桥梁溶洞处理施工技术应用分析

陈龙轩

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510000）

岩溶形成因为可溶性岩层溶解水缘故，如石灰岩层内不溶于水的碳酸钙与水发生化学作用，长时间作用形成溶洞。溶蚀沟槽与溶洞形态具有很大差异。由于地质条件特殊性，对施工安全与成本控制造成很大困扰。溶洞使钻孔桩所在圆柱形剖面地质构造软硬不同，需要克服岩溶地貌对工程的困扰。桩基础具有承载力高等优点，浅基础形式不能满足建筑物对地基强度等方面要求，桩基础得到广泛使用。岩溶地区使用中要从地勘施工等多方面综合考虑，如临空面存在，地下水系作用等对桩基稳定性的影响。深入进行溶洞工程地勘研究，加强溶洞地区桥梁桩基施工研究，确保工程质量安全，对公路桥梁桩基设计施工具有重要意义。

1 溶洞学基本理论

溶洞发育条件包括可溶性岩石。岩石必须具有透水性，地表水渗入地下对岩石产生溶蚀作用。可溶性岩石在水的作用下转化为可溶性碳酸氢钙，含有二氧化碳的地下水溶蚀力增强，流动水可避免地下水编程饱和溶液[1]。可溶性岩石在岩溶溶洞发育中起到重要作用。岩溶地区溶洞形成具有溶洞组合特殊地貌。岩溶地层在我国分布广泛，建设高速公路需对岩溶问题进行研究，保证工程质量安全。

溶洞个体形态按空间分布位置分为地表与地下溶洞，地表溶洞是溶洞在地表表现形式。地表溶洞形态按凹凸起地形分为正负地形。地下溶洞形态是岩石在地下水长期溶蚀作用下形成溶洞形态集合，如地下河等。溶洞分为饱水带内水平溶洞与充气带内垂直型溶洞。溶洞地貌发育存在联系性，各发育阶段具有特殊地地貌形态组合。地表与地下溶洞形态具有密切联系，如溶洞泉为地下径流发展结果，溶洞塌陷是地下溶洞发育结果。地表系列漏斗反映由地下河道。溶洞地貌形成众与周围地貌发育关系密切，按可溶性岩石出露条件分为埋藏型、覆盖型与裸露型溶洞[2]。按地质岩性标志划分包括石膏溶洞、白云溶洞等。

2 溶洞地质对工程的危害

溶洞地区地表水对路桥工程危害表现为工程桥涵存在于溶洞地区，地表水冲刷结构物。分析溶洞地区与非溶洞地区地表水发现，二者关系密切，溶洞洼地反复积水。溶洞地下水对路桥工程危害表现为雨季导致路基桥梁基坑坍塌；水位下降引起基坑沉陷。通过工程实际情况比较，发现溶洞地下水特点体现在于季节性降水密切相关，地下水分布不均。

溶洞洞穴对建筑物危害表现为基础承载力不足。线路通过有溶洞穴分布地段，遇大洞穴建筑物四壁临空溶洞。天生桥隧开挖至中部，遇宽120m，高100m 溶洞大厅线路悬空，由于技术困难，需在隧道内加弯道。线路遇洞穴使基础局部悬空在公路建设中遍及各条线工程[3]。建筑物施工前掌握施工场地地质情非常重要。公路工程中溶洞洞穴对建筑物的影响包括隧道侧壁洞穴厚度薄，隧道产生塌方；隧道下洞穴顶板厚3~6m，危害行车安全；路堑边坡空洞填充塌陷后发生沉降；寒冬基础下洞穴顶板厚3m可能坍塌；公路隧道顶部存在溶洞穴厚2m，隧道施工中发生爆破冲击造成局部坍塌。

3 工程概况

中山至阳春高速公路开平至阳春段A2 合同段位于江门和阳春地区，本合同段起于恩平市大田镇，终于阳春市春湾镇，沿线途径大量的基本农田及经济林带，线路全长8.099km。路线区地形以中低和丘陵为主，路基4.091km。本标段全线采用六车道高速公路标准桥涵设计荷载采用公路—I 级。沿线主要不良地质有软土、滑坍等。

本工程有5 座桥梁，先简支后结构连续体系，力求装配化，以缩短工期。基础采用钻孔灌注桩，圆桩桩径有六种断面形式；墩身采用圆柱墩、实心薄壁墩结构形式。圆柱墩直径有四种断面，桥台有肋板式桥台或桩柱式桥台形式；预应力混凝土25m 小箱梁365 片，总计预制梁701 片，TJ04 双悦特大桥40mT 梁336 片由TJ05 施工段预制[4]。本标段有隧道4 座，短隧道3 座，全部为分离式隧道。双悦岭隧道左线1625m，新龙1#隧道左线380m，新龙2# 隧道左线357m；茶园坳隧道左线431m。III 级围岩约占17.6%，V 级围岩约占46.3%。

4 桥梁工程溶洞施工方案

公路工程施工中不能避开所有地质危害，应积极采取适当工程措施处理溶洞危害。溶洞危害处理包括溶洞水域洞穴处理。要掌握桩孔地质资料，保证溶洞层段顺利成孔，工程技术人员应制定具体解决护壁施工方案。桥梁钻孔桩基础溶洞地层施工处理方法包括钢护筒跟进法、密闭压浆法等。

溶洞存在导致桩基施工承担不良地质风险，溶洞处理可采用梁跨越式技术。梁跨越式技术施工需使用大量钢筋等材料，在台面下完成支柱建造；采用强夯法对溶洞进行回填，满足桩基施工要求；采用钻孔压浆法施工可通过钻孔注入混凝土提高地基结构稳固性。比较三种施工工艺发现强夯法施工成本最低[5]，跨越式施工产生费用较高。工程初期决定采用强夯法，但勘察发现溶洞集中于小范围，实施强夯法影响施工效率。综合考虑进度要求采用钻孔压浆施工方案，由于溶洞结构复杂，需提前完成钢护筒施工。施工关键技术包括钢护筒施工，钢筋笼吊放等，重点做好溶洞顶板稳定性分析，溶洞顶板处理与填充。

5 桥梁桩基溶洞施工技术

工程原地面以下9m 至溶洞顶板底部为9.4m 中风化灰岩，根据超前钻地质报告，护筒四周加焊4 根4m 长槽井子固定架，钻至溶洞顶1m 位置改为低锤密击。

工程钻孔采用机械化方式，由于溶洞密集，需采用钢护筒加强孔壁保护，施工前需加强溶洞勘测，利用高压水枪清除洞内杂质。针对深洞需进行初步填充，钢护筒应达到地下1m 左右，护筒直径约90cm。利用打桩机完成导向架。采用冲击钻钻进。达到最底层溶洞下0.5m 位置，下沉时做到分级，穿过1 层溶洞增加I 级内护筒。施工中注意观察是否存在塌孔等问题。采用回填碎石等材料反复冲孔。桩基成孔采用冲击钻泥浆循环排查法，钻进前确认桩基状态。钻孔施工前利用回钻桩机仅需孔洞钻进。作业前完成机械预热，确认钻杆达到标准要求后抬高钻具。循环冲洗孔底120s 排净残渣。达到指定岩层深度后进行冲击成孔施工，利用吊机配合施工，避免出现塌孔问题。

图1 回填

溶洞填充处理是施工重点，首先埋设开孔护筒，溶洞击穿时提钻至孔口，向孔内投入片石填充溶洞。孔内浆面稳定后继续施工。溶洞相同位置多次使用片石未见效果，采用黏土+袋装水泥方法处理，静置24h 后继续施工。分析溶洞处理效果为检验处理质量，确保桩基受力效果。常用检测方法包括深层土体侧向水平位移测试法等。工程采用超前钻探实验法检测桩基溶洞回填层，证明桩基溶洞处理效果较好。

6 结语

岩溶地区桥梁桩基础施工中，如何提高工程质量是急待解决的问题。需要提出科学施工方案，采用科学溶洞处理方法，加强钢护筒施工等各环节把控，有效控制工程质量。本文结合开春高速公路桥梁桩基溶洞施工，提出施工关键技术。