巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術

譚勇

（湖南路橋建設集團有限責任公司，長沙 410000）

1 引言

大跨度橋梁是連接江河海灣兩岸的關鍵，通過大跨度橋梁的施工，為兩岸人們交流提供了便利[1]。大跨度橋梁施工過程較為復雜，確定與不確定性因素會影響施工質量與施工安全性。大跨度橋梁主要分為斜拉橋、懸索橋、連續梁橋以及拱橋4種。其中，斜拉橋是大跨度橋梁的主要類型，跨度較長，通行車輛較多[2-3]。在跨越江河峽谷等不易修建樁基的位置時，往往會采用斜拉橋，利用其橋面承力體系，保證橋梁的抗壓性能。

在巖溶地區進行大跨度橋梁施工時，橋梁樁基下方經常出現溶洞。當水位變化較大時，溶洞周圍的應力狀態會出現變化，影響橋梁樁基的穩定性，嚴重影響橋梁施工質量[4]。因此，本文研究了巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術，旨在為大跨度橋梁的安全施工提供建議。

2 巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術

2.1 分析溶洞發育情況

溶洞的基礎物質是可溶性巖石，水質條件是溶洞的媒介，兩種物質共同存在時，才會形成溶洞。因此，在分析溶洞發育情況時，可以從兩方面來分析，一方面是通過地下水活動來分析；另一方面是通過溶洞中有無填充物來分析[5]。當水位變化較大或者出現承壓水時，溶洞周圍的應力狀態就會出現變化，影響橋梁樁基的穩定性。同時，在溶洞中如果出現軟流塑性土、煤渣、巖石等充填物質，以上填充物會為溶洞內壁提供一定的徑向應力，會改變溶洞的應力穩定狀態。當同時出現承壓水與填充物時，即可證明溶洞發育良好。

為了進一步分析橋梁施工的可行性，溶洞需要現場勘查，通過分析該地區的巖溶狀態、規模、密度，以及空間分布規律等，得出溶洞的位置、高程、尺寸、延伸方向等條件。具體勘查過程如圖1所示。

圖1 溶洞勘查流程

在進行現場勘查時，需要按照施工要求勘查，結合當地的地貌發展史、溶洞所處位置，以及水文條件等，充分分析溶洞可能存在的填充物。采用鉆探勘查的方式，進行清孔勘查，得出巖洞發育情況，進而完成一次勘查。

2.2 處理溶洞頂板與填充物

在了解到溶洞中的基本情況之后，首先對溶洞頂板進行處理。溶洞頂板是橋梁施工穩定性與質量的關鍵因素，在處理過程中，需要將頂板擊穿。當溶洞中不存在填充物時，頂板的處理時，需要進行科學測量，并對每一個位置進行精準地計算，再利用吊車固定樁基，最大限度地保證樁基的穩定性[6]。溶洞頂板與填充物處理結構圖如圖2所示。

圖2 溶洞頂板與填充物處理結構圖

當溶洞中存在填充物時，需要分為兩方面處理，一方面是填充物處理，另一方面是頂板處理。填充物的處理過程較為復雜，需要將溶洞中填充物的狀態進行分析，如果填充物已經充滿了整個溶洞，則需要進行開孔作業，向孔內投入黏土，將內部填充物固定，進而提高溶洞填充物的密度。當溶洞中不存在填充物時，則需要向孔內投入黏土、混凝土、片石等物質進行填充，保證溶洞內密度。當溶洞填充物處理完成后，則可進行頂板處理。

2.3 實現巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞的安全處理

為了實現巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞的安全處理，確定溶洞發育情況至關重要，只有了解到溶洞內部情況，才能更好地處理填充物與頂板。對于小型溶洞與多層溶洞而言，可以采用挖孔的形式進行；對于大型巖洞而言，挖孔的形式強度不足，很難將溶洞填充滿，影響橋梁樁基施工效果。因此，大型溶洞處理需要施工沖擊鉆，并準備好大量的片石與黏土，直接施工裝載機進行溶洞填充處理。在接近洞頂的區域時，可以施工挖孔的形式進行，使溶洞處理安全性得到保證。

3 實例分析

3.1 工程概況

為了驗證本文設計的技術是否具有實用價值，本文以某大跨度橋梁工程為例，對設計技術進行實例分析驗證。該大跨度橋梁工程是某市高速公路的一段，具有連接市區的功能。該橋梁總長度約204.32 m，線路樁號為K37+583.52～K40+608.43。大跨度橋梁下的地質條件屬于巖溶平原，場地相對平整，地面標高約29.42m。具體施工示意圖如圖3所示。

圖3 大跨度橋梁施工示意圖

如圖3所示，在進行大跨度橋梁工程施工之前，施工人員在該區域布設了6個鉆孔，鉆孔的標號為ZM_Y_1～6。其中，在ZM_Y_3孔的-35.12～30.02 m處發現一個溶洞，其中存在煤渣、黏土、灰巖碎塊等充填物。該巖洞距離樁端約5.32 m，縱向深度較大，如圖4所示。如圖4所示，巖洞內巖石發育完整，溶洞、溶槽陡坎已形成臨空面，對于該大跨度橋梁樁基的長期穩定性不利。因此，亟須進行溶洞處理。在溶洞處理后，需要進行危險性評估計算，計算公式如式（1）：

圖4 巖洞情況

式中，Ahazard為危險性評估指標；Hcon為施工危險；Mni為危險處理指標；Frisk為危險系數。在計算出危險性評估指標后，即可了解溶洞處理效果。

3.2 應用結果

本文在上述條件下，選取出大跨度橋梁施工可能出現的斜拉索、主梁、索塔、橋面鋪裝、吊索及索夾、抽濕系統、防雷排空系統、主塔，以及立柱、吊桿與系桿等危險部位，利用式（1）計算出溶洞處理技術處理后的危險性評估指標。一般情況下，危險性評估指標與處理技術的處理效果成反比，即危險性評估指標越高，證明溶洞處理效果越佳；危險性評估指標越低，證明溶洞處理技術越差。在施工危險條件一致的情況下，危險性評估指標超過0.850，才能保證施工安全性。將傳統處理技術處理后的危險性評估指標，與本文設計技術處理后的危險性評估指標進行對比，具體結果如表1所示。

表1 應用結果

如表1所示，傳統巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術處理后的危險性評估指標較低，主梁與橋面鋪裝的危險性評估指標低于0.850，危險性較高；其他危險性因素也僅僅達到合格標準，對于突發狀況的處理效果不佳。使用傳統巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術處理巖洞后，仍存在較多的不確定性因素，影響最終施工效果。而本文設計的巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術處理后的危險性評估指標普遍較高，均高于0.995，甚至索塔與主塔的危險性評估指標達到了1.000，施工安全性較高，其余施工危險同樣遠遠高于0.850的合格指標。因此，本文設計的巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術，溶洞處理效果較好，施工安全性可以得到保證，符合本文研究目的。

4 結語

近年來，我國交通事業發展較為迅速，越來越多的公路與橋梁開始修建，為人們的生活與出行提供了便捷條件。大跨度橋梁是跨越江河海峽的關鍵，施工難度較大，施工質量至關重要。由于大跨度橋梁在水上構建，在巖溶地區的樁基位置很容易出現巖洞，影響橋梁構建的穩定性。因此，本文研究巖溶地區大跨度橋梁施工溶洞處理技術。通過分析溶洞發育情況，找出需要處理的頂板與填充物，進而實現大跨度橋梁施工溶洞的安全處理。并采用實例分析的方式，得出該處理技術的危險性更低，可以安全地處理溶洞。通過以上研究，旨在提高溶洞處理效果，為大跨度橋梁的安全施工提供保障。