淺談巖溶地區樁基施工技術

(中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300)

0 引言

廣西地帶巖溶現象普遍存在，巖溶區多表現為溶蝕、溶溝、溶槽或單個小型洞穴，裂隙較為發育等形態，無疑是給橋梁樁基施工增加了難度。根據目前的設計要求，在巖溶地區修建橋梁樁基大多采用灌注樁的施工方法，因其地質的復雜性，對灌注樁的處理有很大的難度，施工時既要保證工程質量，又要滿足工程進度要求，因此處理好巖溶地區的樁基施工，對于整個工程起著至關重要的作用。

1 工程簡介

1.1 工程概況

南寧外環公路工程項目起點為南寧市西鄉塘區安吉互通，終點為良慶區玉洞互通，其中那容互通為南寧外環公路工程與現有柳南高速之間的全互通，K39+999.904跨線橋為上跨柳南高速的互通大橋，為該項目重點橋梁之一，大橋全長207.56 m，共設兩聯。其上部結構為8 m×25 m先簡支后連續的預應力砼小箱梁結構，左幅橋凈寬18.7 m，右幅橋凈寬12.5 m，斜交77度，下部結構橋墩為圓柱式橋墩，橋臺為肋式橋臺，橋墩橋臺樁基孔徑為Φ1.5 m和Φ1.3 m。橋墩臺樁基礎設計均為端承樁，樁端置于完整中風化灰巖中，全橋Φ1.5 m灌注樁35根，Φ1.3 m灌注樁樁20根，樁長為30 m～40 m之間。

1.2 不良地質情況

K39+999.904跨線橋橋位地帶巖溶發育強烈，主要表現為巖溶裂隙、溶槽溶洞，遇洞率為55.8%，最小溶洞垂直深度為0.3 m，最大溶洞垂直深度高達9.8 m，溶洞內部分沒有填充物，部分填充軟流塑狀粘土或細砂；其樁基地質巖層以中風化灰巖為主，巖體完成較硬；地表植被茂盛，覆蓋層為第四系殘坡積層粘土層，地勢開闊平坦，處剝蝕殘丘地貌。

2 樁基成孔方法的研究與確定

目前樁基成孔方法較多，主要以沖擊鉆成孔、旋挖鉆成孔方法為主，再人工挖孔方法等。沖擊鉆成孔適用于孔深50 m以下，孔徑為80～200 cm的多種地質情況，應用范圍廣；旋挖鉆成孔適用于孔深30～100 m，孔徑為80～250 cm的土質地層情況，有一定的局限性；人工挖孔運用靈活，成本低，適用于孔深25 m以下無水或地下水量較小的山區，一般不適用于巖溶地區；在橋梁樁基施工前應充分根據現場地質條件、孔深孔徑、施工成本等情況綜合考慮選擇最合適的成孔方法。

方案的研究比較：①樁長多為30 m以上，且溶洞較大，為確保施工安全不能采用人工挖孔方法。②如采用小扭矩回旋鉆機很難穿越硬質灰巖地層；如采用大扭矩回旋鉆機因自身重量大運輸不便，同時需要配備大型起重設備，不能很好地滿足多處作業點的需求。③如采用沖擊鉆施工具有設備操作簡單，設備安裝轉移快捷，出現機械故障率小等優勢。在施工過程中通過回填黏土、片石能很好地解決硬質巖層傾斜大，出現巖溶等情況，同時在施工中經過不斷沖擊砸實能有效地解決漏漿、塌孔問題。④如需深埋護筒來施工，設備投入大，插打時間長，不經濟。

根據本橋地質條件為硬質巖層為主，且處裂隙較為發育、溶洞情況復雜的巖溶地帶，決定采用淺埋護筒，泥漿正循環沖擊鉆機成孔方法來施工。

3 泥漿的制作

泥漿在樁基施工過程是必不可少的，主要起浮渣和護壁防塌孔作用，一般情況下選用塑性指數大于10的膨脹土或者黏性土制作，但針對不同地質條件，施工時其相對密度應符合《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T50-2011)要求，在巖溶地區樁基成孔施工泥漿極其容易損失，所以泥漿相對密度應取最大值并在施工過程中不斷補充泥漿。

4 溶洞、裂隙問題的解決方法

本工程橋梁地質基巖為中風化灰巖，巖溶發育錯綜復雜，溶洞串數量多達6個，溶洞垂直深度高達9.8 m，溶洞內情況為無填充物的，有半填充物的，有填充物的。

針對本工程溶洞分布廣，施工技術難度大，項目部組織全體人員召開技術方案研討會，對當前存在的巖溶實際情況進行分析研究，最終根據溶洞大小、分布及地質條件確定采用沖擊鉆成孔方法先施工，再根據施工中遇到的具體情況先采用拋投填充物方法施工，后考慮下鋼護筒的方法。

4.1 常規樁基成孔法

溶洞內有填充物時，為軟流塑狀的黏土或者細砂，并且洞內不漏水，不考慮溶洞的存在性按無溶洞情況采用沖擊鉆成孔方法正常施工。

4.2 黏土、片石護壁法

溶洞內有半充填或者無填充時，溶洞垂直深度在3 m以內，且洞內漏水嚴重，護筒內水位高度無法保持穩定時，建議施工技術人員按片石、黏土及整包水泥以1 m3：1 m3：0.7 t的比例進行回填后再沖擊，反復不斷間隔沖擊使漏漿處填充密實水泥初凝形成人工泥石護壁直至不再漏漿，為黏土片石護壁施工法。

采用此方法適用于處理一些小的裂隙、溶溝、溶槽等巖溶現象。

4.3 鋼護筒跟進法

溶洞較大時，溶洞垂直深度在3 m以上且為單層或者多層的溶洞串時，建議施工技術人員采用鋼護筒跟進法施工。也就是邊沖孔邊接高孔內鋼護筒，使孔內鋼護筒最終下沉至孔內溶洞最底位置以確保不漏漿或至孔底。

1)鋼護筒的尺寸確定。鋼護筒長度、內徑、厚度的確定：護筒的長度L=(h+H+0.3) m(h為地勘確定的溶洞深度，H為地面到溶洞頂的距離)；采用單層護筒時，內徑控制在大于樁基直徑8～12 cm范圍之內；采用多層護筒時，最內層護筒內徑控制在大于樁基直徑8～12 cm范圍之內，其外層護筒內徑大于相鄰內側護筒外徑10 cm為宜；為滿足鋼護筒在施工的剛度要求，其厚度宜為8 cm左右，在下鋼護筒之前必須確保鋼護筒尺寸符合要求。

2)鋼護筒的沉放控制。鋼護筒下沉采用沖錘捶打下沉和利用鉆孔時擴孔性能自然下沉相結合方式進行，鉆頭直徑選擇為大鋼護筒外直徑3～5 cm左右。

4.4 使用超前地質鉆，提前注漿處理

由于設計院提供的每根樁基鉆探地質情況柱狀圖與現場實際溶洞情況存在不相符，于是項目部通過研究決定，找勘探單位補充部分地質超前鉆以便得到詳實的地勘情況，超前地質鉆孔位置布置為平面正三角形，每根樁基為3處，根據補充的部分樁基超前鉆詳勘，對與原設計圖地勘嚴重不符的樁基進行了長度加長，有效地避免了溶洞樁基施工的不可確定性，很好地保證了橋梁樁基施工安全，同時對部分漏漿溶洞提前進行注漿使充分填充了裂隙、溶溝及溶槽，做到漏漿溶洞事前控制，注漿時應嚴格控制注漿配合比、注漿壓力、注漿流量3個主要技術參數以保證注漿效果。

5 鉆孔施工質量控制

樁基鉆孔施工重點做好以下幾點控制：①對質量控制應注重預防為主。②嚴把隊伍進場關。③嚴把檢測關。④斜孔處治：早發現早處治。

6 結語

1)巖溶地區樁基施工要制定詳細施工組織設計和應急處理措施，在施工中選派有經驗的技術人員現場指導。

2)應逐樁進行地質鉆探，查明地質狀況，溶洞頂、底板標高，充填物類型，充填物物理特性，為制定溶洞預處理方案，成孔方法及施工措施提供依據。

3)在施工過程中，由于施工方法、處理措施得當，施工進度大大提高，確定巖溶地區樁基施工最佳方案為施工重點，也是工程順利實施的關鍵，同時給類似工程提供參考。