岩溶地质环境下桥梁桩基施工技术分析

张剑

（湖南省益阳公路桥梁建设有限责任公司，湖南益阳413000）

0 引言

桥梁基础作为重要的承重构件，承载着桥梁自重荷载及桥梁运营期的车辆荷载，并将上述荷载向地基传递。因此，必须重视其建设质量。中国幅员辽阔，区域不同，其地质构造、地形地貌也存在显著不同。我国东部、南部区域广布熔岩地貌，在该地质条件下建设桥梁，需重点关注桥梁的基础施工质量。鉴于此，为高效建设桥梁基础，提升施工质量，优化桥梁承载力，本文选择了某大型桥梁项目为研究对象，根据其施工情况，分析了不同类型的溶洞处理技术，探究优化熔岩地质的方法及提升桥梁基础建设质量的具体措施。

1 工程概况

该大桥项目全长2761m，基础共两种：钻孔灌注桩、柱形实体墩。桩长介于6～47m 之间，桩径共有1m 和1.25m 两种。地质勘探发现，该项目所处场地广布岩溶，其中溶洞约占47%，溶洞中70%为空洞，属于典型的岩溶地质。

2 岩溶处理工艺

根据地质勘探报告，结合施工设备的投入及实际工况，该项目选定了集中治理溶洞的方案，具体工艺如下：

2.1 抛填筑壁法

实施钻孔作业时，钻孔至溶洞临界点，必须保持钻速均匀。贯穿溶洞临界点后，马上停止钻孔作业，将黏土片石填充至溶洞内，并及时进行冲孔作业，确保溶洞密实填充，多次进行填充、冲孔作业，直至溶洞内全部填充黏土片石且压紧密实，使孔道内液面趋于稳定。图1所示为该施工措施的具体情况[1]。

图1 抛填筑壁法处理示意图

2.2 钢制护壁筒处治法

实施钻孔作业时，钻孔至溶洞临界点，必须保持钻速均匀。贯穿溶洞至底部时，制作钢制护壁筒的同时，振动施加荷载，确保护壁筒至溶洞底部，有效规避洞内渗水。图2所示为该施工措施的具体情况[2]。

图2 钢护筒跟进法处理示意图

3 小型空洞、中型填充型溶洞的处理方法

根据不同类型的溶洞，有针对性地采取处理措施：其一，小型空洞、中型填充型溶洞，若水流渗透动力较小，建议使用黏土片石抛填法予以治理。其二，结合地质勘查报告，了解施工场地的溶洞情况，科学明确循环抛填治理次数，确保溶洞的治理效果，提升填充度、密实性的同时，合理降低施工的资金投入。

4 较大型、串珠状、水联通通道型溶洞的处理方法

若溶洞规模较大，分布区域较广且连片成群，处理时需慎重。若仅使用黏土片石填筑法治理，施工过程中的冲孔、填充作业容易对溶洞洞壁造成溶洞，有潜在的塌方威胁，存在安全隐患，较易引发安全事故。若通过钢制护壁筒措施予以治理，施工资金投入较大，方案性价比较低，且施工振动易导致溶洞洞壁开裂。根据以往的研究成果，结合工程实践，建议采取联合治理措施，即同步使用上述两种治理技术，实施治理作业[4]。

4.1 抛填筑壁法的特点

第一，黏土片石抛填治理技术的优点为施工便捷、简单，资金投入较小，性价比较高；缺点是作业的连续性不足，难以把握治理效果，存在塌孔威胁。为了科学地治理溶洞，提升溶洞的密实性，建议应结合地质勘查报告，了解施工场地的溶洞情况，科学明确循环抛填治理次数。

第二，该治理措施使用硬塑性材料，流动性不足，渗透性较差，即使通过多次循环施工作业，也难以取得较好的密实效果，溶洞难以完全密实，且溶洞作业部位遗留的通道也无法得到治理。混凝土浇筑施工过程中，在进行混凝土灌注、填充通道，无法控制混凝土的用量，存在超量问题，同时增加了填筑结构的荷载。图3 为超方示意图[5]。

图3 混凝土灌注超方示意图

4.2 钢护筒跟进法特点

第一，项目地质勘查报告显示，施工现场地质环境较为复杂，溶洞广布且部分溶洞联通成片，溶洞壁凹凸不平，下推护壁筒作业时，钻头易遭遇石块，二者相撞会导致护壁筒变形，对成桩质量造成严重影响，严重降低灌注桩的承载力。

第二，该项目施工现场溶洞较多，且多为空洞溶洞，如果上部施工荷载过大，就会存在溶洞大范围塌方的风险，破坏护壁筒[6]。

4.3 钢护筒跟进和抛填结合法

根据工程实践，结合该项目实际，建议采取联合治理措施，即同步使用黏土片石抛填和钢制护壁筒两种治理技术，开展治理作业。经实践检验，该方案性价比高、资金投入低，治理效果优越，联合治理措施要点如下：第一，钢护筒下推前，应先采取黏土片石法，进行2～3 次循环抛填，密实填充溶洞，有效规避溶洞塌方风险。第二，提前使用机械设备冲击岩体，清理溶洞壁，旨在保护护壁筒，确保其下推过程中免遭破坏，不被弯折。第三，上述两种治理措施相结合，还需适度加入水泥，同时进行钢护筒下沉施工，及时切断渗水通道[7]。

5 绕避法

目前治理熔岩地质较为可靠、优质的方法为绕避法，治理核心需根据地质勘查情况，提前了解溶洞分布及其状态，有针对性地制定施工计划。施工中应绕过大、中型溶洞及联通成片的溶洞群。该大桥项目11#桥墩处熔岩较为成熟，根据地质勘查情况可知，原定跨径为32m，后变更为48m，避免了在该区域内施工[8]。

6 岩溶处理措施选定原则及施工要点

本文根据溶洞分布、规模、联通情况等，分析了不同的治理措施，明确了选择治理措施的原则，并对应概括了治理方案的要点。

6.1 岩溶处理措施选定原则

表1 为选取岩溶地质治理方案的原则。

表1 岩溶地质处治方案选取原则

6.2 施工控制要点

第一，为了提升孔壁周围的抗挤压能力，以免钻孔作业时，范围内的坚硬岩石对钻进作业造成影响，出现损坏钻头等问题，建议严格控制钻孔施作动能，将其控制在2.5～5.0t/m2之间。

第二，岩溶地质不同，发育情况也不同，岩溶分布、容积也存在变化。为了顺利推进冲孔施工作业，有效规避塌方、塌孔等风险，必须严格进行地质勘查。根据勘查报告，了解施工现场的地质情况，明晰的分布，有针对性地制定钻孔施工组织设计，科学谋划钻孔流程。

第三，科学地进行地质勘查作业，对施工现场溶洞的分布、大小、洞内填充等情况进行准确、全面的掌握和了解。根据勘查报告，科学制定施工方案，做好各项风险的处置预案，有效规避各项风险的同时，还能在发生危险时按章救治，迅速处理。

第四，为了避免塌方事故，提高作业质量，钻孔作业至距离溶洞约1m 时，需对冲孔参数进行合理调整，相应地改变作业方式，使用高频小冲程的施工形式，过洞应缓慢、匀速[9]。

第五，为降低塌方风险，经了解，溶洞内无填充物，则需马上进行注浆施工，稳定水头。注浆作业时要注意泥浆的黏稠度，合理提升黏土比，缓慢增加重指标。实践表明，最佳注浆稠度为25～30s[10]。

第六，施工过程中使用的黏土片石较多，现场应备足物料，确保正常开展填筑作业，严禁中断作业。使用高频小冲程施工措施，应多次循环冲击，于溶洞周壁形成适度的泥浆予以护壁，实现堵塞通道及封闭效果，增强壁周的荷载力，降低塌方的发生率，规避塌方风险。

第七，提出钻头后，应向溶洞内及时填筑黏土片石，马上开展填筑作业，全面提升溶洞的密实性。相较溶洞顶面，溶洞内填充面应略高。稳定洞内水头后，应持续开展冲孔作业，将填筑料压实，提高其填充率。

第八，使用黏土片石填筑料进行填筑后，溶洞漏点难以全部密封，因此，建议增加水泥用量，水泥混合原填筑料可以取得更好的封闭、填充效果。

7 结论

本文选择了某大型桥梁项目为研究对象，结合该工程施工现场的溶洞分布情况，探析了岩溶地质环境下两种桩基施工技术的选择原则及其技术要点，并得出如下结论：

其一，小型空洞、中型填充型溶洞，若水流渗透动力较小，建议使用黏土片石抛填法予以治理，但需要详细了解溶洞的分布情况，合理确定循环抛填次数；若溶洞规模较大，分布区域较广且连片成群，则建议采取联合治理措施，即同步使用上述两种治理技术，实施治理作业。

其二，科学地开展地质勘查，了解施工场地的溶洞现状，明晰其大小、填充及联通情况，并有针对性地制定施工组织、设计，以免出现坍塌、塌方事故，降低塌孔的风险率。

其三，该大桥项目施工后，经抽样检测，桩基良好，达到I类标准，满足规范要求，表示该治理技术及方案切实可行，能够在同类型项目施工中推广、应用。