南方巖溶地區橋梁基礎方案比選

黃政，歐陽旺，曹俊益，郭相利，唐文文

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100000）

可溶性巖層受水的化學溶蝕和物理侵蝕作用形成洞穴和溝壑，形成了巖溶地基，巖溶地基對橋梁工程危害極大（王海波，2005），因此，在特殊的巖溶地質環境中，橋梁基礎形式的選擇以及科學的施工過程是保證巖溶地區橋梁施工質量的前提（孫志剛，2009）。

工程隸屬于東黃山國際小鎮基礎設施PPP項目，特殊的項目模式使得該工程可以勘探、設計和施工并行，使項目決策更為靈活。本文以麻川河橋梁工程為例，重點羅列了橋梁基礎方案比選過程以及施工注意事項，為該區域類似的工程提供工程實例借鑒。

1 工程概括

1.1 設計概括

譚家橋鎮位于皖南山區腹地，是黃山的東大門，干子路東西走向，項目西起譚家橋南路，東至濱河路，規劃為城市次干路，全長1938.905 m。擬建橋梁位于干子路東段跨麻川河（圖1），橋梁上部結構為（20+30+30+20）m現澆箱梁。

1.2 地質條件及溶洞分布

擬建工程位于譚家橋山間谷地，巖土層自上而下分別為：人工堆填層、第四紀全新世沖洪積層、寒武紀西陽山組地層、寒武紀荷塘組地層。物探資料顯示，在0#臺基礎埋深 5m～7m，5m～7m、5m～6m 處有連續溶洞分布。

1.3 水文氣候

圖1 擬建橋位置

圖2 測線反演后的電阻率剖面（溶洞分布）

譚家橋鎮地處北亞熱帶濕潤季風氣候區，域內山勢陡峭，溝谷幽深，獨特的地貌使該區域具有明顯的小氣候特征。全年日照時數2000～2300 h，年均日照時數為2163.3 h，平均無霜期為256 d。域內雨水充沛，年降水量1609.8 mm，降雨多集中于春夏汛期，平均年降水日數182d，連續最長雨期為40d。該區域屬于長江流域上游麻川河徑流區，麻川河為域內主要河流，麻川河是黃山區內最大的河流，由黃山風景區南大門的湯嶺諸多溪水匯集而成。途經黃山區的湯口鎮、譚家橋鎮、三口鎮、仙源鎮、新明鄉，綿延49km，后流入太平湖。麻川河水流量與降雨關系密切，春夏季流量大，秋冬季因降水少而流量小。

2 南方巖溶地區橋梁基礎方案比選

在0#臺的溶洞（圖2）被探測出來后，設計單位給出了以下兩種基礎方案。

方案一：擴大基礎方案，該方案考慮到0號臺溶洞埋深較深、范圍大的特點，采用開挖換填的方式將影響范圍內的溶洞全部處理，開挖面49×60 m（順橋×橫橋），挖深6 m。

圖3 0號臺擴大基礎方案

方案二：根據詳勘0號臺基底下有兩層溶洞，基底距離第一層溶洞頂板3.079 m，溶洞深0.3 m，基底距離第二層溶洞頂板4.269 m，溶洞深3 m，此處橋梁基礎形式采用樁基方案，采用護筒跟進方式。溶洞是中風化灰巖，單軸抗壓強度58 MPa，樁基（1.5 m樁徑）入巖不小于2 m，樁長8.7 m。

圖4 0號臺端成樁方案

下部結構方案 擴大基礎 樁基礎適用范圍 地質條件較好 適用于各種地質條件受力特點 形式簡潔，傳力明確 形式簡潔，傳力明確，承載力大，沉降小施工時間 降水和開挖量大，需較長施工時間 與地至條件有關經濟性 造價偏大 造價較低影響范圍 開挖范圍大，影響范圍廣 影響范圍有限

通過對兩種橋梁下部結構方案的適用范圍、受力特點、施工時間、經濟性和影響范圍等5個方面進行對比，最終采用樁基方案，既節省了施工成本，也最大程度推進了施工進度，減小對當地原生環境的影響。

3 圍堰方案的確定

本橋梁工程的2號墩基礎和3號墩基礎需要涉水施工，針對橋梁施工工作面空間有限，干子河水流季節性變化大的特點，橋梁下部結構施工分為兩個階段，相應的圍堰施工也分為兩個階段。第一階段圍堰，為涉水的2#墩擴大基礎和臨時鋼管柱（用于臨時支撐）基礎施工創造條件；第二階段圍堰，在第一階段圍堰基礎之上，保留原圍堰半幅通流，為3#墩擴大基礎和鋼管柱基礎施工創造條件。在保證河道的通流的同時，節約了圍堰施工材料用量，也保證了施工進度。

4 樁基施工技術及注意事項

4.1 影響熔巖地區樁基施工的因素

熔巖地區進行樁基施工，必須對各項影響因素進行逐一分析，確定影響該區域施工的主要因素，進而想成具有針對性的施工工藝。影響因素如下。

①溶洞的發育性。溶洞的發育程度決定了穿越溶洞的方式，在成孔過程中，發育程度高的溶洞易出現鉆孔彎管、夾管或假收錘現象（張豪，2002）。

②地下水位。在穿越溶洞頂板時，地下水位尤其是承壓水位較高會導致孔內部突涌，易發生質量安全事故。

③溶洞內的填充物及性質。溶洞內的填充物流塑性質以及是否有填充物對樁基施工工藝選擇有著重要影響。

4.2 樁基穿越溶洞的處理方式

在不采取相應工程措施的情況下，溶洞頂板被擊穿后，泥漿迅速流失，孔內壓力驟然下降，造成鉆孔塌陷。因此，在成孔時，在傳統的成孔方式基礎之上，還需采取一些必要的輔助處理措施。當溶洞含有填充物時，采用灌砂注漿法；溶洞物填充物時，根據溶洞的高度采取相應的措施，洞高2 m以內時采用回填片石填充成孔；洞高2 m以上時采用全護筒跟進成孔。鋼護筒跟進成孔法。對于大型溶洞，適用全護筒跟進法施工。護筒的剛度用以抵抗成孔孔側壁土壓力，施工過程中護筒與鉆頭并進，直至成孔。

圖5 兩階段圍堰平面圖

①片石回填成孔法。回填片石分為回填片石和粘土以及補漿。在溶洞將要擊穿前的1～2 m范圍內，向孔內回填片石和粘土，小揚程沖擊，將片石和擠壓至孔側壁，如此反復幾次，在溶洞項板以上形成相對穩固的孔側壁，以免擊穿溶洞頂板時，孔側壁土體隨泥漿流失造成坍塌（譚現峰，2006）。在穿越溶洞后，泥漿液面會快速下降，造成孔內失壓，需提前做好補漿的準備工作。

②注漿法。注漿法先進行灌砂處理，后在溶洞范圍內開孔向溶洞內注漿，固結溶洞填充物和砂。固結完成后，在開展成孔、水下混凝土澆筑等一系列工序。

③灌注混凝土擠壓法。該方法適用于樁基穿越洞高較高的樁基施工，向溶洞內容注入水下混凝土，待混凝土達到相應強度后，二次鉆進，先期灌入的混凝土會形成圍護結構，對孔壁形成有效支撐。

4.3 巖溶地區樁基施工注意事項

成樁過程中經常會發生掉鉆、卡鉆、漏漿和樁位偏移等問題。而經過處理的巖溶區域，其成孔方法與普通石層施工相同，本工程采用沖擊鉆成孔，總結出以下施工注意事項。

①動態監控鉆渣情況。在鉆頭入巖以后，每隔0.5m撈取鉆孔的鉆渣與地勘報告進行對比。據此，可判斷鉆頭逼近溶洞的狀況。若鉆渣情況與地勘報告不符，需立即報告設計部門及勘探部門會同解決。

②接近巖溶地段，沖擊時需輕捶慢擊，防止突然擊穿溶洞頂板，出現卡鉆和掉鉆現象。

③提前備好投放材料（水泥、片石和粘土），出現泥漿泄露現象時，向孔內投放粘土、水泥和片石，保持孔內泥漿高度，確保已鉆孔壁穩定。

④實時監測泥漿比重、含砂率和粘度指標，根據鉆進進度，動態調整上述指標。必要的時候，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力。

5 結語

熔巖地區樁基施工具有自身施工特點和難點，在施工過程中，一定要把握其施工特點，綜合分析施工影響因素，確立合適的施工方案。在此基礎之上，在施工過程中，注意施工重點難點，保證施工質量。