基于巖溶復雜地質的高速高速公路橋梁樁基施工技術研究

黃建平

（中交四公局第二工程有限公司， 北京 100000）

0 前言

路橋施工環境特殊，特別是巖溶山區地質條件較差，對施工技術和工藝要求很高，必須提前進行現場全面勘察，掌握巖溶山區地質地形特征，然后制定科學可行的施工方案，以確保樁基施工的可靠性，避免質量隱患的遺留。針對復雜地質結構，施工單位應把樁基施工管理作為重點，確保所有技術作業都能嚴格按照專業規范進行，減少施工變更，提高工程建設的綜合效益。

1 巖溶山區復雜的地質特點

為了適應社會經濟發展的需要，我國高速高速公路在不斷建設中日趨完善，但由于所面臨的地理環境不同，相應的施工技術和工藝也不同，需要根據現場的實際情況，制定出具有可行性高的施工方案，配以適當的施工技術，不但可以降低施工難度，而且可以減少出現的施工問題。由于地質條件的特殊性，在面對熔巖山區環境施工時，主要是由硫酸鹽、鹵化物、碳酸鹽等可溶巖石產生化學溶蝕反應，在發展強烈的地區，甚至存在著大型地下暗河、廊道和大型地下溶洞，對高速公路橋梁樁基的影響很大。為了保證施工活動的正常進行，需要提前進行綜合地質勘察，查明地質實際情況，根據巖溶表現出的復雜多變的特征，提前做好準備，預測可能的施工問題，制定各種防范措施，為后續施工作業的開展提供保障，減少外界各種因素對施工作業的干擾，提高高速公路橋梁樁基施工的綜合效果。

2 巖溶山區橋梁樁基施工常見問題

2.1 樁基塌孔

高速公路橋梁樁基施工中，由于山區巖溶地質的特點，容易發生塌孔現象，造成后續灌注作業無法進行，延誤工期，增加工程造價。造成這一問題的主要原因是：巖溶連通性差，覆蓋層流塑性強，加劇了孔內漿液流失的問題；即使采取補漿措施，仍會出現孔內液面高度不達標的問題，產生壓差，最終導致鉆孔塌陷。為了避免這類問題，需要在施工前根據勘察結果確定施工步驟，從外圍樁逐步過渡到中間樁。同時，為提高孔壁結構穩定性，應選擇比設計樁徑大、最終達到基巖以下深度的鉆頭，再安裝鋼套。分析工程施工要求，配以相應砂漿，并在套筒外側利黃土填實，可有效地防止由于漿液流失而導致的塌孔。此外，還需事先設計好防滲措施，發現滲漏通道后，要及時封堵，特別是穿越鈣質礫巖裂隙地帶時，可采用泥球錘擊，保證無漏漿問題，可按設計方案施工。

2.2 地下水涌出

由于前期勘察不準確、地下水位相關信息掌握不全面，在巖溶樁基施工過程中常常會出現涌水現象，增加了現場施工的難度。許多工程因承壓水引起巖溶樁底大量涌水，降低了施工的安全性。如遇地下水溶洞，需再次對比現場情況，對施工方案進行調整修改，以確保施工方案具有較強的可行性和科學性，再以此為施工指導，確保每一個細節的實施規范。遇有體積小，但水位淺，水流穩定的溶洞，可采用拋石措施處理，條件允許時，可采用適量的碎石土和水泥，增加溶洞周圍片石和泥漿的緊密度，使地下水流連通速度，減少對樁基施工的影響。

2.3 鉆孔彎管

在基樁基礎施工過程中，同時也是容易出現質量問題的階段。假使巖溶發育過快，在實際施工中易發生彎管、夾管等現象，其安全性和穩定性較低。而且，許多單位在施工過程中，會遇到原巖層不平衡，造成地面變形、地層塌陷和涌水，不僅增加了施工難度，而且還容易引發安全事故。如遇地下水流速度快的溶洞，為了保證溶洞內水位的穩定性，可采用內層鋼護筒下沉法處理。當水流通過洞口頂部時，可用鋼絲等材料綁扎，避免對內護筒產生影響，再用吊車將內護筒轉移到洞口底部，最后用監測器檢測內護筒是否到達洞口底部。若鉆孔后發現水位下降，則需反復加漿，控制水位，使泥漿處于穩定狀態，判斷洞穴中是否有地下水。若洞穴灌注所需泥漿不足，且位置不斷變化，則可確定洞穴中存有地下水，需采用相應技術施工，最大限度排除地下水對樁基施工的影響。

3 挖孔樁成孔施工技術

3.1 護壁厚度設計

在挖孔樁施工過程中，考慮到工程對鉆孔深度的要求，需要采用分段開挖的方法，分段護壁處理，以進一步提高挖孔樁施工過程的安全穩定性。對小于6 m 的孔徑，由于土質條件較好，可在不設護壁的情況下進行開挖施工；但對大于6 m 的孔徑，在施工過程中應適當設置護壁，并適當控制護壁厚度約15 cm。

3.2 樁孔開挖

結合巖溶地質環境特點，確定采用分段開挖的方法進行工程施工。在地質條件較好的地區，為1 m 一段，在巖溶地區為0.5 m 一段。施工過程中不需要對孔壁進行拋光處理，采用人工處理方法，保證了孔壁的平整度。在鉆孔施工過程中，遇到堅硬巖石時，可采用淺眼松動爆破法，繼續進行挖掘施工。

3.3 護壁的施工

結合巖溶地質環境特點，采用15 cm 等厚鋼筋混凝土外護壁，采用人工澆筑方基樁及樁位軸線，保證孔位及孔深均符合設計要求。

3.4 鉆孔的測量控制

在進行鉆孔施工時，隨時對樁位軸進行校核，確保樁位、截面積和孔深均符合工程實際設計要求。此外，還需對軸線進行測量控制，通過將控制水準機牽引向上直至護壁頂部，實現高程測量與控制。

3.5 溶洞處理

在巖溶地區進行鉆孔灌樁施工時，必須采取有效措施對溶洞進行處理，具體措施包括以下三個方面。

(1)溶洞的安全處理。檢測洞穴中的有毒氣體，檢測人員進入洞穴時必須戴上安全系帶，并確保安全帶與井口的掛梯之間有足夠牢固的連接，以提高檢測人員在進行洞穴檢測工作時的安全性。在基坑挖深超過10 米時，需采用鼓風裝置不斷向洞內吹入新鮮空氣，保證探測者的呼吸需求。

(2)溶洞的承壓水檢測。在孔徑與溶洞頂面距離為1 米時，應提前鉆取直徑為10 cm 的孔洞，以檢測溶洞內有無承壓水。在有承壓水抽采完畢后，要求施工人員和檢測人員迅速撤離地面，方可繼續進行開挖施工。

(3)溶洞的填充物檢測。挖穿溶洞頂蓋后，檢查溶洞內的填充物，如無填充物，將溶洞內的積水、稀漿抽凈，加固外圈，再進行立模澆筑施工；如溶洞內有填充物，先合理劃分填充物的等級，再對不同等級的填充物采取有效的處理方法，處理完畢后再進行下一步的施工。

4 沖擊鉆鉆孔樁成孔施工技術

4.1 制備泥漿

為改善泥漿穩定性，可在泥漿中加入適量的0.2%堿粉，再采用鋼質材料包扎包扎，進行包扎作業，包扎包扎內徑需大于樁徑0.3 m，采用分解卷扎，并根據巖溶地質環境選擇科學、合理的包扎方案，如對包扎深度較淺的包扎可采用挖埋法。此外，為了避免施工過程中雜物落到鉆孔里，造成鉆孔質量問題，還需對護筒的頂面進行控制，使其高度高于地面0.3 米。

4.2 架設鉆機

當設置鉆機的支座位置時，盡量設置在原則孔的位置，然后采"八"字形纜風繩栓拉鉆機，以確保其安裝足夠平滑，避免在具體施工過程中發生位移或沉降現象。

4.3 鉆進作業

對于一般的土層鉆孔施工，為了有效地提高泥漿濃度，可選用50/75 cm的沖孔鉆。在進行巖溶層鉆孔施工時，為保證洞室頂部被擊穿，避免卡鉆問題的發生，可采用在100～150 cm 范圍內改變沖程的方式進行鉆孔施工，同時也要準備水泥、石塊和粘土等施工材料。

4.4 溶洞處理

鉆穿溶洞頂板前，需調配專業人員，實時觀察護筒內泥漿面情況，一旦護筒內泥漿面出現下降趨勢，應及時補充。鉆孔頂板后，由于孔內充填情況不確定，必須先確定孔內充填情況，再選擇最合理的充填處理方式。如對小、多層溶洞，可采用低標號混凝土填充溶洞，然后進行鉆孔施工，對大、中型溶洞，應根據實際情況選用特殊的處理工藝進行處理。

5 工程灌注樁成樁施工技術

5.1 清孔

鉆完后必須進行清孔，清孔工作完成后，即可進行灌注樁的成樁施工。先用鋼絲掛重約1 kg 的鐵炮檢查井眼深度，然后在井眼底部設置一道活門式網抽渣筒，反復對井眼進行掏渣，徹底清除井眼底部的泥沙和沉渣；鋼筋下垂后，需復打沉渣厚度，一旦發現沉渣厚度超標，則需重新進行清孔作業，直至達到工程規范要求。

5.2 安裝鋼筋籠

清理完畢后，立即安裝鋼筋籠。具體地說，清孔工作結束后，必須對清孔質量進行檢測，如果清孔質量合格，則應及時將鋼筋籠放入鉆孔，再與護筒連接，以避免在混凝土灌注施工過程中鋼筋籠上浮的現象。為有效地縮短鋼筋籠的安裝時間，可采用鋼筋籠套筒擠出連接工藝進行鋼筋籠的安裝施工。

5.3 灌注混凝土

鋼筋籠安裝完畢后，即可進行混凝土灌注施工，具體而言，混凝土灌注施工可分為以下五個步驟進行。

(1)漏斗和管道安裝完成后，應立即進行一次混凝土灌注施工。一般而言，第一車混凝土的坍塌將比較大，因此需要在2 米以下埋入導管。

(2)灌注混凝土的過程必須是連續的，并由專業人員負責監測混凝土的灌注高度；此外，還必須確保管道埋置深度為2～6 米。

(3)提升導管時，為避免接觸鋼筋籠，必須保證導管在提升過程中處于中間位置，導管提升后的埋深程度也要保證在2 米以上；此外，還需嚴格控制導管的拆除時間，盡量保證在15 min 內完成。

(4)在巖溶地層附近進行混凝土灌注施工時，需適當放慢混凝土灌注速度，以避免巖溶地層中壓力驟增導致孔壁塌陷。

(5)控制完成灌注的混凝土樁應比設計高度高出約70 cm，將多出部分鑿開，以提高混凝土灌注的整體質量。

6 高速公路橋梁樁基施工技術控制要點

6.1 提前現場勘察

事先的現場勘測是高速公路橋梁樁基施工中需要進行的準備工作。它可以預先確定熔巖區的地質特征，為施工計劃的設計提供依據，并確保后續的施工作業能夠順利進行。高速公路橋梁樁基的施工需要以調查結果為指導，以確保橋墩基礎設計結果的科學性。其中，重點是熔巖的分布和發育。對于發育程度相對較低的巖溶洞穴，應采用一橋墩一孔的施工方法。對于發育程度高，強度高的巖溶洞穴，可以采用一樁一孔的施工方法。無論采用哪種處理方法，都必須確保鉆孔深度的合理性，該深度應不小于溶洞所形成的地層深度，以確保樁基施工結果的穩定性和可靠性。同時，有必要在施工前確定巖溶洞穴的穩定性，以確定其是否會干擾施工過程。因此，有必要在調查階段對巖溶洞穴的狀況進行調查和確認，并掌握頂板厚度，巖石性質，節理裂縫信息。并結合周圍環境和地下水分布特點，對施工方案進行了調整，以保證合理的樁深，提高了施工方案的可行性。

6.2 施工技術要點

6.2.1 挖孔樁

當遇到發育強度低的熔巖區時，為了減少施工難度，必須嚴格按照設計方案施工，不能隨意變更工序。通常的施工流程是：現場整理、測量放樣、開挖井口、井口混凝土澆筑、挖開一節樁孔、支模及護壁混凝土澆筑、檢查樁體標高及軸線、吊裝設備、挖開二節樁孔、拆掉一節及二節樁模及護壁混凝土澆筑。所有工序結束后，應檢查樁身高度是否滿足設計要求。

6.2.2 開挖樁孔

在挖孔樁作業中，樁節長度可確定為1 米，對于需要穿過軟土的樁節長度可調整為0.5 米。為了控制好孔壁的平整度，在整個樁孔開挖過程中，必須始終保持樁身的凹凸狀態，以提高樁身的摩擦力。若地下有硬巖，且開挖作業難度較大，則根據現場情況決定是否采用淺眼松動爆破法進行開挖施工。

6.2.3 護壁處理

可選用C25 鋼筋混凝土處理樁位護壁，采用機械攪拌方式保證保持較高的均勻性，并將其吊運至作業現場，采用人工澆筑的方法施工。此外，還可選用國產鋼制模板作護壁模板，每三塊組裝成一個模板，可采用U 型卡板進行連接處理以提高穩定性。通過循環澆注施工，改善護壁處理效果。

6.2.4 灌注樁施工

成孔后進行全面清孔處理，然后安裝預先綁扎的鋼筋籠，采用水下灌注法作業，控制好澆筑速度，全程避免鋼筋籠上浮。為提高灌注樁施工質量，進行了連續澆筑作業處理。

7 結束語

為了對巖溶地區高速公路橋梁樁基施工作業進行分析，需要確定地質地形條件特征，對現場有一個大致的了解，然后確定施工方案，完成施工設計，為下一步各階段技術實施提供指導，提高施工規范，確保施工效果達到設計要求。