復雜巖溶區(qū)高速公路橋梁樁基溶洞處理技術(shù)研究

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1 引言

中國是一個巖溶大國，巖溶面積占國土面積的三分之一［1］，因此在我國高速公路橋梁樁基施工過程中常會遇到各種各樣的巖溶地質(zhì)情況。巖溶地區(qū)樁基溶洞處理效果的好壞對樁基施工質(zhì)量和施工效率，以及后期運營穩(wěn)定性和安全性有極大的影響［2］。一些學者常根據(jù)現(xiàn)場實際情況提出針對性的溶洞處理技術(shù)，徐軍［3］采用“鋼護筒刃腳靜壓注漿”處理方法對廣東省肇花高速公路北江特大橋主墩56-11 號樁基溶洞進行處理；劉永貴［4］以湖南省郴寧高速公路水龍互通A 匝道1 號橋2#墩1#樁基施工過程中溶洞處理為例，闡述了分級帷幕注漿和分級下鋼護筒的溶洞處理方法；張廣春［5］結(jié)合廣東省廣樂高速第T30 合同段拼寬橋ZK41-1 樁基溶洞處理的工程實例，介紹了鋼護筒跟進法在巖溶地區(qū)樁基施工中的應用。

本文系統(tǒng)總結(jié)了溶洞對橋梁樁基施工的影響，以及相應的處理措施，并結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實例，探討串珠狀復雜巖溶地質(zhì)條件下溶洞處理措施，為類似復雜地質(zhì)條件下的樁基溶洞處理提供現(xiàn)場經(jīng)驗，旨在提高橋梁樁基施工效率和施工質(zhì)量，減少施工過程中安全事故的發(fā)生。

2 工程概況

巖溶又稱喀斯特，是指可溶性巖石在地表徑流和地下水流的溶蝕和機械破壞作用下形成的一種地貌，其主要表現(xiàn)形式為溶洞［6］。溶洞按洞高可分為小型溶洞（洞高小于3m）、大型溶洞（洞高處于3～9m）、特大型溶洞（洞高大于9m）；按豎向分層可分為單層溶洞和多層溶洞（串珠狀溶洞）。對橋梁樁基工程中的溶洞進行科學分類，總結(jié)不同類型溶洞的特征，對提出針對性的溶洞處理方法具有重要意義［7］。

廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁段共有500 根樁基，其中約200 根樁基將穿越1 個或多個溶洞到達持力層。由前期地質(zhì)勘測資料可知，該巖溶區(qū)小型溶洞居多，大型溶洞次之，特大型溶洞最少，且溶洞多處于半充填狀態(tài)，充填物多為軟-流塑粉質(zhì)粘土夾灰?guī)r碎塊。結(jié)合橋址巖溶統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知橋址區(qū)巖溶發(fā)育強度屬中等發(fā)育。

3 巖溶區(qū)樁基施工常見問題

在巖溶地區(qū)進行橋梁樁基施工時，由于溶洞的存在常會出現(xiàn)漏漿、卡鉆、埋鉆、塌孔、斷樁等事故，若溶洞處理方法不當，則會影響到橋梁樁基施工的效率和質(zhì)量。常見施工事故的發(fā)生原因及處理措施如表1 所示［8-9］。

由前期地質(zhì)勘測資料可知，東升互通2#主線橋右幅1-1 樁位下分布著四個大小不一的半填充串珠狀溶洞，依次為10.3m的特大型溶洞和5.0m、5.6m 及6.4m 的大型溶洞，溶洞填充物均為粉質(zhì)黏土夾灰?guī)r石塊。故在該樁基鉆孔施工中出現(xiàn)了塌孔、地面下沉和多達7 次的漏漿。

4 溶洞處理技術(shù)

在復雜巖溶地區(qū)進行橋梁樁基施工時，常會根據(jù)現(xiàn)場實際情況和巖溶發(fā)育狀況來確定合理經(jīng)濟的溶洞處理方法，常見方法有注漿法、黏土片石拋填法、鋼護筒跟進法等［10］。考慮到橋址施工區(qū)位于巖溶強發(fā)育地區(qū)，部分樁位處溶洞較大且呈串珠狀分布，溶洞多為半填充狀態(tài)，并且施工區(qū)地層上部覆蓋層較厚，主要為粉質(zhì)黏土，穩(wěn)定性相對較好。因此，綜合施工安全、施工質(zhì)量和施工成本等因素確定采用“黏土片石回填+鋼護筒跟進”的溶洞處理方案。黏土片石回填法是最常用的溶洞處理方法，即反復沖砸黏土片石，將回填物擠入溶洞，有效穩(wěn)定孔壁，該方法可對半填充及無填充小型溶洞進行有效處理，并且施工方案簡單、操作方便、費用低廉［11］。黏土片石回填法具體施工步驟是在鉆孔過程中若發(fā)生漏漿，則根據(jù)不同地質(zhì)情況回填不同比例的黏土片石，然后再進行小沖程鉆孔，直至溶洞被完全填充，不再漏漿。鋼護筒跟進法適用于上部覆蓋層較厚，且含單層或多層的大型空溶洞，采用該法可有效避免因樁基孔壁坍塌造成地面塌陷和不均勻下沉。

表1 常見施工事故的發(fā)生原因及處理措施

以東升互通2#主線橋右幅3-3 樁基施工為例，該樁位上部為17.4m 的粉質(zhì)黏土覆蓋層，地基下為兩個呈串珠狀分布的特大型溶洞，在鉆孔施工過程中發(fā)生了多次漏漿和地面塌方。故現(xiàn)場根據(jù)實際情況回填了大量的黏土片石和水泥來填充溶洞，鞏固孔壁，并采用單護筒跟進來保證上部土層不塌陷。結(jié)合兩種溶洞處理技術(shù)，不僅加快了施工速度，而且更加簡單方便、經(jīng)濟有效。

5 結(jié)語

因為溶洞的特殊性和復雜性，在高速公路橋梁樁基施工過程中常會出現(xiàn)各種施工事故，故本文針對廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁施工區(qū)的復雜巖溶地質(zhì)提出了“黏土片石回填+鋼護筒跟進”的溶洞處理技術(shù)，為類似復雜巖溶地區(qū)的高速公路橋梁建設(shè)提供參考依據(jù)。