浅谈岩溶地质桥梁桩基溶洞的处理措施
2016-11-21
近年来高速公路往山区方向延伸，桥梁工程所占比例较大，桥梁施工的规模也随之增加。广西多数地方属于喀斯特地貌地区，岩溶比较发育，在桥梁桩基施工中遇到溶洞不可避免。本文结合百色至靖西高速公路BJ-A10合同段的多安大桥桩基施工中，通过遇到溶洞所采取的技术方法分析、实施与总结，最大程度地加快了桩基施工进度；不但使施工质量可靠，而且又能避免因桩基溶洞处理不妥导致的质量事故和处理费用的增加，以达到经济效益和社会效益最佳效果。
1 工程概况
百靖高速公路BJ-A10合同段多安大桥位于百色市德保县那甲乡多安村，右幅18跨，桥长547 m，中心桩号为K41+560；左幅22跨，桥长667 m，中心桩号为ZK41+625，共有88根桩基。桥梁上部构造采用后张法预应力混凝土T梁，先简支后连续结构；下部构造采用柱式墩，肋板台，钻孔桩基础。多安大桥下构桩基础，其中有φ1.2 m桩8根，φ1.5 m桩4根，φ1.6 m桩52根，φ1.8 m桩24根。
2 设计工程地质资料情况
该大桥桥址上覆盖第四系冲洪积层和坡积层，下伏基岩为泥盆系中统东岗岭阶灰岩和粉砂岩；岩溶较为发育，岩溶垂直发育和顺层发育；但设计显示桩基地质资料全桥只有8根遇到溶洞，而且溶洞规模小，钻探资料显示有遇到溶洞的桩基都只有一个小溶洞。
3 实际施工遇到的地质情况
经施工后发现，同时采用7台钻机施工的7根桩基，钻孔入岩层后，全部遇到溶洞，而且施工过程中钻孔击穿溶洞漏浆的频率非常高；经初步判断，为溶洞、溶槽裂隙所造成。从实际施工中揭露出设计单位提供的地质钻探资料严重失真，设计工程地质资料描述溶洞情况不切合实际。后将此一情况报监理、业主单位，经过设计单位重新进行逐桩地质钻探的资料显示：覆盖层下的灰岩层岩溶比较发育，该桥除了0#桥台外，其他桩位地质情况均不同程度遇到溶洞；且溶洞呈多层性、成串珠状、溶洞间隔小（两层溶洞间的岩层后最小的仅仅为30 cm），规模也比较大。
4 溶洞处理措施不当给桩基成孔带来的危害
钻孔桩遇到溶洞地质，在冲孔过程会不同程度的出现塌孔、埋锤、反复漏浆；甚至在成孔后放置了钢筋笼，或混凝土灌注时仍会出现塌孔、漏浆、混凝土流失等情况，结果导致出现断桩，混凝土灌注无法进行而告终；造成项目进度迟缓，费用增加，信誉受损。
5 大面积出现溶洞的原因分析
本合同段位于广西百色市德保县那甲乡多安村，属于喀斯特地貌。此地貌分布在我国的广西、云南、贵州等地诸多，是典型的溶洞发育地区。然而，在施工前对多安大桥的地质、水文情况进行调查时发现，附近有多处消水溶洞，地表水沿地面消水溶洞流入到地下河径流而迅速消散，由于溶洞的形成主要原因是受石灰岩地区地下水长期溶蚀的作用，因此，判断出该桥在桩基施工时会遇到较大规模的溶洞。后经逐桩地质钻探资料显示得以验证。
6 处治方案
首次出现多台钻机在冲孔过程发生漏浆、塌孔时，先对原设计图纸的地质情况进行查明，提出重新对桩基地质资料进行补钻，后经监理、业主同意实施。项目部在补钻的地质资料得基础上，对原桩基施工方案进行了调整；采取延长钢护筒，回填片石和土、添加水泥、减小冲程等施工技术处理措施预防桩基漏浆、孔壁坍塌，同一断面反复漏浆的情况。
7 施工工艺及溶洞处理措施
7.1 钻孔桩施工溶洞处置方法
钻孔桩的施工流程：施工准备―钻机就位冲孔―钢筋制作与吊装―桩身水下混凝土灌注。
（1）施工准备。测量放样，整平钻孔桩施工范围内的地面，宽度约150cm，以方便钻机就位冲孔；备好直径>10 cm设计桩径，钢板厚度>11 mm，每节长度1.5 m的钢护筒；片石约60 m3；粘土约30 m3；水泥约10 t，稻草、破旧安全网等纤维物材料。落实好施工组织计划和应急处理小组人员。
（2）桩基冲孔。钻机沿主轴方向进行分隔桩冲孔，当桩身混凝土终凝后方可进行临桩冲孔。
（3）覆盖层地质不良，比较松散，桩孔容易塌方；根据实际情况，调整了施工方案，桩基施工前埋设的钢护筒，从原来的方案要求的3 m，增长到5 m，作为孔顶支撑稳定结构，减轻孔顶段对泥浆护壁的依赖；并且孔顶8 m范围内严格控制冲程不得大于0.5 m，其他覆盖层段控制不得超过1.0 m，采取小冲程进尺，钢护筒支撑控制，便可形成入孔处0～5 m密实稳定的护壁。
（4）钻探资料揭示溶洞不是很大的，可以通过小冲程挤压粘土、片石混合料形成较密实稳定的护壁。但回填土石比例对成孔十分重要，具体要根据溶洞的大小有所区别，小于1 m的土石比例可控制在3∶1；大于1 m小于2 m的土石比例控制在约3∶2；大于2 m的，土石比例控制在约1∶1，并要增添加水泥，水泥用量控制在每5 m3土石回填约添加1 t；回填的土石要掺合均匀。
（5）在待回填的土石中预先掺拌稻草、破旧安全网等纤维物。增加一定的纤维物，土石掺合回填后，通过冲孔冲锤的挤压，在溶洞处形成的护壁整体性比较好。
（6）调整回填后冲孔至孔顶补丢片石离孔底的高度，原是冲至判明孔顶开始丢片石，调整至离判明击穿孔口顶以上3 m，每钻进50 cm补丢0.5～1.0 m3的片石。
（7）片石的尺寸，原方案中用普通片石，没有强调片石尺寸，现调整为控制回填片石尺寸，不得超过20 cm，而且要求有一定的开级配。
（8）根据施工记录的数据分析，发现冲程的大小对挤压形成的护壁的密实性是十分重要的，冲程过大，形成护壁不够密实，小冲程可以形成密实良好的护壁，但是冲程过小，施工进度缓慢。选择比较合适的冲程，根据实际调整冲程，由原来方案的1 m，减少至50 cm较为合理。
（9）加强现场管理，严格按上述施工方案、措施、工艺实施，同时，做好钻孔的过程检查、记录，并对每次处理溶洞的效果进行总结与评价。
8 溶洞处理技术应用效果
从2011年3月28日至2011年7月28日，4个月时间7台套钻孔机械，完成14根桩基，平均每台钻机每月完成0.5根。2011年8月，项目部采取上述桩基施工溶洞处理方案后，处治效果显著，平均每台钻机功效提高到每月完成1.0根，在后续的桩基施工中遇到溶洞时能有效的预防塌孔、漏浆，成孔后反复漏浆的情况发生。
9 结语
通过对百靖高速公路BJ-A10合同段多安大桥桩基施工，可以看出溶洞处治的施工技术及工艺科学合理性，对桩基施工的进度、质量、成本控制起到关键性作用。当桥梁地质遇到喀斯特地貌石灰岩地区溶洞发育较成熟时，可采取此方案来进行钻孔桩施工，以取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 中交四航院，百色至靖西高速公路BJ-A10合同段的多安大桥桩基地质勘查报告[R].2010.
[2] 广西新桂检测公司补钻地质勘查报告[R].2011.
[3] JTG/TF50-2011，公路桥梁施工技术规范[S].
[4] BJ-A10合同段的多安大桥桩基专项施工方案[R].2011.
