溶岩强烈发育地质桥梁桩基施工技术探讨

摘要：岩溶地基对桥梁的危害性非常大，设计与施工时必须高度重视。本文结合深圳市地铁高架线工程实例，探讨了在溶岩强烈发育地质的情况下桥梁桩基施工的技术处理方案，并分析了施工所遇到的各种问题及采取的相应措施，为类似工程施工提供经验借鉴。

关键词：溶岩强烈发育；桩基；施工技术

我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，在西南、中南地区，岩溶现象普遍存在，给桥梁基础施工带来了较大的困难。岩溶根据其发育强度，可分为强烈发育，中等发育，弱发育，微弱发育4种，在岩溶强烈发育区，主要表现为大型暗河，廊道及较大规模的溶洞。对于这种岩溶地质，在地质勘探时容易发现，并会引起勘探人员及设计人员的高度重视，工程中将尽可能避免或采取其它特殊措施处理。下文结合工程实例探讨了在溶岩强烈发育地质的情况下桥梁桩基施工的技术处理方案，并分析了施工所遇到的各种问题及采取的相应措施。

1 工程及地质概况

深圳市地铁龙岗线工程是2011年第26届世界大学生运动会的重要配套工程。爱联站～设计终点起讫里程为YCK33+162.00～YCK39+147.00，全长约5.985公里。本区段工程地质情况上覆第四系全新统人工填筑（Q4ml）素填土、冲洪积（Q4al+pl）土层、砂层、圆砾土、卵石土，下伏基岩为测水组（C1s）砂岩、石磴子组（C1s）灰岩、大理岩及断层角砾。在YCK33+930～YCK33+995段发育太坪圩断裂（F14），灰岩、大理岩节理裂隙极其发育，特别是陡倾节理较发育，岩体破碎，大气降水易下渗，受岩溶裂隙水垂直运动作用，岩溶强烈发育，呈溶孔、溶洞等溶蚀现象，溶洞多呈串珠状发育，钻探揭示最多发育七层，串珠状溶洞累计高度最高达37m，工程地质条件极差。施工过程中坍孔、卡锤、漏浆、翻冒清水、偏孔及混凝土流失现象极易发生，给施工带了极大困难。

2 溶洞处理方案的原则考试大－全国最大教育类网站(www．Examda。com)

（1）每根桩必须用地质钻机钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。

（2）对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据。

（3）根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。

（4）对每种处理方案，都要进行仔细的计算，施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验，取得经验数据，完善施工方案，指导施工。（5）遇到大溶洞时，必须请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。

3 施工中常见问题

深圳市地铁龙岗线工程高架桥采用冲击钻冲击成孔。其成孔原理与其他地质条件的钻孔桩是一致的，但由于岩溶地区的特殊性，成孔过程要困难的多，遇到的问题也特别多，主要体现在以下几方面。

3.1漏浆塌孔当钻进过程击穿溶洞顶板时，孔内泥浆突然下沉流失，这样孔外压力大于孔内压力，造成孔壁坍塌；也可能造成临近地面塌陷，危及施工安全。

3.2偏孔由于溶洞发育的无规则性，溶洞顶板或穿过溶洞后的底板岩面常为倾斜的，或在溶洞中有岩石探入，造成一空一实、一软一硬，常发生偏孔现象。处理偏孔的过程需较长时间，严重影响桩基施工的质量和进度。

3.3缩径常见于充填性溶洞，当溶洞内充填物为软～流塑状黏土时，容易发生缩径现象。

3.4卡钻、掉钻在施钻过程中由于施工不当，在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头，或由于严重失浆，孔内失去压力平衡，引起塌孔埋钻头等现象。

4 钻孔中采用的技术措施

根据设计提供的地质勘察资料，并结初期施工时遇到的问题，针对不同的岩溶情况，主要采取了钻孔前的预注浆处理、回填片石和粘土进行二次钻孔、钢护筒跟进、爆破松动斜面岩层等技术措施。

4.1预注浆处理法对于填充或半填充溶洞，为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并达到一定的强度（5MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，可采用注水泥粉煤灰浆的方法进行处理。通过注浆使溶洞中的砂、砾等土体经过渗透作用板结；溶洞中的稀土、亚粘土等土体经过劈裂、挤密作用得到加固，最后经过充填作用填满溶洞。

4.2回填片石和粘土进行二次钻孔①粘土片石抛填法适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，优点是方便、快捷，节省费用。②当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部流失或部分，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填时片石、粘土、水泥应分层抛填入孔，先抛入片石，再抛入水泥，最后抛入粘土，依次循环进行尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部1～2m。③溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应反复回填、冲击，直至形成泥石护壁不再漏浆为止。

4.3钢护筒跟进法

①在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取片石粘土回填、灌注混凝土仍然无法成孔时，可采取钢护筒跟进法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。

②当采用泥石筑壁法冲孔已穿过多个溶洞，并且均已造壁成功，在继续冲孔时，上面已形成的泥石护壁突然坍塌并且漏水，这时已无法再进行泥石护壁，可以将钢护筒跟进到塌孔处堵漏，漏几个溶洞，就跟几个溶洞。

③在垂直方向溶洞较多且桩基较长，钢护筒跟进很困难，钢护简不能一层跟进到底时，可先下一层大护筒跟进，这个护筒的直径应大于桩径20cm左右。当大护筒不能下沉，下面的溶洞又无法处理时，需再下一层护筒跟进。施工中为保证钢护筒顺利下沉，要求桩孔要竖直，无歪斜无缩颈。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，要用卷板机成型，钢护简要有一定的刚度，钢板厚以8～12cm为宜。

4.4爆破松动斜面岩层法

高架桥里程YDK36+469.60处5号墩桩基在钻孔中遇到的倾斜岩层，冲击锤落下后吊绳明显偏向孔壁一侧，采用小冲程和填片石的方法均未取得较好的效果。后采用水下爆破松动斜面岩层，取出锤头，将炸药用塑料袋密封后捆绑在一块较大的片石下面，以及在围绕桩边约20cm处钻孔沉放炸药，放入孔底起爆再采用小冲程进行冲击钻孔，每爆破一次可进尺20～30cm。

5 灌注混凝土过程中的问题与处理

溶洞区的桩基灌注与其他地质条件没有区别，但对溶洞发育区由于成孔过程中溶洞是否完全充填，超灌混凝土量在施工时难以掌握。在以后遇到该类情况时采用以下两种方法有效的解决了这个问题:一方面不论溶洞大小，是否有充填，都回填片石；另一方面增加混凝土原材料的储备量，灌注完成后应静待一定时间，及时观测孔内泥浆变化情况，不要急于提升导管，发现异常，要及时补充混凝土，以防造成废桩。同时，在灌注过程中要防止钢筋笼上浮。为此要使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，以减少砼的冲击力；当孔内砼面进入钢筋骨架1～2m后，适当提升导管，减小导管埋置深度；增大钢筋骨架下部的埋置深度。对于桩长小于16m钢筋笼配筋较密的桩，用Φ20螺纹钢筋一端焊于钢筋笼顶主筋上，另一端与护筒焊接。灌注的最后阶段应保证导管埋深适当深些，以确保发生异常时有补救措施。

6 成桩质量检测

孔径检测：孔径检测采用笼式井径器入孔检测，笼式井径器用φ8和φ16钢筋制作，外径等于钻孔设计孔径，长度等于孔径的3～4倍。检测时，将井径器吊起，使笼的中心孔的中心与起吊钢丝绳保持一致，放入孔中，上下通畅无阻表明孔径符合要求。

①孔深和孔底沉渣检测：孔深和孔底沉渣采用标准测锤检测。

②桩孔竖直度检测：采用钻杆测斜法，施工中将带有钻头的钻杆放入孔内到底，在孔口处的钻杆上装一个与孔径或护筒内径一致的导向环，使钻杆保持在桩孔中心线位置上，将带有扶正圈的钻孔测斜仪下入钻杆内，分点测斜，并描点绘图。

③桩基动测：采用低应变检测法或超声波检测法，检测砼灌注桩的完整性。检测首先在桩基施工时，预埋竖直测管，管的下口封死。桩直径在1.2~2.0m时应埋设3根测管。测管选用金属管，金属管采用螺纹连接。测管绑在钢筋上和钢筋笼一起下入孔内，施工中要保持管间平衡。3根检测管位置示意详见图-1所示。

图-1 检测管布置示意图

该岩溶地区的桩基经检测，其I、II类桩共801根，占总桩数的98.6%，无缺陷桩或不合格桩，表明成桩质量良好。

7 结束语

综上所述，在岩溶地区进行桩基施工必须充分了解各种复杂地质条件对施工的影响，根据地质的不同情况和溶洞的不同类型，综合考虑多种因素在施工过程中把好技术关，合理地选用经济、合理、有效的处理措施，就能解决岩溶地区桩基的施工技术难题，在保证施工安全的同时，实现工程质量和经济效益的双赢。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。