復(fù)雜巖溶地質(zhì)中橋梁樁基施工技術(shù)研究與應(yīng)用

彭侃侃

（萍鄉(xiāng)市蘆溪公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 萍鄉(xiāng)337000）

0 引言

橋梁工程施工容易受地質(zhì)條件影響，尤其是一些復(fù)雜的地質(zhì)條件，對橋梁工程的影響更嚴(yán)重。巖溶地質(zhì)就是一種結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的地質(zhì)條件，受巖溶地質(zhì)條件影響，地下水具有一定的溶蝕力，其不僅會溶蝕巖石，而且通過流水侵蝕，還會形成潛蝕和沖蝕等一系列問題，容易導(dǎo)致巖溶區(qū)域出現(xiàn)塌陷。橋梁樁基是整個橋梁工程的基礎(chǔ)，若橋梁樁基不穩(wěn)定，將會導(dǎo)致整個橋梁工程發(fā)生嚴(yán)重的安全事故、出現(xiàn)質(zhì)量問題。而在復(fù)雜的巖溶地質(zhì)條件下，橋梁樁基出現(xiàn)不穩(wěn)定問題的概率會增加。因此，在橋梁工程施工中，需要結(jié)合復(fù)雜巖溶地質(zhì)的特點，采取行之有效的樁基施工技術(shù)，從而提升橋梁樁基的穩(wěn)定性，為橋梁工程的整體質(zhì)量提供保障。

1 工程概況

某橋梁工程地處喀斯特地貌區(qū)域，全長為360m，橋梁的上部結(jié)構(gòu)屬于裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，橋面寬度達25m，橋梁跨度組合為兩段5×35m，橋墩均為雙主墩。該橋梁樁基為灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及鉆孔灌注樁，樁長分別為10～12m、30～45m。地質(zhì)方面，由于該橋梁工程地處喀斯特地貌區(qū)域，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地層分布從上至下分別為泥土、亞黏土、碎石黏土以及黏土，地下存在地下河和溶洞，地表覆蓋層存在天坑，各層厚度呈不均勻分布，其中，厚度最小為8m，最大為16m。低級巖石成分為石灰?guī)r，石灰?guī)r按形色分為完全風(fēng)化、強風(fēng)化、微晶、淺灰色、深灰色、巖溶等類型。地下水屬于第四系沖洪孔隙潛水和裂隙水，水源補給主要源于降水，溶洞水位較低。針對復(fù)雜的巖溶地質(zhì)環(huán)境，需要采取有效的橋梁樁基施工技術(shù)，提升樁基工程質(zhì)量，從而保證橋梁工程的整體質(zhì)量。由于溶洞樁基所處地層中存在厚砂礫層和無砂層，且地下水水位較低，因此該項目采用鉆孔樁與挖孔樁交替應(yīng)用的施工方案。該項目巖溶地質(zhì)環(huán)境剖面圖見圖1。

圖1 巖溶地質(zhì)環(huán)境剖面圖

2 橋梁樁基成孔施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 橋梁樁基成孔施工難點分析

該橋梁工程樁基成孔施工的難點主要有以下三點：第一，成孔施工的難度比較大。因該橋梁工程地處復(fù)雜的巖溶地質(zhì)環(huán)境，在開展地質(zhì)勘探時，對溶洞分布情況、具體走向以及面積大小等信息均難以全面掌握，故在樁基成孔施工時，容易出現(xiàn)漏水跑漿、孔壁坍塌等問題。第二，該樁基工程的清孔難度比較大。由于該橋梁樁基工程中的樁孔較深，所以孔內(nèi)下部沉渣積累的厚度比較大、清孔難度非常大，若清孔過程中出現(xiàn)失誤，則容易導(dǎo)致樁孔作廢。第三，混凝土灌注的施工難度較大。由于樁孔的深度比較大，所以混凝土灌注高度較大，所需混凝土方量較大，混凝土持續(xù)灌注的時間也比較長。而混凝土灌注質(zhì)量在一定程度上受到時間因素的影響，在混凝土灌注時，對混凝土質(zhì)量控制的難度較大，必須加強對混凝土的坍落度及灌注速度的管控，否則在灌注過程中容易出現(xiàn)斷樁、流失等情況。

2.2 成孔施工技術(shù)的關(guān)鍵節(jié)點

2.2.1 護壁厚度的設(shè)計

成孔施工的關(guān)鍵在于對護壁厚度進行合理設(shè)計，根據(jù)該工程鉆孔深度的要求以及實際的土質(zhì)環(huán)境，在開展大直徑樁孔施工時，需要分段挖土并進行分段護壁，從而保證施工安全。根據(jù)該工程的實際情況，對于孔深在6m 以下的樁孔，若樁孔位置的土質(zhì)比較好，開挖時可以不采取護壁措施，而對于孔深大于6m 的樁孔，則需要加設(shè)護壁，且護壁厚度應(yīng)達到15cm。

2.2.2 樁孔開挖

樁孔開挖要結(jié)合工程所在地的巖溶地質(zhì)環(huán)境確定開挖方式，根據(jù)該工程的地質(zhì)情況，應(yīng)該采取分段開挖模式，若開挖的土層條件較好，可以按照1m 深度進行分段開挖，若開挖的土層條件較差，尤其是巖溶土層，則需按照0.5m 深度進行分段開挖。開挖時無需開展孔壁表面拋光，可以采取人工方式使孔壁凹凸不平，從而提升鉆孔樁與孔壁之間的摩擦力。鉆孔時如果遇到質(zhì)地比較堅硬的巖石，阻礙了鉆孔進度，可采取淺眼松動爆破法解決此問題。

2.2.3 護壁施工

完成樁孔開挖之后便進入護壁施工環(huán)節(jié)，由于巖溶地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，所以該工程選用了外齒型護壁，該護臂的厚度為15cm，材質(zhì)為鋼混材質(zhì)，通過攪拌機對混凝土進行攪拌，采取人工澆筑方式，每段分為三塊，使用U 型卡進行拼接。

2.2.4 鉆孔測量控制

完成護壁施工后，需要開展鉆孔測量控制工作。該環(huán)節(jié)應(yīng)該對樁位軸線持續(xù)校對，保證鉆孔時孔深、截面積以及樁位均滿足設(shè)計要求。一般采用地面基線十字網(wǎng)法控制樁位軸線，高程控制測量主要是借助水準(zhǔn)基點展開。

2.2.5 溶洞處理

溶洞處理是整個成孔施工工藝中的關(guān)鍵，結(jié)合復(fù)雜的巖溶地質(zhì)環(huán)境，在進行鉆孔灌注樁施工時，需要對鉆孔過程中可能出現(xiàn)的溶洞進行重點處理，這一點是巖溶地質(zhì)環(huán)境與常規(guī)地質(zhì)環(huán)境施工的最大區(qū)別點。第一，應(yīng)該對溶洞的安全性進行檢測，主要是檢測溶洞內(nèi)部是否存在有毒有害氣體。檢測人員進入溶洞前，需要采取一定的保障措施，如使用安全系帶，這樣能夠保證檢測人員在溶洞中實現(xiàn)安全檢測。當(dāng)開挖深度達到10m 時，為了保證溶洞內(nèi)部的空氣質(zhì)量，確保檢測人員能夠正常呼吸，需要通過鼓風(fēng)設(shè)備將外部新鮮空氣吹入其中。一些深度較大，且內(nèi)部環(huán)境比較復(fù)雜的溶洞，其檢測環(huán)境通常比較危險，所以應(yīng)做好對溶洞內(nèi)部空氣的檢測，若檢測出溶洞內(nèi)部的有毒有害氣體濃度超標(biāo)，則需要采用專業(yè)的防毒裝備開展作業(yè)，還要嚴(yán)格控制入洞檢測的時間。第二，應(yīng)該對溶洞開展承壓水檢測，當(dāng)開挖深度距離溶洞的頂面位置1m 時，可以先鉆取小孔，孔徑10cm 左右即可，然后檢測溶洞內(nèi)部是否存在承壓水，若存在承壓水，則施工人員和檢測人員必須快速離開檢測的溶洞及其周邊范圍，轉(zhuǎn)移至地面，當(dāng)溶洞內(nèi)部出現(xiàn)的承壓水趨于穩(wěn)定狀態(tài)時，方可繼續(xù)開展檢測作業(yè)，完成檢測之后繼續(xù)進行開挖作業(yè)。第三，需要檢測溶洞內(nèi)部填充物。挖穿溶洞頂蓋之后，需要對溶洞內(nèi)部的填充物展開全面檢測，若不存在填充物，可抽盡溶洞內(nèi)部的稀漿和積水，然后通過磚砌將外圈穩(wěn)定，使之達到穩(wěn)固的狀態(tài)，然后方可立模完成混凝土澆筑。如果溶洞內(nèi)有填充物，則要先劃分填充物等級，之后采取針對性措施對填充物進行處理，完成處理后方可施工。

若溶洞內(nèi)部的填充物為軟膠黏土或碎石粉質(zhì)黏土，可以使用鐵鍬開挖，開挖時需要注意，每開挖1m需要做一次護壁；若填充物屬于中粗砂或粉細(xì)砂，應(yīng)該采取淺進尺和強支護相結(jié)合的方法進行挖進，且每挖進20cm 需將

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20 的鋼釬打入其中，從而使其穩(wěn)固。為了保證鉆孔的穩(wěn)定性，還要在鋼釬上綁扎草袋，且每節(jié)的高度不得大于50cm，更好地發(fā)揮鋼釬的防護作用。

2.3 沖擊鉆成孔施工

基于該工程所處的巖溶地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)選擇沖擊鉆鉆孔方式。首先，制備泥漿，并加入0.2%純堿粉，這樣可以提升鉆孔的穩(wěn)定性。其次，埋設(shè)護筒。該工程中使用的護筒為鋼材料護筒，護筒內(nèi)徑比樁徑大30cm，各節(jié)高度為2m，以分節(jié)的方式卷制。在此環(huán)節(jié)，必須充分結(jié)合巖溶地質(zhì)條件確定護筒的埋設(shè)深度。若護筒埋深較淺，則需要采取挖埋法施工，同時需要注意，護筒頂面應(yīng)該比地面高出30cm 以上，以免施工過程中有雜物掉落到孔內(nèi)或有地表水流入孔內(nèi)，導(dǎo)致鉆孔質(zhì)量出現(xiàn)問題。再次，架設(shè)鉆機。鉆機支點處應(yīng)該與孔口保持一定的安全距離，該距離需要通過數(shù)學(xué)模型結(jié)合塌方范圍進行估算。架設(shè)鉆機時要借助八字纜風(fēng)繩栓拉鉆機，鉆機安裝完畢后，保證底座與頂盤之間連接穩(wěn)固，以免施工時出現(xiàn)位移和沉陷等安全問題。在普通土層中鉆進時，可以采用50/75cm沖擊鉆頭，這樣有助于提升泥漿的密度；在巖溶地質(zhì)土層中鉆進時，可以采用100～150cm 變化沖程模式，同時要準(zhǔn)備充足的黏土、片石和水泥，以備不時之需，然后逐漸穿透洞頂，以免發(fā)生卡鉆問題。最后，需要處理溶洞，鉆穿溶洞洞頂前，需要由專人觀察護筒內(nèi)部的泥漿面，若出現(xiàn)泥漿下降現(xiàn)象，需要立即補充泥漿，然后依照溶洞規(guī)格快速補充黏土和片石，直至徹底解決溶洞泥漿漏失問題，然后再開展常規(guī)的鉆進操作，采取常規(guī)鉆進和特殊處理相結(jié)合的施工方式，將溶洞頂部逐漸鉆穿。

溶洞洞頂鉆穿之后，需要根據(jù)溶洞內(nèi)部的填充物選用針對性的鉆進方式，確保鉆進施工的安全性。對于小型及多層溶洞，可填充低標(biāo)號的混凝土，然后鉆進，對于大型溶洞（標(biāo)高3～5m）則需要采取特殊工藝加以處理。第一，應(yīng)準(zhǔn)備充足的片石和黏土，并配置中型裝載機，若發(fā)生漏漿問題，需要將準(zhǔn)備好的片石和黏土快速鏟起進行填充，并向其中補水。第二，在接近洞頂時，通過小沖程擊穿溶洞頂板，同時持續(xù)將片石和黏土填入其中，采取小沖程緩砸方法，使片石和黏土等材料充分融入洞壁，保證孔壁的穩(wěn)定性，確保施工過程的安全性，然后進行常規(guī)鉆進。若溶洞鉆進過程中出現(xiàn)的漏漿現(xiàn)象非常嚴(yán)重，則可以在水下開展混凝土灌注施工。水下混凝土灌注施工見圖2。

圖2 水下混凝土灌注施工示意圖

3 橋梁樁基成樁施工技術(shù)應(yīng)用

成孔后便可以開展成樁施工，成樁施工前，需要先做好清孔工作，然后安裝鋼筋籠，最后進行混凝土灌注，具體施工技術(shù)如下：

3.1 清孔操作

完成鉆孔操作之后，需要對鉆孔進行清孔處理。第一，需要將事先準(zhǔn)備好的1kg 鐵砣懸掛于測量線繩上，然后平穩(wěn)地將鐵砣置入鉆孔，核查鉆孔深度。第二，采用抽渣筒在鉆孔內(nèi)部反復(fù)開展掏渣操作，直至將孔底淤泥和沉渣徹底清理干凈，若存在密度較大的泥漿，還需使用專用水泵進行泥漿置換，將孔內(nèi)泥漿的密度控制在1.15～1.25g/cm。第三，將鋼筋籠下放至鉆孔內(nèi)部，檢測沉渣厚度，若厚度超標(biāo)則需再次清孔，若厚度達標(biāo)則可進行下一步施工操作。

3.2 安裝鋼筋籠

清孔操作完成后，便要開展鋼筋籠安裝施工，鋼筋籠安裝需要在短時間內(nèi)完成。具體來講，需要在保證清孔質(zhì)量的基礎(chǔ)上，將事先制備好的鋼筋籠快速放置到鉆孔內(nèi)，同時要將鋼筋籠固定在護筒上，避免混凝土灌注時出現(xiàn)鋼筋籠上浮的問題。為了減少空孔時間、減少灌注過程中產(chǎn)生的沉渣，可采取鋼筋冷壓接頭工藝，縮短鋼筋籠安裝時間。

3.3 混凝土灌注

由于該工程所處的是復(fù)雜的巖溶地質(zhì)環(huán)境，所以鋼筋籠安裝完畢后，需要在水下開展混凝土灌注施工。第一，安裝漏斗與導(dǎo)管，并立即開展首車混凝土灌注，首車混凝土的坍塌度可稍大一些，目的在于將管內(nèi)的水?dāng)D壓出來，然后在混凝土2m 下埋設(shè)導(dǎo)管。第二，在水下開展混凝土灌注時，需要持續(xù)灌注，并且要安排專人監(jiān)控灌注高度，確保導(dǎo)管埋設(shè)深度在2～6m。第三，提升導(dǎo)管時，一定要確保導(dǎo)管居中，避免導(dǎo)管與鋼筋籠發(fā)生觸碰，導(dǎo)管提升后其底端應(yīng)保持埋入混凝土不小于2m，導(dǎo)管拆除時間應(yīng)該在15min 內(nèi)?；炷翝仓婢嚯x鋼筋籠底端10cm 時，應(yīng)注意放慢混凝土灌注速度，以免混凝土灌注量過多，導(dǎo)致鋼筋籠上浮。第四，混凝土灌注時，若經(jīng)過巖溶層，則必須將灌注速度放緩，以免壓力驟然增加導(dǎo)致巖溶層孔壁坍塌。第五，混凝土樁灌注完成后，需要保證樁高超出設(shè)計值70cm 左右，并在承臺施工之前將超出的部分鑿除。嚴(yán)格把控上述各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，可更好地保證灌注樁施工的整體質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，在巖溶地質(zhì)環(huán)境下，橋梁樁基工程的施工難度比較大，整體施工工藝也比較復(fù)雜，需要考慮的方面有很多，若是施工不合理，必然會導(dǎo)致整體橋梁工程質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。結(jié)合實際工程案例，從成孔施工和成樁施工兩個方面，對巖溶地質(zhì)環(huán)境下的橋梁樁基工程施工技術(shù)進行了研究，為同類工程提供參考。