復雜巖溶地質中橋梁樁基施工技術研究與應用

彭侃侃

（萍鄉市蘆溪公路事業發展中心，江西 萍鄉337000）

0 引言

橋梁工程施工容易受地質條件影響，尤其是一些復雜的地質條件，對橋梁工程的影響更嚴重。巖溶地質就是一種結構極為復雜的地質條件，受巖溶地質條件影響，地下水具有一定的溶蝕力，其不僅會溶蝕巖石，而且通過流水侵蝕，還會形成潛蝕和沖蝕等一系列問題，容易導致巖溶區域出現塌陷。橋梁樁基是整個橋梁工程的基礎，若橋梁樁基不穩定，將會導致整個橋梁工程發生嚴重的安全事故、出現質量問題。而在復雜的巖溶地質條件下，橋梁樁基出現不穩定問題的概率會增加。因此，在橋梁工程施工中，需要結合復雜巖溶地質的特點，采取行之有效的樁基施工技術，從而提升橋梁樁基的穩定性，為橋梁工程的整體質量提供保障。

1 工程概況

某橋梁工程地處喀斯特地貌區域，全長為360m，橋梁的上部結構屬于裝配式預應力混凝土連續T 梁，橋面寬度達25m，橋梁跨度組合為兩段5×35m，橋墩均為雙主墩。該橋梁樁基為灌注樁基礎結構以及鉆孔灌注樁，樁長分別為10～12m、30～45m。地質方面，由于該橋梁工程地處喀斯特地貌區域，地質條件比較復雜，地層分布從上至下分別為泥土、亞黏土、碎石黏土以及黏土，地下存在地下河和溶洞，地表覆蓋層存在天坑，各層厚度呈不均勻分布，其中，厚度最小為8m，最大為16m。低級巖石成分為石灰巖，石灰巖按形色分為完全風化、強風化、微晶、淺灰色、深灰色、巖溶等類型。地下水屬于第四系沖洪孔隙潛水和裂隙水，水源補給主要源于降水，溶洞水位較低。針對復雜的巖溶地質環境，需要采取有效的橋梁樁基施工技術，提升樁基工程質量，從而保證橋梁工程的整體質量。由于溶洞樁基所處地層中存在厚砂礫層和無砂層，且地下水水位較低，因此該項目采用鉆孔樁與挖孔樁交替應用的施工方案。該項目巖溶地質環境剖面圖見圖1。

圖1 巖溶地質環境剖面圖

2 橋梁樁基成孔施工技術應用

2.1 橋梁樁基成孔施工難點分析

該橋梁工程樁基成孔施工的難點主要有以下三點：第一，成孔施工的難度比較大。因該橋梁工程地處復雜的巖溶地質環境，在開展地質勘探時，對溶洞分布情況、具體走向以及面積大小等信息均難以全面掌握，故在樁基成孔施工時，容易出現漏水跑漿、孔壁坍塌等問題。第二，該樁基工程的清孔難度比較大。由于該橋梁樁基工程中的樁孔較深，所以孔內下部沉渣積累的厚度比較大、清孔難度非常大，若清孔過程中出現失誤，則容易導致樁孔作廢。第三，混凝土灌注的施工難度較大。由于樁孔的深度比較大，所以混凝土灌注高度較大，所需混凝土方量較大，混凝土持續灌注的時間也比較長。而混凝土灌注質量在一定程度上受到時間因素的影響，在混凝土灌注時，對混凝土質量控制的難度較大，必須加強對混凝土的坍落度及灌注速度的管控，否則在灌注過程中容易出現斷樁、流失等情況。

2.2 成孔施工技術的關鍵節點

2.2.1 護壁厚度的設計

成孔施工的關鍵在于對護壁厚度進行合理設計，根據該工程鉆孔深度的要求以及實際的土質環境，在開展大直徑樁孔施工時，需要分段挖土并進行分段護壁，從而保證施工安全。根據該工程的實際情況，對于孔深在6m 以下的樁孔，若樁孔位置的土質比較好，開挖時可以不采取護壁措施，而對于孔深大于6m 的樁孔，則需要加設護壁，且護壁厚度應達到15cm。

2.2.2 樁孔開挖

樁孔開挖要結合工程所在地的巖溶地質環境確定開挖方式，根據該工程的地質情況，應該采取分段開挖模式，若開挖的土層條件較好，可以按照1m 深度進行分段開挖，若開挖的土層條件較差，尤其是巖溶土層，則需按照0.5m 深度進行分段開挖。開挖時無需開展孔壁表面拋光，可以采取人工方式使孔壁凹凸不平，從而提升鉆孔樁與孔壁之間的摩擦力。鉆孔時如果遇到質地比較堅硬的巖石，阻礙了鉆孔進度，可采取淺眼松動爆破法解決此問題。

2.2.3 護壁施工

完成樁孔開挖之后便進入護壁施工環節，由于巖溶地質環境比較復雜，所以該工程選用了外齒型護壁，該護臂的厚度為15cm，材質為鋼混材質，通過攪拌機對混凝土進行攪拌，采取人工澆筑方式，每段分為三塊，使用U 型卡進行拼接。

2.2.4 鉆孔測量控制

完成護壁施工后，需要開展鉆孔測量控制工作。該環節應該對樁位軸線持續校對，保證鉆孔時孔深、截面積以及樁位均滿足設計要求。一般采用地面基線十字網法控制樁位軸線，高程控制測量主要是借助水準基點展開。

2.2.5 溶洞處理

溶洞處理是整個成孔施工工藝中的關鍵，結合復雜的巖溶地質環境，在進行鉆孔灌注樁施工時，需要對鉆孔過程中可能出現的溶洞進行重點處理，這一點是巖溶地質環境與常規地質環境施工的最大區別點。第一，應該對溶洞的安全性進行檢測，主要是檢測溶洞內部是否存在有毒有害氣體。檢測人員進入溶洞前，需要采取一定的保障措施，如使用安全系帶，這樣能夠保證檢測人員在溶洞中實現安全檢測。當開挖深度達到10m 時，為了保證溶洞內部的空氣質量，確保檢測人員能夠正常呼吸，需要通過鼓風設備將外部新鮮空氣吹入其中。一些深度較大，且內部環境比較復雜的溶洞，其檢測環境通常比較危險，所以應做好對溶洞內部空氣的檢測，若檢測出溶洞內部的有毒有害氣體濃度超標，則需要采用專業的防毒裝備開展作業，還要嚴格控制入洞檢測的時間。第二，應該對溶洞開展承壓水檢測，當開挖深度距離溶洞的頂面位置1m 時，可以先鉆取小孔，孔徑10cm 左右即可，然后檢測溶洞內部是否存在承壓水，若存在承壓水，則施工人員和檢測人員必須快速離開檢測的溶洞及其周邊范圍，轉移至地面，當溶洞內部出現的承壓水趨于穩定狀態時，方可繼續開展檢測作業，完成檢測之后繼續進行開挖作業。第三，需要檢測溶洞內部填充物。挖穿溶洞頂蓋之后，需要對溶洞內部的填充物展開全面檢測，若不存在填充物，可抽盡溶洞內部的稀漿和積水，然后通過磚砌將外圈穩定，使之達到穩固的狀態，然后方可立模完成混凝土澆筑。如果溶洞內有填充物，則要先劃分填充物等級，之后采取針對性措施對填充物進行處理，完成處理后方可施工。

若溶洞內部的填充物為軟膠黏土或碎石粉質黏土，可以使用鐵鍬開挖，開挖時需要注意，每開挖1m需要做一次護壁；若填充物屬于中粗砂或粉細砂，應該采取淺進尺和強支護相結合的方法進行挖進，且每挖進20cm 需將

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20 的鋼釬打入其中，從而使其穩固。為了保證鉆孔的穩定性，還要在鋼釬上綁扎草袋，且每節的高度不得大于50cm，更好地發揮鋼釬的防護作用。

2.3 沖擊鉆成孔施工

基于該工程所處的巖溶地質環境，應選擇沖擊鉆鉆孔方式。首先，制備泥漿，并加入0.2%純堿粉，這樣可以提升鉆孔的穩定性。其次，埋設護筒。該工程中使用的護筒為鋼材料護筒，護筒內徑比樁徑大30cm，各節高度為2m，以分節的方式卷制。在此環節，必須充分結合巖溶地質條件確定護筒的埋設深度。若護筒埋深較淺，則需要采取挖埋法施工，同時需要注意，護筒頂面應該比地面高出30cm 以上，以免施工過程中有雜物掉落到孔內或有地表水流入孔內，導致鉆孔質量出現問題。再次，架設鉆機。鉆機支點處應該與孔口保持一定的安全距離，該距離需要通過數學模型結合塌方范圍進行估算。架設鉆機時要借助八字纜風繩栓拉鉆機，鉆機安裝完畢后，保證底座與頂盤之間連接穩固，以免施工時出現位移和沉陷等安全問題。在普通土層中鉆進時，可以采用50/75cm沖擊鉆頭，這樣有助于提升泥漿的密度；在巖溶地質土層中鉆進時，可以采用100～150cm 變化沖程模式，同時要準備充足的黏土、片石和水泥，以備不時之需，然后逐漸穿透洞頂，以免發生卡鉆問題。最后，需要處理溶洞，鉆穿溶洞洞頂前，需要由專人觀察護筒內部的泥漿面，若出現泥漿下降現象，需要立即補充泥漿，然后依照溶洞規格快速補充黏土和片石，直至徹底解決溶洞泥漿漏失問題，然后再開展常規的鉆進操作，采取常規鉆進和特殊處理相結合的施工方式，將溶洞頂部逐漸鉆穿。

溶洞洞頂鉆穿之后，需要根據溶洞內部的填充物選用針對性的鉆進方式，確保鉆進施工的安全性。對于小型及多層溶洞，可填充低標號的混凝土，然后鉆進，對于大型溶洞（標高3～5m）則需要采取特殊工藝加以處理。第一，應準備充足的片石和黏土，并配置中型裝載機，若發生漏漿問題，需要將準備好的片石和黏土快速鏟起進行填充，并向其中補水。第二，在接近洞頂時，通過小沖程擊穿溶洞頂板，同時持續將片石和黏土填入其中，采取小沖程緩砸方法，使片石和黏土等材料充分融入洞壁，保證孔壁的穩定性，確保施工過程的安全性，然后進行常規鉆進。若溶洞鉆進過程中出現的漏漿現象非常嚴重，則可以在水下開展混凝土灌注施工。水下混凝土灌注施工見圖2。

圖2 水下混凝土灌注施工示意圖

3 橋梁樁基成樁施工技術應用

成孔后便可以開展成樁施工，成樁施工前，需要先做好清孔工作，然后安裝鋼筋籠，最后進行混凝土灌注，具體施工技術如下：

3.1 清孔操作

完成鉆孔操作之后，需要對鉆孔進行清孔處理。第一，需要將事先準備好的1kg 鐵砣懸掛于測量線繩上，然后平穩地將鐵砣置入鉆孔，核查鉆孔深度。第二，采用抽渣筒在鉆孔內部反復開展掏渣操作，直至將孔底淤泥和沉渣徹底清理干凈，若存在密度較大的泥漿，還需使用專用水泵進行泥漿置換，將孔內泥漿的密度控制在1.15～1.25g/cm。第三，將鋼筋籠下放至鉆孔內部，檢測沉渣厚度，若厚度超標則需再次清孔，若厚度達標則可進行下一步施工操作。

3.2 安裝鋼筋籠

清孔操作完成后，便要開展鋼筋籠安裝施工，鋼筋籠安裝需要在短時間內完成。具體來講，需要在保證清孔質量的基礎上，將事先制備好的鋼筋籠快速放置到鉆孔內，同時要將鋼筋籠固定在護筒上，避免混凝土灌注時出現鋼筋籠上浮的問題。為了減少空孔時間、減少灌注過程中產生的沉渣，可采取鋼筋冷壓接頭工藝，縮短鋼筋籠安裝時間。

3.3 混凝土灌注

由于該工程所處的是復雜的巖溶地質環境，所以鋼筋籠安裝完畢后，需要在水下開展混凝土灌注施工。第一，安裝漏斗與導管，并立即開展首車混凝土灌注，首車混凝土的坍塌度可稍大一些，目的在于將管內的水擠壓出來，然后在混凝土2m 下埋設導管。第二，在水下開展混凝土灌注時，需要持續灌注，并且要安排專人監控灌注高度，確保導管埋設深度在2～6m。第三，提升導管時，一定要確保導管居中，避免導管與鋼筋籠發生觸碰，導管提升后其底端應保持埋入混凝土不小于2m，導管拆除時間應該在15min 內。混凝土澆筑面距離鋼筋籠底端10cm 時，應注意放慢混凝土灌注速度，以免混凝土灌注量過多，導致鋼筋籠上浮。第四，混凝土灌注時，若經過巖溶層，則必須將灌注速度放緩，以免壓力驟然增加導致巖溶層孔壁坍塌。第五，混凝土樁灌注完成后，需要保證樁高超出設計值70cm 左右，并在承臺施工之前將超出的部分鑿除。嚴格把控上述各個環節的施工質量，可更好地保證灌注樁施工的整體質量。

4 結語

綜上所述，在巖溶地質環境下，橋梁樁基工程的施工難度比較大，整體施工工藝也比較復雜，需要考慮的方面有很多，若是施工不合理，必然會導致整體橋梁工程質量受到嚴重影響。結合實際工程案例，從成孔施工和成樁施工兩個方面，對巖溶地質環境下的橋梁樁基工程施工技術進行了研究，為同類工程提供參考。