岩溶地区桩基础施工技术在南京长江第四大桥南接线工程中的应用

陈根香

摘 要 :在岩溶地区进行桥梁桩基础施工中,经常会遇到溶洞,导致桩基础施工难度加大。文章结合工程实例,介绍了南京长江第四大桥南接线工程S3标段岩溶地段桩基础施工技术。

关键词:桥梁工程；桩基础；溶洞处理；施工技术

Abstract: in the karst area bridge pile foundation construction in karst, often encounter difficulty, leading to pile foundation construction. This article unifies the project example, introduced Nanjing fourth Yangtze River Bridge south of section S3wiring engineering construction technology for pile foundation in Karst area.

Key words: bridge engineering; pile foundation; treatment of cavern; construction technology

高速公路桥梁施工过程中，由于自然条件原因在进行下部结构即桩基施工过程中,经常会遇到岩溶地区。岩溶地区的情况迥异,有单个溶洞、多个溶洞串联等情况,给桩基施工带来一定的困难。按照不同情况对溶洞进行分类,并且在具体施工时,根据实际情况做好准备工作,防止在施工中出现意外情况。对岩溶地区桩基如何施工进行研究,对现场施工具有一定的指导意义。本文结合工程实例,介绍了岩溶地区桩基施工技术,希望对其他同类工程的施工具有一定的参考价值。

一、工程概况

南京长江第四大桥南接线工程第S3标段（K27+015.621～K29+744.749），线路全长2.765KM，主线桥梁1座大桥，2座分离立交，全线均为桥梁。其中K27+015.621～K27+975.621为规划1号路分离立交，全长960米。规划一号路在1#墩～29#墩范围内均存在规模大小不等的溶洞。

该路段位于九乡河带状平原侵蚀堆积区，基岩为碳酸盐岩。经勘查，桥址区K26+835.621～K27+950段溶洞发育，岩溶发育层位深度多为25.0～35.0m，岩性多为泥晶～粉晶灰岩、泥质灰岩，溶洞充填类型多为全充填，充填物多为硬塑状粉质黏土夹少量灰岩碎块，局部为软塑～可塑状粉质黏土或空洞。该路段溶洞高一般为1.0m～9.8m，最小溶洞高0.5m，最大溶洞高达27.1m。单层溶洞极少，部分溶洞为2到3层，大部分溶洞在4～6层之间，个别溶洞层数多达6层以上。规划一号路分离立交全桥132根桩基，有溶洞的桩基占60％以上。

二、溶洞的分类

类别 溶洞特征 充填物情况

小型溶洞 单层洞高小于2m，全填充，漏水或半漏水小型溶槽、溶沟、小裂隙等 粉质粘土夹灰岩、碎石，成软塑状

一般溶洞 洞高小于2m的半填充溶洞或2～5m的全填充溶洞，二层以下串珠状溶洞 粉质粘土，塑状粘土

大型溶洞 二层以上串珠状有充填溶洞；5m以上全充填溶洞。 粉质粘土，软塑状粘土

特大型溶洞 大型溶洞，多层串珠状已充填或充填物差的溶洞。溶洞的规模覆盖到相邻桩位或更大。 粉质粘土及灰岩碎块充填，局部有灰岩薄夹层

三、溶洞地段桩基施工的常用方法

在溶洞地区进行桥梁桩基施工非常困难,事故多,进度慢,成本高。因此,施工前应熟悉地质报告,弄清溶洞所在位置、溶洞大小、有无充填物、是否漏水等情况，据此确定每个桩的施工方案；同时在施工中还要注意观察桩的地质变化,以采取相应技术措施。

3.1 常规成孔法(按无溶洞地质考虑)

当溶洞内有可塑或软塑的亚粘土充填物,且溶洞不漏水时,不管溶洞有多大,也不管溶洞垂向数量多少,都可以不考虑溶洞的存在,按照正常的地质情况施工,采用人工挖孔或冲击钻成孔。该方法主要适用于溶洞处于全填充状态，且在施工过程中无漏浆和坍孔现象,完全按正常地质情况施工。

3.2 片石粘土筑壁法

当溶洞内无充填或半充填,溶洞不太大(一般在3 m 以内) ,但存在严重漏水或半漏水,护筒内水头高度不能保持时,可采用片石加粘土(按1∶1 体积比) 回填冲击使其形成泥石护壁。一次回填不能满足要求时,可反复回填片石粘土,反复冲击直到形成泥石护壁，不再漏浆为止。

3.3 静压化学灌浆法

当溶洞内有填充物填满或有流砂的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在1～3m的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂，或用此法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。

3.4 灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1．0～3．0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先抛填片(碎)石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁，水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击24小时后，待水泥的强度达到2．5MPa后，再继续冲击，穿过溶洞。

3.5 护筒跟进法

(1)、溶洞高在3.0m

(2)、溶洞高大于5．0m(多层)，且溶洞间距较大时，拟采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。

四、本工程溶洞处理方案及施工措施

4.1施工准备

(1)、做好地质超前钻探

一般情况下前期设计勘探无法做到逐桩钻探，不能完全揭露地质情况。在条件允许下，尽可能对每根桩进行逐桩钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，为制定相应施工方案提供详实依据。

(2)、逐桩确定施工方案

根据地质钻探资料以及建设方提供的勘察报告和设计图纸，对每根桩的情况进行分析分类，逐桩制定相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。

(3)、确定钻孔顺序

施工过程采取先易后难方法,先对孤立较小的溶洞桩基开钻,摸索经验,改进施工方法,再对大型溶洞以及多层溶洞进行施工，根据现场实际情况对个别溶洞采取钢护筒跟进的方法进行施工。

(4)、做好材料、设备的准备

根据溶洞的高度、大小和施工经验计算出所需的粘土和片石的数量，施工现场准备足够多的粘土、片石、水泥、泥浆、水泵。现场除应准备冲击钻孔设备外，还应备有装载机、吊车、翻斗车等机械设备，以备不测之需。

(5)、做好人员分工和值班制度

岩溶地段桩基施工的关键在于钻进过程中出现问题后，能否及时根据现场情况进行处理，问题处理的快慢将对桩基施工成功与否造成直接影响，因此要做好人员的分工和值班制度，24小时无间断对溶洞桩基施工进行监控，现场发生突发问题后，能够在第一时间进行处理。

4.2本工程溶洞地段桩基础施工方法

本工程根据地勘报告，对现场的溶洞施工进行分类，在施工过程中采用了常规成孔法、片石粘土筑壁法和钢护筒跟进法三种方法。

（1）、常规成孔法

常规成孔法和传统的冲击钻施工工艺无区别，在此不再做阐述。

（2）、片石粘土筑壁法

片石粘土筑壁法施工的关键在于确保在施工中遭遇溶洞时,不会因为泥浆突然下降而引起上部孔壁坍塌，只要确保上部孔壁的不坍塌以及地面层的稳定不下沉，就能够通过对孔内反复回填片石粘土,反复冲击，孔内形成泥石护壁，从而有效的穿越溶洞层，顺利成孔。

钻孔过程中需密切注视护筒内泥浆水位情况,以便及时发现溶洞,当溶洞内有填充物时,泥浆一般下降较慢,有时会发觉不到泥浆下降,只感觉到冲孔速度加快,过小的溶洞甚至觉察不到;溶洞内没有填充物时,泥浆会突然下降,此时需立刻向孔内回填片石和黏土并补给泥浆,待泥浆回升到护筒口，孔壁内泥浆不再下降后，方可继续冲孔,直至穿过溶洞。否则将继续对孔内补充片石和粘土，反复冲打，直至孔内泥浆不再下降为止。钻孔达到桩基嵌岩深度和桩底设计标高后,经检验符合要求,下钢筋笼,清孔和灌注水下混凝土。本工程部分桩基施工，经过多次反复冲孔-回填-冲孔作业，甚者多达6次以上，回填片石黏土达上百方，最终获得钻孔和灌注水下混凝土的成功。

(3)、护筒跟进法

对于溶洞高度大于5 m以上的桩基,若溶洞内被填充物填满,可采取上述冲孔-回填-冲孔重复作业方法成孔。若钻孔溶洞内没有填充物,基岩上层地质松软,孔壁易崩塌时,对该类桩基钻孔应采取钢护筒护壁方法，先抛填片石、黏土入孔,填充溶洞,进行冲钻,一次性穿透溶洞后,下钢护筒。

对于存在两层或多层溶洞的情况,针对现场桩基设计情况，将直径180cm的桩基钻头改大至200cm ,采用直径205cm 钢护筒跟进,钻进过程中遇小体积溶洞,则抛填片石、黏土进行钻进;如遇大体积溶洞,抛填片石、黏土进行钻进,穿过该溶洞50cm后,第一层钢护筒跟进结束。将钻头改至190cm ,继续采用195cm钢护筒跟进,以此类推直至终孔。

钢护筒跟进法施工主要分为部分跟进和全程跟进，以及单护筒跟进和双护筒跟进，根据不同的地质情况分别进行选择。钢护筒跟进法施工的关键在于钢护筒同周围上部土层能够有效粘结，在钻进过程中发生漏浆现象时，因孔内水头下降，不致使孔内发生坍塌，导致钻孔失败；同时在溶洞位置，能够有效的承载混凝土灌注时的侧压力，避免发生因压力造成的溶洞串通现象。

在施工过程中，规划一号路的11#、12#、22#、23#、29#等桩基采用了单护筒部分跟进法施工，10#桩基因地质情况较为复杂，在两次钻孔施工未成功后，选择了单护筒全程跟进法施工，顺利完成了钻孔和混凝土的灌注。全桥桩基经超声波检测,所有桩基桩身均完整,达到I 类桩标准，满足质量要求。

五、施工中易出现的问题及处理

5.1漏浆

(1)、发生原因

在冲孔过程中,由于溶洞的非全填充状态，或有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通,钻头贯穿溶洞层顶板时，泥浆迅速流失，孔内水头高度急剧下降,造成漏浆。

(2)、处理措施

施工时在孔边备足一定数量的片石和粘土,一旦出现漏浆,及时回填片石、粘土冲击造壁,并马上补充泥浆,防止水头高度继续下降。

5.2卡钻

（1）、发生原因

①、在基岩段成孔时由于桩锤磨损未及时修补；

②、在冲击时发生掉物、掉石；

③、钢丝绳冲放过多，致桩锤倾倒顶住孔壁；

④、溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。

（2）、处理措施

①、慢试法：钻头卡在中间任何部位时，应将主绳徐放-收紧-徐放-收紧，反复进行使钻头旋转从原位槽道提出；

②、冲击法：将主绳放松3-5m，用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头，使之产生松动，主绳重复慢试法；

③、辅助提升法：用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力提升。

5.3斜孔

（1）、发生原因

斜孔是由于岩石表面倾斜或出现探头石，致使钻头沿软的低的部位下滑造成的。

（2）、处理措施

解决的方法是回填片石，也可以灌注水下砼，待强度形成后用小冲程反复冲击，直至调正过来为止。过大的冲程会成孔不圆，造成斜孔，一般应采用1-4m为宜。

5.4埋钻

（1）、发生原因

漏浆塌孔是造成埋钻的主要原因。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外,如果未及时提钻,漏浆后坍孔,钻头便被埋在孔中。

（2）、处理措施

①、人工挖土钢护筒跟进法

桩孔进尺10m以内,地下水易于控制,没有大的承压力,人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石,边护筒跟进,一直挖到钻头位置,护筒也跟进到钻头位置。

②、真空吸渣法

将导管置于坍孔的底部,用9m3空压机通过50～66 mm 钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔石头的粒径不大于25 mm的情况。

5.5掉钻

（1）、发生原因

①、锤体质量有问题，造成锤体断裂；

②、钢丝绳断裂；

③、进尺时遇到大溶洞，且填充物为软塑性土质或空洞时，因为控制进尺，冲锤一下进尺数米，引起掉锤。

（2）、处理措施

①、选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起；

②、确实无法捞起时，请设计单位提出桩基修改方案。

六、结束语

实践证明, 岩溶地质条件的桥梁进行桩基施工时,为了保证施工质量,在施工前要对地质情况进行综合分析,根据分析结果选择合适的桩基类型,制定合理的施工方案。本桥在施工过程中充分考虑了导致泥浆漏失、塌孔等病害产生的原因,提前做好准备,为确保桩基施工质量打下了基础。最后,通过桩基检测试验,结果表明该桥所有桩基质量优良,完全满足设计要求。

参考文献：

[1] 中交公路规划设计院南京长江第四大桥南接线工程施工图及地勘报告 2009（9）

[2] 中华人民共和国交通运输部公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011） 2011（6）

[3] 吴健强. 串珠岩溶和富水不良地质桩基成孔技术探讨[J].山西建筑,2009(4).

[4] 王连玉,王浩. 析岩溶地质对桩基施工的影响及应对措施[J].科技信息,2009(5).

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