岩溶地质下桥梁桩基施工应对措施研究
2016-11-21
1. 岩溶地质的形成及其对桥梁桩基施工的影响
（1）可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石在含有CO2的地表水或地下水的长期溶蚀作用下，往往会产生落水洞、溶洞、溶槽、塌陷以及暗河等典型的喀斯特现象，这一现象广泛分布在我国华南、西南等地区，涉及的范围大、面积广，是水利、交通、建筑工程中经常会遇到的地质问题。尤其是随着次生风化作用的发生，岩溶地层逐渐被覆盖于地下，并在地下水的作用下继续溶蚀，随时可能发生地面塌陷等不可预见的问题，给工程施工的安全性和稳定性带来了极大的风险。
（2）作为支撑结构荷载的关键组成部分，桩基础的质量在很大程度上决定了桥梁的整体工程效果。而不可预见的岩溶地质对桩基础质量控制的不利影响是显而易见的。一方面，由于岩溶的范围、层数、大小、填充状态等都依地段的不同而不同，很难对其进行准确的预估和计算，因此必须根据每个桩位的实际勘测数据，制定有针对性的措施，方可确保成桩顺利，这也就大大增加了设计施工的成本和难度；另一方面，冲孔桩等施工过程中，常出现塌孔、漏浆、卡锤等问题，影响了施工的效率和进度，发生大面积塌孔时，甚至可能出现桩基垮倒等现象，危及施工人员的生命安全。有鉴于此，设计施工人员必须对桥梁工程范围内的地质情况进行细致而全面的踏勘工作，充分了解施工现场地质条件的特点与复杂性，并在此基础上制定科学的施工方案，确保桩基础施工安全顺利地进行。
2. 岩溶条件下桥梁桩基施工的准备工作
2.1施工前的准备。
2.1.1地质勘查。鉴于岩溶地质的复杂条件，须采用地质调查测绘、水域地震反射波勘测、地质钻探、跨孔弹性波CT物探等多种勘察手段，并对勘察结果进行精确、科学的综合分析。其中水域地震反射波勘探常见于工程的可行性研究阶段，该方法可以从宏观上了解岩溶的分布和发育情况，能为桥位及线位提供调整依据；地质钻探则是工程中最常见、也最直接有效的勘察手段之一，该方法对钻孔一定范围以内的地质情况进行分析，可为桩基础的设计和施工提供明确的指导；在详勘阶段，若逐桩地质钻孔不足以反映溶洞的整体分布情况，还应以地质跨孔弹性波CT物探作为补充，如对溶洞分布比较广泛的主墩、过渡墩和部分引桥墩进行物探，并结合地质钻探的柱状图资料，进一步反映出钻孔间剖面的岩溶分布情况，使溶洞的大小和分布范围得以更全面、清晰的揭露，为桩基的设计提供更充分的依据。
2.1.2动态设计。在岩溶发育程度较高、持力层基岩不完整的情况下，往往存在终孔标高确定困难的问题，此时可采取动态设计，即通过将勘察资料与施工过程中所得资料进行对比，对终孔标高作出及时调整，从而确保桩基承载力满足技术要求。设计中还应注意，由于桩基施工过程中采用的泥浆比普通桩基成孔所用泥浆要稠，且采用钢护筒跟进成孔会使桩周岩土的摩阻力有一定程度的下降，因此应适当提高计算的安全系数。
2.1.3机械设备及施工材料的准备。施工所需的泥浆、黏土、水泥、石片等材料必须备齐、备足，并经严格的材料质量检验合格后方可进场。制浆池、储浆池、沉淀池等均应设置于钻机附近，确保循环浇灌连接顺畅。提前准备好振动锤、钢护筒等机具，并预备吸泥、打捞等应急机具，以防施工设备运行故障等突发事件的发生。
2.2溶洞的预处理。应根据施工现场不同溶洞的发育特点制定具体的预处理方案。对土洞或小型溶洞可采用袖阀管注浆法进行处理。溶洞、土洞处理边界的注浆孔采用水玻璃与水泥浆的双液浆，中央注浆孔采用水泥浆、水泥砂浆、水泥粉等单液浆，注浆顺序为先边界孔再中央孔。对中型溶洞可采用泵送低标号素混凝土进行处理的方法。钻机成110mm孔，由地面插入多根PVC管至溶洞洞顶内，利用混凝土输送泵通过100mm钢管往洞内泵送水泥砂浆或低标号素混凝土，直至灌满溶洞即可。对大型溶洞则应采取吹填砂并泵送低标号素混凝土的处理方式。可用钻机成110mm孔，由地面插入多根PVC管至溶洞洞顶内，先吹填砂，再利用混凝土输送泵通过100mm钢管往洞内泵送水泥砂浆或低标号素混凝土，直至灌满溶洞。
3. 桩基施工中的应对措施
3.1片石黏土筑壁施工法。片石黏土筑壁法主要是针对漏浆较少、未出现塌孔问题、洞高<2m的小溶洞，采用体积1∶1的片石与黏土通过多次回填和反复冲击，使其形成泥石护壁且不再漏浆。使用该方法时，应经常检查泥浆液面高，避免使浆液过度下降导致的塌孔。若处理过程中如出现多次处理无效或塌孔等恶化情况时，应按下述钢护筒法进行施工。
3.2钢护筒施工法。溶洞中出现严重的漏浆现象、塌孔现象、泥浆液面下降过大、或使用片石黏土筑壁法效果不明显时，则需采用钢护筒法对溶洞进行处理。首先，应根据桩径选择不同厚度的钢护筒，如>1.4m的桩应采用16mm厚钢板加工的护筒，<1.2m的桩则应使用14mm厚的钢护筒；护筒由吊机吊至指定桩孔位置，经分节焊接后，用振动锤将其下沉至岩面即可。筒顶应高于地面0.5m～1.0m。其次，成孔施工中应根据在已下沉钢护筒底是否还存在溶洞，确定钢护筒是否需跟进，即一面冲孔一面接高护筒，并将其震动下沉至已完成的孔内，以隔断溶洞内地下水等的活动。当采用上述步骤完成成孔任务后，即可按照一般冲孔桩施工工艺进行下一步工序的施工。
3.3全回转全套管施工法。全回转全套管法是一种目前应用于工程实际中较先进的机械施工方法，可钻进150MPa～200MPa强度的岩石。施工中通过全套管对岩壁进行保护，不需回填片石及黏土，也不用另下护筒，且可根据实际工程情况，完成对钻压、钻速、以及扭矩的自动控制与调节，使钻进过程更加简便、精确。套管在混凝土灌注后方拔出，为防止此环节中混凝土浆体的流失，应在混凝土中加入适量速凝剂，并应通过现场试验掌握好最佳拔管时间。
4. 结语
岩溶地质的随机性和不可预见性给桥梁桩基施工带来了巨大的安全风险，但在我国很多地区，建设工程都不可避免地要在岩溶地质范围内进行。为有效降低复杂地质条件对施工质量的影响，必须加强对地质详情的踏勘工作，从而对工艺风险进行准确评估，并以因地制宜为原则选择最合理、可靠的预处理及施工方案，提高桩基础工程的可操作性和可控制性，为整个桥梁工程质量目标的实现奠定坚实的基础。
参考文献
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[文章编号]1619-2737（2014）03-12-590
