溶洞型橋梁樁基施工技術(shù)探討

王明政

（甘肅萬泰建設(shè)工程有限公司，甘肅 蘭州）

引言

我國巖溶地區(qū)分布相當(dāng)廣泛，尤其是在廣西、貴州以及云南等地，存在著大量巖溶發(fā)育地區(qū)[1]，不同地域的巖溶情況各有不同，且大部分地區(qū)都有地下水、地下暗河等分布，不良地質(zhì)出現(xiàn)的可能性很大，使得這些地區(qū)橋梁施工存在著非常大的挑戰(zhàn)。巖溶地區(qū)橋梁樁基施工，最大的難點則是如何選擇其成孔方法，若成孔方法選擇不當(dāng)則會導(dǎo)致樁基施工周期長，質(zhì)量差等危及橋梁工程施工的情況出現(xiàn)[2]。特別是在砂卵石覆蓋層較厚的巖溶地區(qū)施工時，樁基施工時經(jīng)常出現(xiàn)突然流失大量泥漿，甚至造成地面塌陷，嚴(yán)重時造成生命財產(chǎn)損失，導(dǎo)致工期發(fā)生延誤[3]。目前國內(nèi)橋梁樁基施工以沖擊鉆成孔為主[4]，因此，主要對巖溶地區(qū)沖孔灌注樁施工進行探討。

1 項目背景

某高速公路特大橋呈東北-西南走向，橋梁中心樁號K122+193，起點樁號K121+065，終點樁號K123+322,橋梁全長2 250 m；上部結(jié)構(gòu)為75×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁，下部采用樁柱式橋墩、肋板式和樁柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

橋址區(qū)地處河谷平地臺地貌，據(jù)鉆探及工程地質(zhì)調(diào)查資科揭示，橋址區(qū)地層由第四系素填土(Qml)、種植士(Qpd)、第四系沖洪積粉質(zhì)黏上、粉土、粉砂（Q4ai+pl）、卵石土層（Q3al+pl）、石灰系大塘階石灰?guī)r（Cld）以及泥盆系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r（D3）組成。全橋均處在巖溶發(fā)育區(qū)，樁位處有溶洞的樁基共212 根，占設(shè)計數(shù)量的68%，其中單層溶洞100 個，溶洞高度H≤3 m的52 個，溶洞高度3 m＜H＜10 m 的36 個，溶洞H≥10 m 的12 個，單個溶洞最大高度20.1 m（41#、42#4 個）；串珠狀溶洞112 個，溶洞最大高度22.1 m。樁基溶洞見圖1。

圖1 樁基溶洞示意

2 溶洞型橋梁樁基施工技術(shù)

為減小在橋梁樁基成孔過程中不漏漿、少漏漿，或發(fā)生漏漿后不至于導(dǎo)致樁孔坍塌甚至造成地面塌陷，確保成樁過程順暢，樁基正式施工前，首先應(yīng)探明樁位處的地質(zhì)情況。樁位處地質(zhì)情況主要可通過兩種情況來確定，一是根據(jù)已探明的地質(zhì)柱狀圖來確定，二是在樁位處補鉆確定，主要是探明溶洞的分布情況、大小、形態(tài)、填充物等地質(zhì)情況，然后再提前做好相應(yīng)處理措施。在施工過程中若發(fā)現(xiàn)與地質(zhì)柱狀圖不符的，應(yīng)及時通知相關(guān)單位進行處理[5]。對于樁基溶洞的處理措施，目前主要有注漿法、回填片石+粘土法、鋼護筒跟進法等，工程實踐中應(yīng)根據(jù)溶洞大小、高度等情況綜合成本、工期等因素采取不同的應(yīng)對措施，或采取多種方法綜合治理，達(dá)到既經(jīng)濟，施工速度又快的目的。

2.1 溶洞處理方案

（1） 對 較 小 溶洞，采用片石+粘土回填法進行施工，如果漏漿速度相對較慢，則僅需及時補充泥漿，同時回填少量片石和粘土即可；如果漏漿速度較快，則可采取投入摻加了速凝劑或者水玻璃的混凝土或水泥砂漿對溶洞僅需封堵，同時往樁孔內(nèi)注入泥漿，防止塌孔。

（2） 對于較大的溶洞，則可采取鋼護筒跟進的方法，如有必要，還可往樁孔內(nèi)投入片石+粘土，或者摻加了速凝劑或水玻璃的混凝土。如果樁位處存在串珠溶洞，則可根據(jù)實際情況，采用雙層鋼護筒跟進的方法對溶洞進行封堵。

2.2 鋼護筒跟進方案

（1） 鋼護筒跟進方案1。本方案適用于處理相對較小的溶洞，鋼護筒應(yīng)直入溶洞以下至少2.5 m，達(dá)到防止塌孔的目的，鋼護筒跟進方案見圖2。跟進鋼護筒長度可按下式計算，式中：h1為地面至易塌土層底部的高度。鋼護筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖2 方案1 鋼護筒跟進示意

（2） 鋼護筒跟進方案2。本方案適用于覆蓋層存在土洞的樁基。鋼護筒跟進至土洞以下1.0 m（或巖面），鋼護筒跟進方案見圖3。跟進鋼護筒長度可按下式計算，h2為地面至易土洞底部的高度，鋼護筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖3 方案2 鋼護筒跟進示意

（3） 鋼護筒跟進方案3。本方案適用于以下情況：緊鄰建筑物、橋墩的相對較小的溶洞及中型溶洞，鋼護筒應(yīng)直入至覆蓋層最底部，鋼護筒跟進方案見圖4。跟進護筒長度為覆蓋層厚度，鋼護筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖4 方案3 鋼護筒跟進示意

（4） 鋼護筒跟進方案4。本方法適用于以下情況：大中型溶洞，且溶洞頂部的覆蓋層較薄，以及緊鄰建筑物、構(gòu)筑物的大中型溶洞，鋼護筒必須直入溶洞底部。跟進護筒長度為地面至溶洞底部的高度，鋼護筒直徑為樁徑+0.2 m。

（5） 鋼護筒跟進方案5。本方案適用于以下情況：內(nèi)部有填充物的大中型溶洞，且溶洞頂部覆蓋層較厚，可采用雙層鋼護筒跟進，外鋼護筒跟進至覆蓋層底，內(nèi)層鋼護筒應(yīng)跟進至溶洞底部。外鋼護筒長度為覆蓋層厚度，鋼護筒直徑為樁徑+0.4 m；內(nèi)鋼護筒跟進至溶洞底部，內(nèi)鋼護筒長度為地面至溶洞底部的高度，直徑為D+0.2 m。

（6） 鋼護筒跟進方案6。雙層鋼護筒跟進，外鋼護筒跟進至覆蓋層底。外鋼護筒長度為覆蓋層厚度，鋼護筒直徑為樁徑+0.4 m；內(nèi)鋼護筒跟進至溶洞底部，內(nèi)鋼護筒長度為地面至溶洞底部的高度，鋼護筒直徑為樁徑+0.2 m。

2.3 鋼護筒跟進施工方法

鋼護筒并非一次性跟進到位，可在沖孔的同時對鋼護筒進行接高。接高的主要方式是采用壓入或振入孔內(nèi)。如果樁孔已穿越數(shù)個溶洞，并未發(fā)生漏漿，繼續(xù)沖孔時，可能對上部孔壁造成擾動，可能在上部發(fā)生漏漿，此時也可采用鋼護筒跟進的方法封堵。

（1） 鋼護筒準(zhǔn)備。鋼護筒主要可采用2 cm、1.4 cm、1.2 cm、1 cm 以及0.8 cm 厚的鋼板卷制而成，鋼護筒的尺寸和規(guī)格選取可按以下原則進行：

鋼護筒壁厚。樁徑不超過1.6 m 時，若鋼護筒長度小于10 m，其壁厚可選用0.8 cm；若鋼護筒長度超過10 m 且小于20 m，其壁厚可選用1 cm；若鋼護筒超過20 m，其壁厚可選用1.2 cm。樁徑超過1.6 m 且小于2 m 時，若鋼護筒長度不超過10 m，則鋼護筒壁厚可選用1 cm；若鋼護筒長度超過10 m 且小于20 m，其壁厚可選用1.2 cm；若鋼護筒長度超過20 m，其壁厚可選用1.4 cm。

（2） 護筒直徑。如果是單層鋼護筒，當(dāng)樁徑不超過1.6 m 時，護筒直徑應(yīng)為樁徑+0.2 m；當(dāng)樁徑超過1.6 m 時，護筒直徑應(yīng)為樁徑+0.3 m；如果是雙層鋼護筒，當(dāng)樁徑不超過1.6 m 時，外層鋼護筒直徑應(yīng)為樁徑+0.5 m，內(nèi)層鋼護筒直徑應(yīng)為樁徑+0.2 m；當(dāng)樁徑超過1.6 m 時，外層鋼護筒直徑應(yīng)為樁徑+0.6 m，內(nèi)層鋼護筒直徑為樁徑+0.3 m。

（3） 護筒長度。護筒應(yīng)根據(jù)實際情況，分節(jié)接高，每節(jié)一般長2 m。如果樁孔地表為淤泥、粉土、卵石層等時，應(yīng)設(shè)置雙層鋼護筒，外層鋼護筒應(yīng)至少穿越地表不良土，內(nèi)層的鋼護筒應(yīng)至少穿過溶洞。接高護筒的主要作用是防止由于遇到溶洞，導(dǎo)致樁孔內(nèi)的泥漿大量流失，泥漿能起到穩(wěn)定孔壁的作用，泥漿壓力與埋設(shè)深度的關(guān)系見圖5。

圖5 埋設(shè)深度與泥漿壓力關(guān)系

2.4 穿過軟弱覆蓋層鋼護筒埋設(shè)

（1） 打入。埋設(shè)鋼護筒時，可采用直接壓入或沖錘振入，由于基巖面處比較容易發(fā)生漏漿現(xiàn)象，因此，鋼護筒打入至基巖面以上1.5 m 時即可停止打入鋼護筒，檢查孔徑及傾斜度。

（2） 鋼護筒接高。鋼護筒應(yīng)采用逐節(jié)拼接的方式接高，當(dāng)鋼護筒接高到一定程度后，難以直接壓入，此時應(yīng)使用振動錘將其振動至預(yù)定位置。接高過程中應(yīng)注意以下事項：①接高時應(yīng)注意節(jié)與節(jié)之間的錯縫，防止鋼護筒出現(xiàn)扭曲；②鋼護筒的軸線應(yīng)與樁基的軸線基本保持一致，防止出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象；③護筒底應(yīng)加強，防止接高過程中出現(xiàn)損壞。

（3） 鋼護筒入土至預(yù)定深度前的處理。由于底部基巖可能不平整，導(dǎo)致鋼護筒沒能完全和基巖接觸，此時應(yīng)注意如下事項：①減小振動力，如果振動過強，則可能導(dǎo)致護筒底部出現(xiàn)一定程度的變形；②防止鋼護筒打入過深。如果打入過深，則可能導(dǎo)致底部基巖出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致漏漿。打入到預(yù)定深度后，應(yīng)及時回填片石+粘土，并反復(fù)沖擊，起到封堵基巖裂縫的作用。

（4） 注漿及回混凝土。由于孔內(nèi)打入護筒，鋼護筒之間、鋼護筒與樁孔之間均存在大小不一的縫隙，溶洞處無填充物或填充物流失，均可能導(dǎo)致鋼護筒偏位，這將直接導(dǎo)致樁身傾斜或偏位。因此，在打入鋼護筒后，應(yīng)及時對鋼護筒外側(cè)注漿或灌入混凝土，一是起到封堵裂縫的作用，二是起到穩(wěn)定鋼護筒的作用。注漿時，注漿壓力應(yīng)小于0.4 MPa，并穩(wěn)定該壓力5～10 s，直至相鄰孔冒出水泥漿為止。

結(jié)束語

當(dāng)厚覆蓋砂卵石巖溶地層中溶洞較多，且高度較大的串珠型溶洞時，采用內(nèi)、外雙層鋼護筒護壁條件下樁孔開挖，能保證樁基順利成孔。外側(cè)鋼護筒主要作用于厚覆蓋層，內(nèi)側(cè)鋼護筒主要作用在溶洞回填粘土。當(dāng)存在泥漿泄漏的最不利工況時，加設(shè)內(nèi)側(cè)鋼護筒護壁，對溶洞回填粘土的護壁作用非常顯著，可提高成孔施工速度和安全性。從工程實踐看，當(dāng)溶洞高度超過4.0 m 時，回填土在沖孔后，一旦發(fā)生泥漿泄漏，則樁孔產(chǎn)生較大的變形和塑性應(yīng)變，會發(fā)生成孔質(zhì)量低或嚴(yán)重的塌孔問題。需采用鋼護筒護壁，以保證施工安全和順利成孔。