巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)探討

馮建

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100025）

由于巖溶地區(qū)自身存在的大量地下水物質(zhì)，進(jìn)而對巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響，最終形成數(shù)量較多、深淺和大小各異的溶洞。由于巖溶頂部基礎(chǔ)環(huán)境十分薄弱，如果操作不當(dāng)極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破裂問題。因此想要在此種自然環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)中開展橋梁基礎(chǔ)施工，就要在巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工中，預(yù)先做好橋梁工程樁基的逐墩勘測，制定科學(xué)合理的方案，采取成熟的技術(shù)手段進(jìn)行施工。

1 巖溶地區(qū)地質(zhì)形成原因

巖溶地區(qū)在形成過程中，又被稱為喀斯特地區(qū)，從本質(zhì)上來看，主要指的是地區(qū)內(nèi)部的巖石裸露，進(jìn)而成為各種特殊巖石地形。巖溶地區(qū)的外貌形成過程中，不僅需要在巖石地區(qū)進(jìn)行全面發(fā)育，并且在其他類型的可溶解性的巖石仍然在區(qū)域內(nèi)廣泛的分布。而巖溶地區(qū)的形成原因如表1。

表1 常見巖溶地區(qū)形成原因分析

2 工程概況

以某段高速公路為例，該段路標(biāo)段范圍內(nèi)包括中橋3 座、大橋13 座、特大橋5 座、箱型小橋1 座，22 座橋梁工程。整個橋梁工程涉及樁基礎(chǔ)施工、挖井基礎(chǔ)施工等。橋梁基礎(chǔ)設(shè)計包括樁長最大：51m，樁徑：1.25m 與1.5m 兩種。本標(biāo)段內(nèi)主要位于湖北省，施工區(qū)域地形相對陡峭，中低山區(qū)溶蝕、侵蝕構(gòu)造，呈階梯狀分布，地表水質(zhì)良好，熟悉發(fā)育豐富，巖溶水是主要地下水溶，廣泛分布碳酸鹽巖，沿線主要途徑地質(zhì)條件為孔隙潛水（松散巖土類）、巖溶水（碳酸鹽巖）等。施工區(qū)域，分成為沖積粉質(zhì)粘土、寒武系中統(tǒng)灰?guī)r等。

3 橋梁樁基施工技術(shù)及工藝流程——以巖溶地區(qū)為例

3.1 巖溶地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)

巖溶地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)有以下幾種，每種技術(shù)具備特點(diǎn)與不足明顯不同，充分滿足不同工程的施工需求，具體如表2。

表2 巖溶地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)分類及特點(diǎn)

結(jié)合工程實際情況以及建設(shè)單位要求，綜合分析后，本工程在巖溶地區(qū)最終采用沖孔技術(shù)進(jìn)行施工。

3.2 施工流程及技術(shù)要點(diǎn)

如圖1 所示，一般情況下巖溶地區(qū)橋梁裝施工技術(shù)流程主要包含以下等方面的流程內(nèi)容。

圖1 施工工藝流程圖

3.2.1 測量定位線

橋梁樁基礎(chǔ)施工自身具有嚴(yán)格的質(zhì)量水平要求，所以在圖紙設(shè)計以及測量定位線安裝方面，需要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工，在設(shè)置安放鉆機(jī)時，技術(shù)人員在測量定位線時，不能過度忽略樁基輔助以及保護(hù)點(diǎn)。對于護(hù)筒的設(shè)置，則需要考慮后期樁基遇溶洞時能夠使用鋼質(zhì)護(hù)筒開展跟進(jìn)施工；對于護(hù)筒的埋設(shè)，則其高出地面位置0.3-0.5 米，保證后續(xù)樁基施工期間地表水不灌入孔內(nèi)，從而改變泥漿比例。并結(jié)合本工程實際情況，從溶洞高度與溶洞整體面積兩方面入手，制定相應(yīng)的溶洞處理方案，具體見表3、表4。

表3 不同溶洞高度溶洞處理技術(shù)方案

表4 不同面積溶洞處理技術(shù)方案

3.2.2 沖孔操作

當(dāng)巖溶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)施工中出現(xiàn)卡鉆或者斜孔的情況時。在用填充物進(jìn)行部分填充處理，而沒有機(jī)芯填充的溶洞，則可能導(dǎo)致低壓區(qū)的出現(xiàn)。再進(jìn)行鉆進(jìn)時，泥漿會在壓力作用下，沿著裂縫處滲漏，造成埋鉆和塌孔等情況，因此，沖孔是施工中至關(guān)重要的一個步驟。在沖孔時，為了避免出現(xiàn)更多問題，保證能夠正常成孔，需要制定科學(xué)合理的解決措施。

3.2.3 沖擊鉆施工

近年來，我國道路橋梁發(fā)展迅猛，隨著工程施工規(guī)模的不斷擴(kuò)大，沖擊鉆灌注樁技術(shù)憑借承載能力強(qiáng)、抗震性良好的優(yōu)勢得到了廣泛運(yùn)用，在工程中發(fā)揮著重要的作用。在實際開展道路橋梁實施環(huán)節(jié)中，需要利用沖擊鉆設(shè)備，并且結(jié)合卷揚(yáng)設(shè)備共同開展項目施工相關(guān)作業(yè)，在使用沖擊鉆設(shè)備進(jìn)行鉆孔施工操作時，設(shè)備應(yīng)該始終保證提升鉆頭區(qū)域，并且利用自動下落等技術(shù)模式，致使沖擊鉆設(shè)備的鉆頭區(qū)域可以以垂直運(yùn)動方向進(jìn)入土層結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而充分發(fā)揮出較大的沖擊作用，保證孔洞可以順利鉆取。同時在設(shè)備操作整個流程中，會產(chǎn)生大量的殘渣和廢物，使用沖擊鉆設(shè)備可以保證以上物質(zhì)在壓力的作用下，準(zhǔn)確地落進(jìn)空洞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，最終通過泥漿循環(huán)的途徑排出來。沖擊鉆在不斷鉆進(jìn)的過程中，要結(jié)合地質(zhì)層的實際狀況，對各類鉆頭進(jìn)行針對性選取，如可將管形鉆頭用于砂礫石結(jié)構(gòu)土層、十字形鉆頭用于碎石類土層。

3.2.3.1 施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

想要在巖溶地區(qū)開展橋梁樁基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)，其沖擊鉆設(shè)備正式開始施工之前，需要按照回轉(zhuǎn)鉆頭的使用需求準(zhǔn)備相應(yīng)的施工條件，同時還需要在施工區(qū)域一側(cè)挖掘廢渣溝渠。有巖溶的鉆孔樁在施工前，提前備10～20m3粘土混合料、附近的片石，片石比例在70%以上。針對軟土或淤泥質(zhì)土墩位當(dāng)?shù)叵麓嬖谳^大溶洞時，準(zhǔn)備I22 工字鋼9 米1 到2 根，鉆孔時支墊在樁機(jī)下面，避免鉆孔時出現(xiàn)塌孔傾倒等情況。每項工程施工之前，提前準(zhǔn)備2～4 米/節(jié)鋼護(hù)筒，備個別鉆孔樁施工時使用。在場地準(zhǔn)備上，需要“三通一平”，軟地基上填片石確保強(qiáng)度與穩(wěn)定性，避免施工中出現(xiàn)坍塌、傾倒等情況，于操作平臺四周設(shè)置好科學(xué)的排水溝，一旦出現(xiàn)漏漿（樁孔），可立即進(jìn)行補(bǔ)救。在機(jī)械準(zhǔn)備上，需要至少1 臺裝載機(jī)、挖機(jī)，運(yùn)輸車，一旦發(fā)生漏漿，迅速采用粘土、片石回填入孔等操作。2 臺D220 型泥漿泵/每臺鉆機(jī)，備用。

3.2.3.2 沖擊鉆就位

在整個沖擊鉆使用之前需要保證設(shè)備就位，需要針對立樁位置進(jìn)行重復(fù)審核，等待設(shè)備就位之后需要同時建立鉆孔立架，進(jìn)一步拉伸好風(fēng)纜繩索，而在設(shè)備施工期間應(yīng)該格外關(guān)注鉆機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，進(jìn)一步確保吊鉤以及護(hù)筒的中心可以兩點(diǎn)一線。

3.2.3.3 孔洞鉆取

確保為鉆孔機(jī)施工搭建平臺穩(wěn)固，避免施工中出現(xiàn)傾倒等情況，若溶洞較大，埋深相對較淺，需要安放I22 工字鋼（9m），確保施工時鉆機(jī)不會掉進(jìn)孔內(nèi)、孔樁不會出現(xiàn)塌孔。根據(jù)施工中溶洞情況，準(zhǔn)備PO42.5 水泥、粘土、片石，1.5 倍備料，袋裝水泥離地面不小于40cm 架空存放，上面加蓋篷布。待一切準(zhǔn)備就緒后，開始施工，使用小沖程進(jìn)行巖溶地層施工，便于鉆頭對鉆屑和片石、粘土各層沖擊，擠密孔壁，降低掉鉆、卡鉆、斜孔、坍孔等事故發(fā)生。當(dāng)溶洞頂板被擊穿后，增加泥漿供應(yīng)，按照3：7（填粘土：片石），將片石填充到孔口，繼續(xù)鉆進(jìn)，填孔時所用石料直徑控制在30cm～40cm，按照片石混合物→鉆孔→填粘土、鉆孔→填粘土等流程進(jìn)行鉆孔操作。孔洞鉆取之前應(yīng)該在孔洞內(nèi)部灌注泥漿物質(zhì)，并且根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效控制和管理好泥漿物質(zhì)的各個項目參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)而在一般地層結(jié)構(gòu)中，其相對密度需要保證在1.1-1.2，基礎(chǔ)粘合程度為18-24pas，而在易塌地層結(jié)構(gòu)中，其相對密度為1.2-1.4，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)黏度為22-30 pas，如表5，泥漿參數(shù)比例。設(shè)備鉆取時如果遇到水位較高的地勢結(jié)構(gòu)，則會導(dǎo)致孔洞內(nèi)部水位快速提高，此時需要將黏土物質(zhì)直接放入孔洞中，并且使用沖擊錐頭反復(fù)沖擊泥漿物質(zhì)，為后續(xù)施工提供必要條件。

表5 泥漿參數(shù)比例

3.2.3.4 孔洞鉆進(jìn)

在沖擊程度控制方面上，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件規(guī)定沖擊程度，所以一般實施構(gòu)成中如果需要通過堅硬的巖石結(jié)構(gòu)層，或者卵石結(jié)構(gòu)層，則需要使用100mm 的大型沖程設(shè)備，而針對土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對比較松散土質(zhì)層時，比如：沙石、含沙比例較大的卵石結(jié)構(gòu)層等。則一般需要使用75cm 的中性沖程設(shè)備，并且在設(shè)備沖擊流程中，需要增加泥漿整體粘稠程度，并且設(shè)備需要反復(fù)進(jìn)行沖擊致使孔洞內(nèi)部堅實。但是如果設(shè)備的基礎(chǔ)沖程過大，那么會對孔洞內(nèi)壁產(chǎn)生極大的振動現(xiàn)狀，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌。為此在通過高壓液體處理黏土結(jié)構(gòu)時，一般使用中度沖程模式。除此之外，在進(jìn)孔操作時，還需要時刻關(guān)注鋼絲繩的放松長度，針對常見的土層結(jié)構(gòu)一般需要放松鋼絲繩5～8cm左右，而在土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對比較堅硬的結(jié)構(gòu)層，則需要放松鋼絲繩3～5cm 左右。

3.2.3.5 鋼護(hù)筒跟進(jìn)

溶洞頂板擊穿出現(xiàn)漏漿情況后，首先采用片石、拋填粘土混合物進(jìn)行處理，并且同時需要跟進(jìn)鋼護(hù)筒埋設(shè)，采用卷制鋼管（鋼護(hù)筒），1～1.2cm 壁厚，外徑比設(shè)計樁基大20cm，在鋼護(hù)筒頂內(nèi)側(cè)加焊一道加勁箍5cm 左右高，使用吊車吊起護(hù)筒，將鋼護(hù)筒底進(jìn)行定位后，調(diào)整其垂直度，將護(hù)筒下至預(yù)定位置。

結(jié)束語

在當(dāng)前橋梁樁基施工中，在巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)工程中，不可避免遇到特殊地質(zhì)施工問題，希望通過對巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的探討，為后期的設(shè)計以及施工提供一定的借鑒，為同行從業(yè)者提供一定參考。