浅谈肇花高速公路S114跨线桥桩基溶洞施工

【摘 要】针对肇花高速公路S114跨线桥岩溶地质情况异常复杂，特别是溶洞呈串珠状发育，相互联通且富含地下水，在此地区施工钻孔灌注桩，给施工造成了较大的困难，本文提出了处理溶洞的病害分析及处治对策。

【关键词】桩基；溶洞；护筒；成孔

1、前言

肇花高速公路S114跨线桥桥址均处于石灰岩地区，在桩基施工中存在着规模、分布及充填情况各异的溶洞。覆盖层主要为易垮的煤系地层、流塑状淤泥及中砂层，而且具有埋深较浅地下水，针对这一复杂的工程地质条件，提出了在不同规模溶洞中施工桩基的处治措施。

2、设计概况

S114跨线桥设计荷载：汽-20、挂-120。原桥桥梁主要设计参数及勘探情况如下：

3、工程地质水文地质概况及特点

3.1 地形地貌

桥址处于低缓丘陵间洼地。

3.2 地层岩性

3.2.1 覆盖层：包括素填土、淤泥质土、亚粘土及中砂层、局部夹煤层，厚度不一。层厚为0.90-10.80m，主要由灰红色、灰黄色、灰黑色组成，土质松散是钻进成孔过程中易垮地层。

3.2.2 基底主要为强风化、中风化、微风化白云质灰岩。

强风化白云质灰岩：灰白色，原岩结构大部分破坏，含白云质灰岩角砾，半岩半土状，层厚为8.0m左右。

中风化白云质灰岩（T3）：灰白色、灰红色、隐晶质结构、块状构造、岩质坚硬，层厚3.8m左右。

微风化白云质灰岩（T3）：灰色、灰白色、隐晶质结构、块状构造。新鲜、坚硬，岩心呈长柱状。

4、水文地质条件

桥址水文地质复杂，特别是地下水渗流强，尤以平面运动和垂直运动显著，且岩层易漏失，补给区来源主要为煤系地层及砂层，因此补给源异常丰富，因而，这一地下水将对成桩存在着直接的影响。

5、溶洞分布特征

针对桥址区富含地下水和岩溶异常发育的现状，采用了逐桩钻探，结合超前钻探的方法，初步查明了桥址的溶洞分布情况：

5.1 从平面来分析：岩溶发育非常复杂，平面上呈带状分布，主要表现在溶洞和夹层规模较大，且灰岩岩面因溶蚀呈凹槽状，更有半边岩现象，部分岩块残留覆盖层中。

5.2 从垂直方向上分析：溶洞和溶蚀、裂隙主要在基岩面附近发育，岩溶发育程度总体上随深度逐渐减弱。溶洞发育千姿百态，主要呈空洞、半充填和全充填出现，充填物为流塑状淤泥、流砂、卵砾石和溶蚀残留的岩块。并相互呈串珠状、漏斗状分布。

6、施工危险等级

根据桩基位置、地质情况以及既有道路等对桩基施工危险性进行等级划分，共分为三个等级：A等级（高危险等级）、B等级（中危险等级）和C等级（低危险等级）。

6.1 符合A等级（高危险等级）的情况如下：

6.1.1 溶洞特点符合以下之一或者全部情况：

6.1.1.1 桩位处单个溶洞的洞高大于或等于5m，且洞内无填充或填充物为淤泥状物体；

6.1.1.2 桩位处存在串珠状溶洞，溶洞顶板均小于或等于1m，洞内无填充或填充物为淤泥状物体；

6.1.1.3 桩位处区有地下河或地下水流通过，或桩位处溶洞与周边邻近地质钻孔的溶洞可能存在联通通道；

6.1.2 覆盖层性质符合以下之一或者全部情况：

6.1.2.1 桥位处覆盖层存在土洞；

6.1.2.2 桥位处覆盖层存在较厚的软弱层，如砂层、淤泥层等。

该等级的主要分布桩号范围为： K28+980～ K31+541，长度为：2561m，墩号范围为：28～124#墩，共计桩基419根。地表结构物主要为：14个渔塘及美林湖，地表上有高压线4根、地方路12条，仅与山前大道收费站相距36m，与山前大道收费站办公楼（三层）相距27.5m。典型地质剖面图如下

6.2 符合B等级（中危险等级）的情况如下：

6.2.1 桩位处存在单个溶洞或串珠状溶洞，但洞内均有较好的填充物；

6.2.2 桩位处覆盖层存在软弱层但较薄；

该等级的主要分布桩号范围为：K28+564～ K28+819，长度为：255m，墩号范围为：15～21#墩，共计桩基26根。地表结构物主要为：一个渔塘、九曲河及S114，一根高压线。典型地质剖面图如下：

6.3 符合C等级（低危险等级）的情况如下：

6.3.1 桩位处无溶洞；

6.3.2 桩位处覆盖层无软弱层。

该等级的主要分布桩号范围为：K28+188～K28+564，长度为：376m，墩号范围为：0～15#墩（15#～1桩），共计桩基69根。地表结构物主要为：三个渔塘及三个民房

7、桩基施工的病害分析

7.1 符合A等级（高危险等级）的病害如下：

7.1.1 土层中存在流塑状的淤泥层、孤立的风化残余岩块及土层中存在的砂层、土洞，可能在施工过程中造成突然大面积的塌孔和地面塌陷。

7.1.2 岩溶区中的溶洞规模大小不一，其充填物较为复杂或没有充填，同时可能会在溶洞内遇到坚硬的岩块体；基桩穿越岩溶区时可能造成大规模的跑浆、偏桩现象。

7.1.3 由于串珠状的溶洞发育，可能导致持力层不符合设计要求。

7.2 符合B等级（中危险等级）的病害如下：

7.2.1 溶洞中规模较小，且充填物较好，可能在施工过程中造成局部的塌孔和地面沉降。

7.2.2 虽然岩溶区中的溶洞规模不大，但仍可能会在溶洞内遇到坚硬的岩块体；基桩穿越岩溶区时可能造成偏桩现象。

7.2.3 溶蚀裂隙发育区存在小溶洞或小规模的溶洞，岩石较为破碎，可能造成跑浆现象。

7.2.4 完整基岩中，岩石坚硬，抗压能力强，但局部可能存在零星小溶洞或溶蚀裂隙，导致持力层不符合设计要求。

8、桩基施工的处治措施

8.1 A等级桩基（高危险等级）

8.1.1 覆盖层处理方法

采用钢护筒防护的方法，一律采用引孔的施工工艺，确保钢护筒跟进至岩面。如有土洞则必须采用预注浆方式（根据填充物情况选取注浆材料）进行处理。

8.1.2 溶洞处理方法

对单个溶洞高度h≥5m的情况，溶洞无填充或半填充，判定有联通通道时采用水玻璃+水泥浆进行预处理，如无联通通道可采用双层钢护筒跟进，溶洞全填充则采用抛片石的方法进行处理。

对多个高度h＜5m的串珠状溶洞，溶洞无填充或半填充，判定有联通通道时或溶洞顶板厚度小于或等于1m时采用水玻璃+水泥浆进行预处理，如无联通则可采用预注水泥浆处理，如无联通且顶板较厚或溶洞全填充则可采用抛填片石的方法进行处理。

溶岩如裂隙发育则采用预注水泥浆方法进行处理。

8.2 B等级桩基（中危险等级）

8.2.1 覆盖层处理方法

采用钢护筒防护的方法，一律采用引孔的施工工艺，确保钢护筒穿过软弱土层进入较好的土层2m。

8.2.2 溶洞处理方法

采用抛填法进行处理，采用抛填片石、黄土（比例为1：1）挤密填筑溶洞，形成泥浆护壁。

8.3 C等级桩基（低危险等级）

8.3.1 覆盖层处理方法

按常规施工方法设置需要的护筒。

8.3.2 溶洞处理方法

如遇到裂隙漏浆及不知明溶洞，采用抛填法进行处理，采用抛填片石、黄土（比例为1：1）挤密填筑溶洞，形成泥浆护壁。

9、结语

在溶洞发育地区施工桩基时要认真对待，特别要摸清地质情况，必要时采用超前钻验证，并研究好施工方案，准备好应急措施，灵活处理突发事故。总之，在岩溶发育区，适宜选择冲机并采用抛填粘土、片石或者下放钢护筒穿透溶洞是最经济、有效的方法，可以避免施工安全事故的发生。