橋梁溶洞處理施工技術應用分析

陳龍軒

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510000）

巖溶形成因為可溶性巖層溶解水緣故，如石灰巖層內不溶于水的碳酸鈣與水發生化學作用，長時間作用形成溶洞。溶蝕溝槽與溶洞形態具有很大差異。由于地質條件特殊性，對施工安全與成本控制造成很大困擾。溶洞使鉆孔樁所在圓柱形剖面地質構造軟硬不同，需要克服巖溶地貌對工程的困擾。樁基礎具有承載力高等優點，淺基礎形式不能滿足建筑物對地基強度等方面要求，樁基礎得到廣泛使用。巖溶地區使用中要從地勘施工等多方面綜合考慮，如臨空面存在，地下水系作用等對樁基穩定性的影響。深入進行溶洞工程地勘研究，加強溶洞地區橋梁樁基施工研究，確保工程質量安全，對公路橋梁樁基設計施工具有重要意義。

1 溶洞學基本理論

溶洞發育條件包括可溶性巖石。巖石必須具有透水性，地表水滲入地下對巖石產生溶蝕作用。可溶性巖石在水的作用下轉化為可溶性碳酸氫鈣，含有二氧化碳的地下水溶蝕力增強，流動水可避免地下水編程飽和溶液[1]。可溶性巖石在巖溶溶洞發育中起到重要作用。巖溶地區溶洞形成具有溶洞組合特殊地貌。巖溶地層在我國分布廣泛，建設高速公路需對巖溶問題進行研究，保證工程質量安全。

溶洞個體形態按空間分布位置分為地表與地下溶洞，地表溶洞是溶洞在地表表現形式。地表溶洞形態按凹凸起地形分為正負地形。地下溶洞形態是巖石在地下水長期溶蝕作用下形成溶洞形態集合，如地下河等。溶洞分為飽水帶內水平溶洞與充氣帶內垂直型溶洞。溶洞地貌發育存在聯系性，各發育階段具有特殊地地貌形態組合。地表與地下溶洞形態具有密切聯系，如溶洞泉為地下徑流發展結果，溶洞塌陷是地下溶洞發育結果。地表系列漏斗反映由地下河道。溶洞地貌形成眾與周圍地貌發育關系密切，按可溶性巖石出露條件分為埋藏型、覆蓋型與裸露型溶洞[2]。按地質巖性標志劃分包括石膏溶洞、白云溶洞等。

2 溶洞地質對工程的危害

溶洞地區地表水對路橋工程危害表現為工程橋涵存在于溶洞地區，地表水沖刷結構物。分析溶洞地區與非溶洞地區地表水發現，二者關系密切，溶洞洼地反復積水。溶洞地下水對路橋工程危害表現為雨季導致路基橋梁基坑坍塌；水位下降引起基坑沉陷。通過工程實際情況比較，發現溶洞地下水特點體現在于季節性降水密切相關，地下水分布不均。

溶洞洞穴對建筑物危害表現為基礎承載力不足。線路通過有溶洞穴分布地段，遇大洞穴建筑物四壁臨空溶洞。天生橋隧開挖至中部，遇寬120m，高100m 溶洞大廳線路懸空，由于技術困難，需在隧道內加彎道。線路遇洞穴使基礎局部懸空在公路建設中遍及各條線工程[3]。建筑物施工前掌握施工場地地質情非常重要。公路工程中溶洞洞穴對建筑物的影響包括隧道側壁洞穴厚度薄，隧道產生塌方；隧道下洞穴頂板厚3~6m，危害行車安全；路塹邊坡空洞填充塌陷后發生沉降；寒冬基礎下洞穴頂板厚3m可能坍塌；公路隧道頂部存在溶洞穴厚2m，隧道施工中發生爆破沖擊造成局部坍塌。

3 工程概況

中山至陽春高速公路開平至陽春段A2 合同段位于江門和陽春地區，本合同段起于恩平市大田鎮，終于陽春市春灣鎮，沿線途徑大量的基本農田及經濟林帶，線路全長8.099km。路線區地形以中低和丘陵為主，路基4.091km。本標段全線采用六車道高速公路標準橋涵設計荷載采用公路—I 級。沿線主要不良地質有軟土、滑坍等。

本工程有5 座橋梁，先簡支后結構連續體系，力求裝配化，以縮短工期。基礎采用鉆孔灌注樁，圓樁樁徑有六種斷面形式；墩身采用圓柱墩、實心薄壁墩結構形式。圓柱墩直徑有四種斷面，橋臺有肋板式橋臺或樁柱式橋臺形式；預應力混凝土25m 小箱梁365 片，總計預制梁701 片，TJ04 雙悅特大橋40mT 梁336 片由TJ05 施工段預制[4]。本標段有隧道4 座，短隧道3 座，全部為分離式隧道。雙悅嶺隧道左線1625m，新龍1#隧道左線380m，新龍2# 隧道左線357m；茶園坳隧道左線431m。III 級圍巖約占17.6%，V 級圍巖約占46.3%。

4 橋梁工程溶洞施工方案

公路工程施工中不能避開所有地質危害，應積極采取適當工程措施處理溶洞危害。溶洞危害處理包括溶洞水域洞穴處理。要掌握樁孔地質資料，保證溶洞層段順利成孔，工程技術人員應制定具體解決護壁施工方案。橋梁鉆孔樁基礎溶洞地層施工處理方法包括鋼護筒跟進法、密閉壓漿法等。

溶洞存在導致樁基施工承擔不良地質風險，溶洞處理可采用梁跨越式技術。梁跨越式技術施工需使用大量鋼筋等材料，在臺面下完成支柱建造；采用強夯法對溶洞進行回填，滿足樁基施工要求；采用鉆孔壓漿法施工可通過鉆孔注入混凝土提高地基結構穩固性。比較三種施工工藝發現強夯法施工成本最低[5]，跨越式施工產生費用較高。工程初期決定采用強夯法，但勘察發現溶洞集中于小范圍，實施強夯法影響施工效率。綜合考慮進度要求采用鉆孔壓漿施工方案，由于溶洞結構復雜，需提前完成鋼護筒施工。施工關鍵技術包括鋼護筒施工，鋼筋籠吊放等，重點做好溶洞頂板穩定性分析，溶洞頂板處理與填充。

5 橋梁樁基溶洞施工技術

工程原地面以下9m 至溶洞頂板底部為9.4m 中風化灰巖，根據超前鉆地質報告，護筒四周加焊4 根4m 長槽井子固定架，鉆至溶洞頂1m 位置改為低錘密擊。

工程鉆孔采用機械化方式，由于溶洞密集，需采用鋼護筒加強孔壁保護，施工前需加強溶洞勘測，利用高壓水槍清除洞內雜質。針對深洞需進行初步填充，鋼護筒應達到地下1m 左右，護筒直徑約90cm。利用打樁機完成導向架。采用沖擊鉆鉆進。達到最底層溶洞下0.5m 位置，下沉時做到分級，穿過1 層溶洞增加I 級內護筒。施工中注意觀察是否存在塌孔等問題。采用回填碎石等材料反復沖孔。樁基成孔采用沖擊鉆泥漿循環排查法，鉆進前確認樁基狀態。鉆孔施工前利用回鉆樁機僅需孔洞鉆進。作業前完成機械預熱，確認鉆桿達到標準要求后抬高鉆具。循環沖洗孔底120s 排凈殘渣。達到指定巖層深度后進行沖擊成孔施工，利用吊機配合施工，避免出現塌孔問題。

圖1 回填

溶洞填充處理是施工重點，首先埋設開孔護筒，溶洞擊穿時提鉆至孔口，向孔內投入片石填充溶洞。孔內漿面穩定后繼續施工。溶洞相同位置多次使用片石未見效果，采用黏土+袋裝水泥方法處理，靜置24h 后繼續施工。分析溶洞處理效果為檢驗處理質量，確保樁基受力效果。常用檢測方法包括深層土體側向水平位移測試法等。工程采用超前鉆探實驗法檢測樁基溶洞回填層，證明樁基溶洞處理效果較好。

6 結語

巖溶地區橋梁樁基礎施工中，如何提高工程質量是急待解決的問題。需要提出科學施工方案，采用科學溶洞處理方法，加強鋼護筒施工等各環節把控，有效控制工程質量。本文結合開春高速公路橋梁樁基溶洞施工，提出施工關鍵技術。