临近高速公路桥梁桩基溶洞处理工艺探讨

石爱东

（中铁建工集团有限公司，北京 100160）

随着我国交通网络的不断扩大，公路桥梁的建设速度大大提高。目前，大批高速公路改扩建工程正在陆续进行，临近高速公路桩基施工不可避免，而在存在溶洞地质的高速公路改扩建工程中，临近高速公路溶洞桩基施工方法的判断和选择对老桥的施工安全、质量有决定性影响，采用适当的施工技术不仅可以达到良好的施工效果，而且有助于加强施工安全和质量的控制。文章以某改扩建工程为例，对公路桥梁桩基施工中的岩溶洞穴治理施工技术进行了总结和分析，为后续其他改扩建或临近结构物工程溶洞桩基施工提供参考。

1 某临近既有高速公路的桥梁桩基溶洞概况

某改扩建工程大桥扩建后长度600m，上部结构采用简支箱梁，主要跨径为25m和35m，全桥共计22跨；下部结构桥墩为柱式墩、桥台为座板台，基础均采用钻孔灌注桩，其中，11#～14#墩下部桩径1.6m，均为端承桩。该桥老桥长度160m，上部结构为8跨20m简支T梁桥，下部结构为盖梁+立柱+桩基，老桥墩桩基直径1.5m，均为摩擦桩。

该桥11#～14#号墩桩基沿线的地层主要为第四系地层、石炭系沉积岩、变质岩层、燕山期花岗岩层等。溶洞埋藏于中微风化岩内，揭露溶洞高1.2～28.1m，顶标高为-56.068～6.362m，底标高为-66.751～3.362m，多为全填冲～半填充状态，填充物为流塑的黏性土、松散砂层。新老桥桩基平均净距3.5m，新老桥桩基底面高差近20m，新桥桩基施工为临近结构物溶洞桩基施工，在新桥溶洞桩基施工期间如未选择合适的溶洞处理工艺，极易出现塌孔、地面沉降现象，可能危及既有道路的车辆通行安全，安全风险高，保通压力大。

2 溶洞桩基处理工艺选择及原因

2.1 桩基地质勘探

在施工溶洞桩基前，必须通过地勘进行逐桩勘探，在桩基施工前充分了解桥梁各桩基所遇溶洞的详细情况等。根据地勘及施工经验，基本确定本桥溶洞较为发育，溶洞基本为全充填形式，极少部分半充填形式。各桩基下溶洞情况与原设计不太相符，溶洞的高度与设计不相符，且岩层变化与设计相差较大。而且，为更好地把握溶洞的形式，在进行逐桩补勘的前提下，施工单位与设计单位进行详勘，即在桩基周边按等边三角形进行溶洞周围探边，确定溶洞的范围。

2.2 处理工艺选择

根据以往经验，溶洞预处理方法包括灌浆填充法和桩周加固预处理法；溶洞处理方法包括片石黏土回填法、钢护筒跟进法等。各种处理方法及钻孔的施工工艺相对成熟，本文不做详细介绍，而对各类（预）处理方法的综合选择，是保证溶洞桩基安全施工完成的重点。

该桥溶洞桩基施工为临近既有高速公路施工，施工方法的选择需以安全、保通为前提，结合该桥溶洞形式及覆盖层地质情况，施工单位对溶洞的填充情况、溶洞大小等形式进行分类处理：（1）0～3m的小溶洞，选用高压旋喷桩预处理结合片石黏土回填法的施工方法。（2）3～10m的中型溶洞，选用高压旋喷桩预处理覆盖层+双液注浆预处理溶洞+片石黏土回填法的施工工艺。（3）10m以上的大型溶洞，采用高压旋喷桩预处理覆盖层+双液注浆处理的施工方法，片石黏土辅助造壁。其中，高压旋喷桩直径0.6m，桩间距0.4m，沿桩直径D+40cm的圆环形处理；双液浆旋喷桩直径0.4m，桩间距0.8m，沿桩直径D+20cm的圆环形处理。因双液浆处理深度较深，双液浆凝固速度快，为避免双液浆凝固过快，注意水泥与水玻璃的比值不大于0.2，施工过程以现场试验为准。

对覆盖层采用高压旋喷桩预处理的原因：该地区覆盖层中砂层较厚，采用高压旋喷桩进行桩周预处理可有效形成隔水帷幕。隔水帷幕的作用：隔断新老桥桩基之间地下水的流动，避免在桩基冲击施工中发生泥浆与地下水的循环流动，产生砂层地质的接触土流失，导致塌孔现象；同时在穿过溶洞发生泥浆突然性下降，且下降幅度较大时，可借助高压旋喷桩帷幕的自立作用，避免因覆盖土层的坍塌引起老桥的沉降、偏移。而双液浆处理因其注浆压力低，处理范围小，凝固快，难以形成柱状帷幕结构，处理后强度满足不了泥浆大幅下降引起孔内塌方后的自立需要，其防水效果也较高压旋喷桩差，故溶洞上方覆盖土层选用高压旋喷桩预处理。

对于中型溶洞，增加双液浆处理全填充溶洞。在钻头冲穿溶洞时，减少泥浆突然下降的可能性，也可避免在清孔时发生溶洞范围内的再次塌陷，影响灌注施工。而采用高压旋喷桩则需要提前引孔，再次高压注浆，针对中型溶洞来说，费用过高，不够经济；同时，考虑双液注浆施工采用水钻进行成孔，可在钻孔同时取存芯样，做好各段芯样的统计与记录，与原设计地勘资料结合，进而更好地了解地下水位的深度以及岩溶发育的情况，故选择双液注浆施工工艺处理中型溶洞。另外，采用双液注浆预处理工艺还应注意根据处理深度控制浆液凝固时间，专门进行水泥浆、水玻璃配比的调试，控制注浆压力，检查注浆效果。

对于大型溶洞，采用双液注浆的施工方法全填充溶洞，增加片石黏土辅助造壁，但需增大双液注浆压力，以增大浆液影响范围、提高固结质量。注浆后，溶洞填充完成，在钻孔过程中可大大减少泥浆大幅下降的情况，确保钻孔过程的稳定，同时，采用双液注浆可更好地了解地质状况。

对于串珠式大溶洞，因其处理工程量大，处理安全风险高，影响范围难以控制，建议在高速公路改扩建工程设计之初或开工之前，优化设计方案避过溶洞。若无法避过，可优先选择摩擦桩、群桩的方式不穿入溶洞施工；或既有道路全封闭后，采用高压旋喷桩处理覆盖层，采用双液注浆的方式填充溶洞施工，以确保施工安全。

2.3 桩周预处理方法检验

溶洞桩基桩周预处理完成后，为检测预处理效果，保证施工过程的安全，对预处理方法进行检验：（1）采用钻孔抽芯法，做抗压试验，要求高压旋喷桩处理区域芯样28d无侧限抗压强度≥2MPa；双液浆处理区域芯样28d无侧限抗压强度≥0.2MPa。（2）检测原则和数量：对小中型溶洞，按每桩检查1孔；对大溶洞，每桩检查3孔。（3）质量检查孔的压水检查工作应在单元工程灌浆结束7d后进行。

3 临近高速公路溶洞桩基处理注意事项

（1）桩周的预处理，尤其是高压旋喷桩桩周预处理，因其注浆压力大，在注浆过程中，水泥浆液快速渗入砂层流向老桥桩基周围，对以桩侧摩擦力为主的老桥摩擦桩侧起到一定的润滑作用，可能引起老桥沉降。故在进行高压注浆时，应采用跳打的方式，且附近不能施工桩基或其他振动地基的施工，以减少对老桥桩基摩擦力的影响，同时加强对老桥立柱的监控。

（2）临近高速公路溶洞桩基施工，为减少对老桥的扰动，务必严格控制入岩前后的冲程管理，即入岩前不大于2m，入岩后不大于1m，在溶洞顶部岩层钻进时冲程不大于0.8m，尤其在进入溶洞前1m，应采用小冲程反复造壁。

（3）为确保老桥、老路的正常行车，在进行临近高速公路的新桥溶洞桩基施工时，必须设置平面、立面的控制点，对既有老桥附近施工时，在老桥墩柱上布置观测点，每墩左右幅墩柱各设置1个；对距离既有建筑物30m范围内的桩基施工，按间距10m设置，每桩施工时布置3个点。观测采用四等水准测量，配合全站仪测平面位移。观测期限及频率暂定按《基坑工程技术规程》（DB159—012）进行。根据《地铁工程监控量测技术规程》（DB11/490—2007），结合专家评审会会议，桩基施工过程中老桥下沉降报警值：老桥立柱累计沉降大于10mm。监测频率：钻孔施工期间，无发变化时，2次/d；出现泥浆液面下降时，1次/2h。

4 公路桥梁溶洞桩基施工中的常见问题

岩溶不利于施工，极易引起安全事故，尤其在临近结构物施工过程中，溶洞的施工安全风险的认识极为重要，桩基溶洞施工中常见的问题总结是必要的。

（1）泥浆渗漏。泥浆渗漏主要是由地质中的许多裂缝引起的，而岩溶具有相互渗透的特征，一旦溶洞被破坏，泥浆将向各裂隙流动，造成泥浆渗漏。

（2）塌陷。由于岩溶地质中溶洞相互联系的，故泥浆容易泄漏。当泥浆流失到一定程度时，未能及时补充泥浆将导致泥浆与地下水之间的压力失去平衡，地下水快速向孔内流动，造成砂土流失、脱空，导致孔口的坍塌。另外，在穿过溶洞时，溶洞顶部覆盖岩层因钻进而大面积塌陷，造成原本稳定的地质层脱空，也会发生塌陷现象。而在临近既有高速公路施工时，塌陷可能直接引起老桥桩基的承载力或桩侧摩擦力降低，进而发生桥梁结构沉降、塌陷，导致交通中断、甚至引发安全事故。

（3）地面沉降。当塌陷面积过大时，将产生地面或临近高速公路老桥桩基的沉降。

5 结束语

该改扩建工程项目采用以上选择的溶洞桩基处理工艺处理后，老桥监控量测虽发生沉降，但非常细微，对行车安全未造成任何影响；施工过程除发生泥浆液面下降以外，未出现任何的坍塌现象；混凝土虽然超方，但最大超方量不超过15%，达到了预期效果。

针对溶洞地区的桩基施工，溶洞形式千差万别，探边地勘对处理工艺的选择尤为重要。对复杂地质，尽可能要求进行管波和CT探测，以求全貌反映地质情况。对于溶洞地区，尤其是临近高速公路的溶洞桩基施工，必须逐桩进行处理施工工艺专项讨论，优选合理处理工艺，并对预处理的效果进行检查，方可确保施工安全并提高施工质量。对溶洞桩基（预）处理工艺的选择方面，建议在高压旋喷桩、双液注浆、片石黏土（底标号混凝土）填充等方法选择使用，而全钢护筒跟进方案，经过多方论证，该方法施工难度太大，且钢护筒用量较大，成本高，不经济，尤其在岩溶地区，无法采用振动下沉护筒，而采用钻头引孔施工的工艺，扩大钻孔直径，造成的影响更大，往往未成孔先塌孔，故建议岩溶处理时该方案要谨慎选择，不建议使用；而对土洞或不需入岩的摩擦桩桩基施工时，综合成本后，可考虑全护筒跟进工艺。同时，施工单位需树立正确的观念，从项目部到上级主管部门应提高对临近高速公路溶洞桩基施工的重视，建立良好的管理体系，加强现场施工管理，做好地质勘察及现场记录，并严格按施工方案做好预处理措施，避免偷工减料的现象，充分发挥桩基溶洞施工中的积极作用，保证施工安全。