基于熔岩地质的桥梁桩基施工方法研究

韦化洋

(广西桂通工程咨询有限公司，广西 南宁 530028)

0 引言

随着我国桥梁工程领域技术的不断发展和完善，越来越多的高技术含量、高技术难度的桥梁在不断地施工、建设，部分桥梁的工程标准和参数要求在国际上处于领先地位。由我国自主研发的一系列桥梁施工和建造设备也大批量地涌现，在各种复杂的地质结构环境下建设桥梁已不再是工程难题。在众多特殊地质条件下的桥梁施工中，熔岩地质可谓一种特殊的地质构造。由于其地质环境的复杂性，决定了桥梁在这种地质环境下施工具有特殊的难度。目前，国内外对基于熔岩地质的桥梁桩基施工技术的深入研究已逐步开展起来，但国内关于此类工程的文献较少。本文通过对熔岩地质区域特殊地理环境的深入研究，全面总结了此类地质条件下桥梁桩基施工的技术难点和注意事项，针对熔岩地质条件下的桥梁桩基施工过程中可能存在的问题和安全隐患，提出了相应的预防措施。最后提出了基于熔岩地质的桥梁桩基施工的具体方案，为将来此类工程难题的解决提供一定的技术参考。

1 熔岩地质构造

熔岩地质是由于火山岩浆的喷泄并经过长期的地质构造变化而形成的特殊地貌。该地质构造常分布于历史火山频发地以及当前火山的活跃地区，在日本、澳洲以及中东半岛、阿拉伯地区较为常见。在我国东北部的长白山、西北部的阿尔泰山以及海南琼山、浙江绍兴、四川峨眉山等地也分布着大量的熔岩地质。在此类地质结构的桥梁施工过程中，通常采取避绕的方法或凭借以往的施工技术经验来完成桥梁的建设工作。随着我国路桥事业的不断发展和进步以及现代化路网系统的不断扩容和完善，各地区的路网密度也在不断加大，穿越熔岩地质的公路和桥梁势在必行。因此必须对其地基、路基的承载能力进行特殊的研究和分析，避免引起公路和桥梁在施工过程中以及竣工后的使用过程中发生塌陷或部分沉降等隐患。

2 施工技术难点

在熔岩地质区域，常见沟槽、基岩等起伏地貌，这些因素会造成岩性的不同以及凹陷处内形状各异的石土、乱石块的存在，容易使桥墩桩基和结构基础受力不均而产生不同程度的沉降和裂缝。

2.1 漏浆现象

当熔岩区域孔洞的顶板厚度不同时，薄的部分将被冲锤所击穿，较厚的部分逐渐形成阶梯式形状，严重的情况下会使钻头掉入熔岩体内部，处理难度相当大，如果没有经验则需要协调专业队伍来进行处理。同时应查看孔内的泥浆情况，包括颜色和粘稠度的变化等，如果存在漏浆现象，则需要填埋厚石片以及黄土，直到填充物完全渗入孔洞为止，然后进行大冲程的冲孔工作。

2.2 卡钻及埋钻

因熔岩地区复杂的地质特征，使得桩基钻孔区域的地质条件经常出现差别较大的现象。如一侧为松软地质，另一侧则为坚固的岩石，在打桩过程中，很可能出现桩基孔洞偏离的现象。如果调整不及时偏孔就可能过深，同时伴有卡钻现象的出现，阻碍后续施工的继续进行。当使用冲击钻进行桩基钻孔时，孔壁常常会因为振动而被破坏，使得孔壁形状变得不规则，如变成梅花孔形状等。另外，由于没有对磨损的钻头进行及时的补焊措施，将使钻孔的直径越来越小；而新的钻头及经过补焊后的钻头的直径又非常大，致使熔岩顶板被突然击穿，旋转的钻头无法提起，造成卡钻情况发生。当在熔岩层钻孔时，钻孔横穿熔岩顶板，过大的冲程会引起熔岩顶板塌落，桩基的孔壁如果发生塌陷情况，那么就会发生埋钻的现象。

2.3 混凝土泄漏

当混凝土的密度高于泥浆的密度时，经常会发生混凝土的泄漏现象。钻孔壁侧面的压力会因水下混凝土的浇筑而变大，但孔壁的抗压能力相对较弱，使得孔壁被破坏，进而混凝土渗入到熔岩层，当熔岩孔洞较大时，就会引起混凝土不必要的浪费，并使桩基的稳定性和安全性大大降低。

3 预防措施

3.1 预测熔岩位置并监控护筒内泥浆成分变化

通过对地质条件进行勘测来估计熔岩层大体的位置，在穿过熔岩层时，应时刻监控护筒内的泥浆变化情况，包括颜色和粘稠度等指标，当发现有漏浆的迹象时，应随即拔出钻头。然后对地基进行平整，如图1所示。在桩基孔洞较小时，通过向孔内注入水或泥浆的措施来保证其内部的正常压力，也可将黏土和碎石片的混合物灌入其中来达到同样的效果。如果因熔岩层缝隙较大而造成强渗水性漏浆现象时，应通过使泥浆的比重变大或改变泥浆的粘稠度等措施来加以干预，也可以通过控制钻头的速度来进行调节。

图1 地基平整方案示意图

3.2 补水注浆

当发现有漏浆的迹象时，将钻头迅速提起并向桩基孔内补水或注浆来维持水压，阻止继续漏浆。将钻头及时更换或进行补焊，通过小冲程进行反复冲击来形成新孔壁。需要注意的是，在发现有漏浆迹象时，也可将钢护筒继续下潜，通过黏土将护筒周边的孔隙风堵住，以防水分的持续渗入，最后将黏土和碎石块填埋其中，填埋高度约为1 m左右，来实现对钢护筒的加固与封堵目的。

3.3 采用钢护筒维持钻孔标高

针对开口较小的熔岩层孔洞，在完成孔壁的封堵之后，将黏土、碎石块再次填埋其中，并高于熔岩层顶板一定的高度，对于距地面较高并且无任何填充物的熔岩层孔洞来说，应通过钢护筒监控的措施来保证钢护筒与熔岩层下部分紧密接合，将钻孔高度保持在设计规定的标高范围内。

4 基于熔岩地质的桩基施工方案

4.1 泥浆造壁

该方法依据的是熔岩层孔洞内填充物种类及特性，即在正常使用泥浆进行灌注的同时，混入特定比例的烧碱与碎木屑的混合物，通过钻头的振动作用，将混合物渗入熔岩层的孔洞内和缝隙中，使得孔壁在不间断的钻孔过程中形成闭环效果，以实现泥浆保护孔壁的作用，需注意的是在不同的环境条件下，泥浆成分的配比参数应相应变化。具体配制数据如表1所示。

表1 泥浆成分配制数据表

4.2 熔岩注浆

针对熔岩层地质较复杂的施工区域，为避免在桩基钻孔过程中出现护壁塌落和地基沉降等现象发生，应通过对所提供的地质勘测资料仔细分析后对现场进一步勘察，对路堑及边坡熔岩孔洞采取封堵措施，以确认所要加固的区域范围，确保施工的顺利进行。所浇筑的泥浆配比如下：水灰比W/C为0.9～1.0左右，所浇筑的泥浆的压力为0.1～0.2 MPa，针对连续浇筑量在10 t以上的水泥应在泥浆中混入80%左右的水玻璃浆。路堑及边坡熔岩孔洞封堵措施如图2所示。

(a)

(b)

5 结语

本文旨在通过对基于熔岩地质的桥梁桩基施工技术进行深入研究，分析熔岩地质条件下桥梁桩基施工对环境的特殊要求。首先对熔岩独特的地质构造进行了阐述，随后分析了工程实施过程中所遇到的一些难题，最后提出了泥浆造壁和熔岩注浆的施工方案，以此确保在熔岩地质条件下的桥梁桩基施工过程的稳定性和安全性。本文对于类似地质情况下的桥梁桩基施工技术具有一定的参考价值。

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