，向孔內拋填片石、粘土，再進行小沖程鉆孔，直至穿過溶洞后再逐漸加大沖程至正常鉆孔速度；當鉆頭穿過溶洞頂板后需立即提出，向孔內先后拋填片石和粘土，拋填比例按1∶1施工，再以小沖程高頻率沖擊穿過空洞，將充填物擠入孔壁，實現人工造壁。對于串珠狀溶洞中的空溶洞或半充填溶洞，在穿越擊溶洞前，應密切注意孔內泥漿面的變化，若出現下降，則立即補水，并按1∶2的比例回填粘土和片石，再進行沖砸堵漏，當漏漿現象全部消失后才正常鉆進；對于溶洞內填充物為軟弱粘性土或淤泥，穿越溶洞之后應向孔內投入比例為1∶1的粘土片石混合物，沖砸固壁，防止孔壁坍塌。當鉆孔過程中遇到串珠狀溶洞的大型空溶洞時，漏漿嚴重易發生塌孔事故，此時應采取鋼護筒跟進法，鋼護筒直徑要大于樁徑至少10 cm，采用震動下沉法將鋼護筒打至溶洞位置。現場溶洞處理施工如圖2所示。

3.5 清孔及水下混凝土灌注

樁基孔鉆至設計深度后，需對孔深、孔徑、孔位進行檢查，然后采用換漿法對施工孔進行清理。當換漿至規定時長后，吊入已經制作好的鋼筋籠，進行二次清孔，并再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉淀厚度是否符合規范和設計要求，當泥漿含砂率小于2%，相對密度位于1.03～1.10之間，方可進行水下混凝土灌注。

灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序，需要一次完成，中間不能停留。水下混凝土坍落度應控制在180 mm～200 mm，在灌注過程中，應保持孔內水頭和導管埋管深度在2 m～6 m范圍。當孔內混凝土靠近鋼筋籠時，應使導管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，減小混凝土從導管底口出來后產生較大的向上沖擊力，防止鋼筋籠被混凝土頂托上升；當混凝土進入鋼筋籠一定的深度后，應適當提高導管，減小導管埋置深度，從而增加鋼筋籠在導管底口下的埋深，增加混凝土對鋼筋的握裹力。為確保樁頂質量，應在樁頂設計標高的基礎上多灌注50 cm～100 cm，灌注結束后立刻清除樁頂沉渣；待混凝土強度達到70%后，人工鑿除超灌的混凝土，以保證樁頭混凝土質量的良好。

4 施工技術難點

1)由于巖溶發育的不連續性和復雜性，使得前期鉆孔勘察工作不能完全反映洞走向、分布以及大小，因此在樁基施工中有可能會碰到未勘探到的溶洞，這樣往往給樁基施工造成一定的經濟損失，加大了溶洞處理費用，且在鉆孔過程中易發生塌孔、斜孔、卡錘、漏漿等風險，使得樁基成孔操作難度比較高[8]。

2)由于橋址區巖溶發育強，溶洞呈串珠狀分布且連通性較好，因此在樁基施工過程中溶洞處理工作難度較大，常在同一個溶洞位置發生多次漏漿和塌孔。

3)由于部分樁基需穿越串珠狀巖溶地基，樁孔設計深度較深，設計樁長較長，因此需要大量的混凝土材料，且需要長時間的灌注施工。而因為混凝土材料的質量會隨著時間的推移發生一定的變化，故控制難度會提高，在灌注環節易出現流失與斷柱的問題，因此應該加強灌注混凝土材料坍落度的控制[9]。

5 結語

在復雜巖溶區進行高速公路橋梁建設，增大了施工難度，減緩了施工進度，加大了施工風險，故本文結合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實例，對溶洞呈串珠狀分布的復雜巖溶區橋梁樁基施工技術進行了系統的闡述，建立了科學實用的施工技術方案，提出了針對串珠狀溶洞的處理技術，有效地提高了施工質量和施工效率，保障了鉆孔施工安全，確保了橋梁運營期的安全性和穩定性，可為類似復雜巖溶地質條件下的高速公路橋梁樁基施工提供了經驗參考。