高速公路溶洞樁基施工研究

王進濤

摘 要：本文以某高速公路8-10標段巖溶路段橋梁樁基施工為例，對樁基施工時溶洞處理措施進行了研究，針對不同溶洞樁基的類型及其特點，分類提出解決方案和處置措施，供巖溶路段樁基施工參考。

關鍵詞：高速公路；橋梁；溶洞樁基

1 引言

近年來，隨著我國交通運輸業的快速發展，高速公路建設項目大幅增多。在巖溶發育路段進行橋梁樁基施工時，因地質情況復雜，施工技術難度會顯著增大。為保證巖溶發育路段樁基施工過程中不漏漿、不坍孔，保證樁孔順利成孔、成樁并滿足承載力要求，確保橋梁樁基的施工質量，必須對溶洞進行有效的處理。

2 工程概況

2.1 溶洞概況

湖南省某高速公路8-10標段巖溶發育，經地質勘探，溶洞大致可分為4類，分別是空溶洞、多層溶洞、大型溶洞（H>3m）、有填充物溶洞（全填充、半填充）。類型主要以有填充物溶洞為主，其填充物主要有淤泥質土、砂礫、碎石、卵石、粘土等。溶洞最大高度27m。

2.2 施工難點

由于地質條件較為復雜，如果采用簡單的拋填處理，很難達到預期的效果，特別是一些高度較大的溶洞和串洞層數較多的溶洞無法順利成孔，即使成孔，在后續的樁身混凝土澆筑中，也會由于灌注壓力增大導致跑漿，從而形成廢樁或是劣質樁。

2.3 溶洞處置原則

為確保該橋梁工程溶洞樁基的整體質量，保證施工安全、有序進行，施工時根據地質鉆孔柱狀圖來判別溶洞地層情況、空洞大小、溶洞填充物情況。根據不同的溶洞類型制定相應的處理方案，采用常規泥漿護壁法、鋼護筒跟進加固法、片石回填法、素混凝土回填法、注漿加固法等不同施工工藝。

3 溶洞分類處置措施

3.1 常規成孔法

溶洞填充物是可塑或軟塑的亞粘土，洞內土質和洞外土質無明顯差別，且溶洞不漏水時，可不考慮溶洞的存在，按正常地質情況采用沖擊鉆成孔施工。

3.2 鋼護筒跟進加固法

對于大型溶洞（H>3m）、無填充溶洞、半填沖溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時，可采用鋼護筒跟進法，一面沖孔，一面接鋼護筒，并將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內。施工過程中，護筒長度L按下式確定：L=（ H+h），其中H為溶洞高度，h為溶洞頂至地面再加30cm。護筒內徑大于樁徑10cm，沖擊鉆成孔時，鉆頭直徑大于護筒外徑3-5cm，當沖擊穿過溶洞頂部時反復提升沖錘，在溶洞頂部厚度范圍上下慢放輕提，至沖錘不明顯受阻時用放入護筒并沉至孔底，必要時用振動錘下沉。護筒到位后鉆頭改為滿足成孔要求的直徑正常鉆進。

3.3 片石回填法

當溶洞較小（H<3m）， 無填充物或半填充時，可采用片石回填法處理。初始階段先采用正常成孔方法施工，當鉆穿溶洞漏漿時，反復投入黃土和片石，利用鉆頭沖擊將黃土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，回填至溶洞頂板以上1米處。為增大孔壁的自穩能力，施工過程中還可摻入粘土、水泥和鋸末。經試驗，片石與粘土的比例宜為3：7，摻加水泥時，其比例為每米100kg，摻加鋸末時，比例掌握在粘土的10%。施工時根據地勘資料，在接近溶洞時勤觀察、勤檢查，憑手握沖擊主繩的手感，沖擊巖層的響聲，抽取的巖樣來判斷是否接近巖溶地層，發現漏漿及時處理。

3.4 素混凝土回填法

采取正常成孔方法施工，當鉆穿溶洞漏漿時填入低標號混凝土至溶洞頂板以下50cm，回填混凝土達到強度后繼續采用沖擊鉆成孔。為盡快提高混凝土強度，節約施工時間，可在混凝土中添加一定數量的早強劑。本法適用于中、小溶洞，有無填充物均可。施工方法簡單，但造價相對較高。

3.5 注漿加固法

通過對照地質柱狀圖，對樁基穿過的溶洞進行注漿填充和加固。多適用于小型（H<1m）或多層溶洞（多層串珠狀小溶洞），也可用于各種有填充物的溶洞，填充效果較好，但造價較高。首先根據地質資料找出最大溶洞，如溶洞為連通溶洞，只需對其中最大的溶洞進行注漿。注漿壓力和速度經試驗確定，壓力一般控制在0.5-1.0MPa，注漿速度宜為15-20L/min，使漿液滲透到填充物內，充分固結，滲透直徑不小于3.0米，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結體。注漿時注漿管必須插入填充物底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據注漿速度確定，將滲透半徑控制在允許范圍內。為防止漿液流失太遠造成浪費，可采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液與砂（或碎石）初步達到膠結后再注漿，循環注漿多次，直至達到規定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個孔后，繼續對其余孔進行注漿，后注漿壓力必須調高，最后封孔。注漿完成，待溶洞完全填充且強度達到要求后方可進行樁基施工。

4 橋梁樁基溶洞施工流程和技術

4.1 橋梁樁基溶洞的施工準備

因施工區間巖溶發育，地質構造復雜，需要施工前做好地勘，充分收集地質資料，采用一樁一鉆的施工方式，對每根樁進行鉆探測量，明確樁位下是否存在溶洞以及溶洞的具體情況，最大限度確保樁基的結構穩定。其次，要做好施工地段的安全防護措施和物料準備工作，在地面上鋪設鋼架網用以放置鉆孔設備，保證鉆孔設備運行正常；準備充足的片石、水泥、粘土、鋸末等堵塞料以及泥漿原料。

4.2 鋼護筒施工

首先，測量選定開孔護筒位置，將其埋入地下1m深處，并用振動打樁機對護筒持續施加作用力，將護筒安裝導向架打入至巖層的0.5m深處；其次，用沖擊鉆進行持續的鉆孔作業，直至其鉆頭距離護筒0.5m左右時，打入內護筒；最后，重復之前的沖擊鉆孔過程，當進行到最底層溶洞底面的0.5m處時，對護筒進行套箍處理。在整個施工過程中，一旦出現漏漿、塌孔等不良工況，需要根據具體情況及時分類處理。

4.3 鉆孔

鉆孔時要嚴格控制鉆孔泥漿的比重，注意保持孔內水頭，同時要及時測量鉆孔垂直度和鉆孔進尺。在即將抵達溶洞位置時適當減慢鉆進速度，鉆進到溶洞部分后，根據溶洞類型采取不同的處置方案，進行妥善處置后方可繼續鉆進至成孔。

4.4 內護筒切割

內護筒的切割工作應該由具備潛水能力的專業技術人員進行實施，并在施工人員下水前進行反循環式的清孔處理，確保施工安全。為了最大限度保證施工質量和操作順暢，要采用自下而上的切割方法。

4.5 清孔和吊裝鋼筋籠

在內護筒切割完工后，需要即刻跟進清孔工作。在孔內泥漿清除至比重低于1.1的時候，就可以進行鋼筋籠吊裝施工，采用閃光對焊或者雙面幫條焊的方法對鋼筋籠進行接長，并保證接頭面積和接頭距離滿足規范要求。

4.6 搭建混凝土澆筑平臺

施工人員應該根據施工現場具體情況搭建混凝土澆筑平臺，并利用平臺進行導管的氣密性和抗拉試驗。導管安裝完成后，保持其下端至孔底的距離在0.3-0.5m。

4.7 灌注水下混凝土

再次測量孔底的沉淀厚度和泥漿比重，如不滿足要求，則進行二次清孔，直至孔底沉淀厚度和泥漿比重符合規范要求。

在水下混凝土澆筑過程中，要保證混凝土灌注的連續、均勻、緩慢，控制坍落度在19-21cm內，導管埋置深度在2-6m范圍內，可根據施工實際需求適當調整導管埋置深度。

5 結束語

溶洞不良地質對橋梁樁基的施工質量具有重大影響，施工時必須選擇合適的處置方案，加強施工技術的改造和升級，做好施工全過程質量控制，確保施工安全、質量和進度，增強橋梁工程的整體運行價值。

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