浅析溶洞区桩基施工方案选择及控制要点

谢正权 张海霞

摘要：文章通过分析某高速公路汪昌段第三合同段溶洞区桥梁桩基础施工的方法，阐述了溶洞区桥梁桩基础施工的方案选定及控制要点，为类似工程施工提供经验借鉴。

关键词：溶洞区 桩基施工难题

中图分类号： TU473.1 文献标识码：A文章编号：

Abstract: by analyzing a highway WangChang period of the third contract section area karst cave bridge pile foundation construction method, this paper expounds the cave area bridge pile foundation construction scheme and the control points, for similar project construction to provide the experience for reference.

Keywords: cave area pile foundation construction problems

一 工程概况

某高速公路第三合同段锦里大桥东接平峰山隧道，西连临安互通，桥梁所属位置为青山湖水库滞洪区，其间小溪呈S型沿路线穿过，桥长682m，桥孔为27×25m预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩台，原设计基础为端承式桩基础，嵌岩深度为0.4d(d为桩基直径)，共有桩基116根，桩长18～26m，桩径1.5m，按设计地勘资料，该桥梁地质表层为粘土、含砾石亚粘土，其下为强风化、中风化凝灰岩，未见溶洞描述，但在桥梁施工前期，即接连发现桩基部位存在溶洞情况，并发生漏浆、塌孔等现象，故最终确定全桥重新逐桩勘探。

二 溶洞状况

根据地质勘查单位对该大桥的再次逐桩勘探及声纳检测，基本确定了各桩位溶洞分布形式、高度、空间大小及填充状态等情况。

1、溶洞分布

水平方向，溶洞主要集中在0～22号墩，垂直方向，单桩溶洞个数从1到4个不等。

2、溶洞大小

根据钻探资料，溶洞高度最小0.3m，最大8.82m，溶洞空间直径大致从1.3m到21m不等，基本呈独立形式存在，溶洞之间贯通较少。

3、溶洞内填充状态

除21号墩位处为溶槽外，其余均以溶洞形式存在，其内填充状态主要有两种：半填充和全填充，其填充物有含砾石粉砂、砂卵石、流塑状亚粘土等

三 溶洞处理方案的选择

结合勘测所确定的溶洞大小、分布形式及填充状态，经过验算，设计院重新确定了桩基终孔条件，即桩基嵌入中风化岩层0.4d且桩底中风化岩持力层厚度不小于6.5m。根据新的桩长确定原则及溶洞大小、分布形式及填充状态，并结合溶洞勘测地质资料，本桥最终确定采取三种不同的溶洞桩施工方案，以保证桥梁安全、优质、经济、快捷的完成。

1、填充夯实法

适用于溶洞高度小于2.5m的单层溶洞或高度均小于1.5m的多层溶洞桩，此种方法经济、快捷、方便。

一般钻进至溶洞层时，由于溶洞内填充物不满会造成护筒孔内漏浆，严重时会形成孔壁坍塌，而对于溶洞高度小于2.5m的单层溶洞桩采取该种方法施工，基本可避免因大量漏浆导致塌孔所带来的安全隐患，同时这种方法，材料简便，施工快捷，是最经济的处理方式。

2、注浆帷幕法

适用于同排桩有两根以上桩基处于溶洞且溶洞埋深较浅，体积较小的单层或多层溶洞。该方法可同时解决两根以上桩基溶洞问题，较单桩逐个处理快捷。

由于同排桩基处于同一个溶洞或相邻溶洞，纵向溶洞层次也较多，逐个处理耗时费力，采用注浆帷幕法可同时固结同排桩基的土体，达到一次固结，处理多根桩的目的，且注浆施工简单，费用相对较小。

3、钢护筒跟进预埋法

适用于单个溶洞高度大于6m或多层溶洞有2个以上大于2.5m，体积较大，填充物为流塑状或半填充状态的溶洞桩，此种方法费用较高，施工要求高。

由于大体积溶洞内大部填充不满，且填充物以流塑状居多，稳定性差，采用前述方法较难实施，为确保施工安全且保证桩体质量采用此种方法，使之形成孔壁支撑，但由于此种方法钢护筒加工、拼接繁琐，成本较高，故仅针对少数大溶洞桩基实施。

四 施工控制要点

由于溶洞发育的不规则性、分布的不均匀性及填充物的不稳定性等，溶洞桩的施工难度较大，虽然通过前期的地质补勘，初步查清了溶洞的分布及性状等，并制定了详细的施工方案及预案，但在施工中仍出现了一些问题，根据本桥实际施工情况，以下几点施工注意事项需要重点预防和控制。

1、施工平台的搭设

在本桥的施工中虽然制定了详细的防塌孔措施，但17-3号桩基施工时仍发生了漏浆塌孔现象，造成钻机倾斜，所幸并未造成安全事故，因此，在桩基开钻前，稳固的钻孔平台是确保安全生产的重要环节。一般溶洞桩钻机平台的搭设，钻机下枕木或钢管需加长设置，形成较大纵横框架结构，并加深护筒埋设深度，夯实钻孔平台周边的土层，尤其是护筒开挖后的回填土，使孔壁坍塌后钻机仍可处于一个稳固的平台上，避免安全事故发生。

2、漏浆补偿

由于溶洞中部分仍为半填充状态，施工击穿溶洞顶板时，势必会使孔内泥浆形成流失，而泥浆流失则使孔内外形成压力差，极易发生塌孔、缩颈现象，如何在发生泥浆流失时以最快的速度补充泥浆，平衡压力是防止上述现象发生的关键。在本桥施工时，根据逐桩地勘资料，针对每根桩基溶洞的大小及填充状态，估算了泥浆流失量，并在就近地方设置预备泥浆及充填物，同时根据垂直方向溶洞位置、高度，在钻近至溶洞顶板时，增派技术人员、工人及机械，以便及时处置漏浆。

3、溶洞充填

溶洞充填质量的优劣直接影响成孔及桩孔质量，主要从两个方面控制：

（1）材料的制备

溶洞充填材料一般以土石混合料为佳，土石混合投入，石料含量控制在70%左右，土料尽量选择粘土，石料选用片石，且不得用风化石，卵石等。

（2）充填方式

成孔充填宜反复进行，充填钻进2m左右即提出钻头重新投料，然后重新冲砸钻进，根据溶洞填充状态，每段如此循环2-4次直至溶洞底，这样可使溶洞段土层形成密实挤压，孔壁坚实不易塌孔。

4、钻进控制

溶洞桩的钻孔过程极易发生卡钻、掉钻、钻孔倾斜等现象，为防止这些现象的发生，钻进过程中必须随时检查钻具，控制钻进速度、冲程等。

（1）破顶控制

溶洞顶部岩层一般破碎，岩质较软，因此在钻进至溶洞顶1m左右时，必须检查钻机钢丝绳、卡具等的完好性，同时采用小冲程钻进，防止突然冲破溶洞顶板时钻锤猛然下落崩断绳索掉钻。同时在即将破顶时，钻锤需适当改变方向，旋转钻进，使溶洞顶板岩层边角破碎，防止卡钻。

（2）倾斜度控制

由于岩石表面不平整，顶板厚度不均，如本桥15-1号桩基从一个溶洞边缘通过，桩径内顶、底板岩层均呈斜向分布，在这种地质情况下，极易形成斜孔。故在钻进至溶洞顶、底板时应随时保持钻锤处于垂直绷紧状态，并采用小冲程方式逐步破碎岩面钻进的方法，随时控制钻孔倾斜度，保证成孔质量。同时一旦发现钻孔已经发生倾斜，则必须及时停止钻进，回填片石或低标号混凝土至发生倾斜的部位，进行纠偏复钻，直至倾斜度满足设计规范要求。

5、浇筑控制

溶洞桩的浇筑控制主要是观察灌注混凝土面变化情况，在本桥5-4、20-1号桩施工时，灌注混凝土面在超过溶洞顶继续浇筑时，发现混凝土面的上升高度与混凝土用量明显不符，两桩分别超灌混凝土16.5m³、11.0m³，究其原因，应为溶洞段孔壁无法支撑混凝土压力，使混凝土压入溶洞空间所致，因此在溶洞桩混凝土浇筑时，必須加强混凝土面的变化观测，并适当加大导管埋设深度，在浇筑结束后延迟拔管，防止混凝土在浇筑完成后产生变化导致桩长不足现象

结束语

溶洞区桩基施工的方法很多，如何因地制宜的根据溶洞形态选择合适的施工方案，使工程安全、优质、经济、快捷的完成，是衡量一个项目措施得当与否的关键。而本工程通过对具体桩基的分析，根据不同的溶洞形式、大小采取不同的处理方法，取得了较好的经济价值和质量效果，并经过摸索，积累了施工经验，为今后类似工程施工提供了借鉴。

参考文献

[1]《桩基工程》主编张忠苗 中国建筑工业出版社 2007.12

[2]《桩基优化设计与施工新技术》主编 顾国荣 人民交通出版社 2010.2

[3]《桥梁工程师手册》中国建筑出版社 2009.5