（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照276826）
摘要：桥梁桩基础是桥梁的重要部位，其质量的优劣将直接影响到桥梁的工程质量、运行安全和使用寿命。对于岩溶地区来说，桩基施工质量更加重要。因此，对岩溶地区桥梁桩基处理及施工方法进行探讨，意义重大。
关键词：桥梁工程；岩溶桩基；施工
前言
受地质构造、岩层成因以及地下水作用影响，岩溶在我国分布较为广泛，尤其是灰岩地区岩溶发育更为强烈，在该种地质区域进行桥梁施工时就会存在较多的问题。因此，施工人员必须要按照施工要求进行作业，采取科学合理、规范化的施工技术，进行岩溶地质实际的考察工作，同时，借助以前施工中岩溶处理的成功经验和措施，结合实际工程情况，加强施工过程中的各个环节控制并制定有关的应急处理预案，不仅能够提高桥梁岩溶桩基施工技术，还可以防止一些问题的出现。
通过马口大桥桩基的施工，从施工中遇到的困难和处理办法，总结出关于溶洞桩基施工的主要方法，以便在今后类似施工中能有所帮助和借鉴。
1岩溶桩常见问题
岩溶区桩基础在施工时容易造成桩孔的漏浆、涌水、掉石块、卡钻、掉钻、塌孔甚至地面塌陷等事故，一般会伴随多重情况同时出现。广乐高速马口大桥位于广东省英德市英城镇出水岩村，起止桩号为K171+109.8～K172+065.2，桥长955.40m。桥址区地表除37#桥台处斜坡有灰岩出露外，主要被第四系冲洪积（Qal+pl）粉质粘土、砂卵石土覆盖，崩坡积块石仅分布于桥尾山坡局部。表层粉质粘土属软塑状，下部粉质粘土属可塑状，卵石层中密状，块石层属松散状。出露及下伏基岩均为泥盆系上统天子岭组（D3t）厚层至巨厚层灰岩、白云质灰岩。桥址区溶洞分布普遍，属强岩溶化岩体，单体溶洞高度最小30cm，最大16.8m，溶洞无充填、全充填、半充填和在溶洞底部堆积少量物质的情况均有，充填物质为粘土、粉砂、碎石、卵石等。
（1）漏浆、塌孔、护筒周围地面塌陷
在桩基施工时，如遇到岩溶的连通性比较强或者出现覆盖层流塑性时，可能出现孔内的浆液突然流失的现象，这种情况下，一般来不及补浆，这就造成了孔内的液面高度的降低，致使出现压力差，导致塌孔或者护筒周围地面塌陷现象的出现。
（2）大量涌水、突泥
这种情况在岩溶比较发达的地区尤其常见。在施工工程中，受地下水位高低影响，如遇到地下水属于承压水时，孔底会出现大量涌水和突泥的情况，对安全生产造成极大的威胁。
（3）卡钻、掉钻
桩基钻孔过程中，如果出现岩溶发育程度高的情况，原有岩层突然失去失衡状态，出现地面变形、涌土、涌水、地层塌陷等不良情况，造成卡钻、掉钻等情况，埋下安全隐患。
2岩溶桩常见问题预防及处理措施
2.1地质勘探
在桩基地质勘探时，需仔细查看每根桩的地址钻探情况及资料，确保在了解岩溶发育情况、岩溶覆盖情况以及溶洞填充和岩面的倾斜情况的状态下，才可以进行施工；对地质资料不详细或者地质资料有缺失的桩孔，进行详细的地质钻探，保证不出现遗漏。在马口大桥桩基地质资料中，部分地质钻孔不在桩位上，且有部分桩没有地质资料，施工前对该部分桩采用逐桩钻孔进行补勘，确保每根桩地质资料齐全了才进行施工；还有部分地质钻孔资料钻孔深度不足，桩底持力层完整岩体不满足3倍桩径要求，该类桩实际施工中，在钻进至桩底设计标高时，采用快速架空地质钻措施，迅速取得桩底以下3倍持力层岩体的完整情况，如不完整继续向下钻孔直至完整岩体达到3倍桩径为止，同时桩长根据架空钻揭示情况进行适当延长。
2.2技术准备
施工方案的编制方面，由项目技术负责人负责编制。在具体编制时，需根据地址核查结果合理编制钻孔施工工艺。项目技术负责人需根据每根桩的溶腔大小、高度等情况编制出每根桩的溶洞施工处理方案，并进行安全技术交底，其中需要将溶洞标高、大小、以及溶洞填充和岩面的倾斜情况等，并编制相对应的处理措施与操作要领。
为了保证岩溶桩基的施工质量和后期运行安全，实际施工中确定了如下终孔原则：对于覆盖层（系梁底或承台底至入岩标高之间高度）小于6倍桩径的，嵌岩深度不小于3倍桩径；覆盖层大于6倍桩径的，嵌岩深度为1～1.5倍桩径；同时在此原则基础上不小于设计桩长；另外，为了防止桩底落在了溶洞顶板上，桩底3倍持力层地质资料必须齐全，且为完整岩体。
2.3材料准备
包括片石、粘土、钢护筒、碎石、水泥浆等溶洞处理材料。为了防止漏浆、塌孔，需准备好泥浆泵和备用泥浆；为了防止钻孔因各种因素作用产生倾斜的情况，应将钻机横向支撑及纵向支撑都相应的加长，需超出预计的塌孔范围，同时为了安全起见，在钻机底部采用自制扩大的“井”字架对钻机进行支垫，以扩大桩机与地面的接触范围，防止因塌孔、地面塌陷造成人员、钻机的危险。
2.4处理原则及措施
对于揭露有溶洞、裂隙等不良情况的桩基，也本着先易后难的原则，先施工裂隙发育较差的、溶洞较小的、溶洞层次较少的；最后施工溶洞大的、溶洞层次较多的等情况较复杂的桩基。
2.4.1裂隙
（1）发生原因：溶腔不发育，局部产生裂隙和单独小型溶洞，造成泥浆流失。
（2）措施：提钻2～3m，同时向孔内投入黏土块和少量水泥，调整泥浆稠度。当水头下降较大时，可补入泥浆保证孔内水头压力。待孔内水头稳定后，继续钻进。厦深铁路排榜特大桥处于岩溶地带，裂隙发育较严重，施工时容易发生孔内水头下降，泥浆流失，经过提钻回填黏土和少量水泥，挤密裂隙，成桩效果显著。
2.4.2溶洞
根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的处理方法，主要的处理方法有：抛填法、静压化学灌浆法、灌注混凝土填充法、钢护筒跟进法等。
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（1）发生原因：钻孔桩位有溶洞。
（2）采取措施：
a.抛填法：溶洞范围小，溶洞高度小于1m，对照地质图，当钻至溶洞顶板lm 左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降，这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石、粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当回填厚度大于lm时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。
b.静压化学灌浆法：当溶洞内有填充物填满或有流砂的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在1～3m的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂，或用此法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。
c.灌注混凝土填充法：溶洞的高度在1.0～3.0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向孔内抛填片（碎）石、砂混合物和灌注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁，水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击，24小时后，待水泥的强度达到2.5MPa后，再继续冲击，穿过溶洞。
d.钢护筒跟进法：1溶洞高在3.0<h<5.0m，对于多层溶洞间距较小的采用钢护筒（单次钢护筒）穿越处理。先用配套冲击锤进行冲孔、扩孔处理，然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部，为保证钢护筒的强度和刚度，每隔2m，设置加强钢板箍。2溶洞高大于5.0m（多层），且溶洞间距较大时，采用套内护筒法施工（多次钢护筒跟进），即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。
3岩溶桩的施工工艺
3.1钻机选择
（1）回旋钻机。优点：成孔速度快、清孔快，护壁效果好。缺点：钻头提起慢漏浆后容易埋钻，穿过溶洞时容易偏孔。
（2）冲击钻机。优点：钻头提起快，纠偏孔容易，适合于所有岩层。缺点：穿过溶洞时容易卡钻，过黏土层容易糊钻。
3.2护筒埋设
一般桩位，护筒长度达到2.3m 即可，河沟边护筒须穿过河沟床。对塌孔全回填后重新开孔桩，护筒根据实际情况适当加长到3.0m～6.0m，埋设时护筒外缘采用黏土回填密实。对地质较差的情况，开孔时可加些泥块和片块，冲击加固护筒刃角。
3.3成孔
开始钻孔时。宜采用小冲程，使成孔坚实、竖直、圆顺。对继续钻孔起导向作用。钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击，冲程以2.0m～3.0m为宜。但在下列情况时，应采用2.0m以下的中低冲程：（1）在斜面开孔及在护筒内和在护筒刃脚以下2.0m～ 3.0m范围内钻进时；（2）在停钻投泥重新开钻时；（3）当遇到局部砂层或溶洞时；（4）在抛石回填重钻以及在处理特殊情况时。
在岩溶地区由于地层情况复杂，钻孔时应对不同的地层采用不同的冲击方法，以保证钻孔质量和钻孔的顺利进行。
在卵石层中，泥浆比重应在1.4左右，以加强护壁和防止渗漏。冲程可以较大，以便破碎卵石。砂层或淤泥层中冲击时，应投黏土并掺入小片石，采用小冲程冲击，将黏土和片石挤进孔壁加固。遇有流砂现象时，应增大泥浆比重，提高孔内压力，并投黏土块和小片石，采用小冲程。在溶洞中钻进，由于桩孔进入溶洞范围内，溶洞不是整齐的，顶板和底板犬牙交错，高低不平，钻进溶洞顶板及底板都存在一个斜面开孔问题，因此必须采取相应措施。根据地质柱状图掌握钻进标高或冲击声判断，钻进接近顶板0.3m～0.5m时应控制冲程在1.0m以内。空洞内钻进须分层面填黏土坯和石块，经反复冲砸形成泥壁，堵塞原洞内填充物的活动通道，防止孔壁坍塌和泥浆流失。钻头在洞内冲击高低不平的岩面时，或一面有岩，一面悬空时，容易造成卡钻或斜孔事故。纠偏方法是抛填片石和黏土坯或用低冲程打密，反复循环多次，保证冲孔质量。对于特大型空溶洞或半充填的溶洞，采用内套护筒隔离上部松软地层的方法进行处理。采用长护筒时，护筒与岩石面接触处的造壁处理。如打入岩面的钢护筒刃脚只有一点或几点接触岩面，在护筒刃脚下，用10cm～15cm边长的片石和黏土，以低冲程反复冲砸，挤压泥石堵塞溶洞，形成坚实的泥石壁，保证施工过程不坍不漏。钢护筒准备通过溶洞时，先用钻头冲击若干次后再将钢护筒打至下一层的岩面。为防止掉钻头，要求每班检查1～2次钢丝绳、卡扣、滑车、钻头、卷扬机等机具设备，若发现钢丝绳在同一旋距内断丝超过2根，则应予更换，其他机具发现问题应及时处理或更换。
3.4清孔
在钻孔距设计标高10cm时就开始清孔，第一次清孔时就清干净岩样，待下完钢筋笼后再次清孔时方便快速，以能感觉到孔底岩石为完毕。对多次坍孔的情况，以孔底干净为主，对孔较深难以清干净时采用加双泵或加压的措施。
3.5安装钢筋笼
钢筋笼主筋接头采用直螺纹套筒连接，每一截面上接头数量不超过50%。加强箍筋与主笳连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装符合要求，钢筋骨架的保护层厚度由厚7cm的圆形M60高强水泥砂浆垫块来保证，砂浆垫块按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周布置4 个，相邻两道之间梅花型错开布置。使用25t汽车吊装钢筋笼。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。
3.6灌注水下砼
水下混凝土坍落度采用180mm～220mm，灌注混凝土开盘后，首批连续入孔混凝土量，必须满足导管底节埋人混凝土深度不小于1m。水下混凝土应连续灌注，不得中间停顿。在灌注中，要根据灌注速度提升导管，但导管埋人混凝土的深度，不得小于2m，并不宜大于6m。水下混凝土灌注面：应高出桩顶设计标高0.5～1m，以便清除浮浆，确保混凝土质量。
3.7质量检测
所有钻孔桩桩身混凝土质量均进行桩基无损检测。按设计要求在钢筋笼安装时预埋声测管，成桩后进行超声波检测。对质量有问题的桩，钻取桩身混凝土取芯鉴定检验。
4结语
总之，岩溶桩基施工作为桥梁工程的重要技术，必须根据施工的实际情况实施桥梁的施工。采取因地制宜的方法，科学合理地按照施工要求进行，改善岩溶地质存在的病害。另外，施工技术还要不断地创新，不仅提高了桥梁的质量，还提高了桥梁的安全系数。
参考文献：
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[2]宫振堂，姜大鹏．浅谈桥梁工程钻孔桩施工[J]．黑龙江交通科技，2004（02）
[3]何华宾．岩溶地区钻孔桩施工工艺[J]．经营管理者，2011（11）
论文作者:柯成林
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月下
论文发表时间:2016/9/14
标签：溶洞论文; 岩溶论文; 钻孔论文; 桩基论文; 冲程论文; 情况论文; 地质论文; 《建筑建材装饰》2015年10月下论文;