岩溶地区桥梁桩基施工及质量控制探讨

文／江西省现代路桥工程集团有限公司 叶祺 黄炜

关键字:岩溶地区；桥梁工程；桩基础；施工；质量控制

1 工程背景

某桥梁工程所处地区地势高低起伏，其10#主墩承台按15*15*4.5m的尺寸设计，按照4.0m的桩间距和1.8m桩径共设置16根桩基础，外侧桩与承台边相距1.5m，全部桩基均采用嵌岩桩设计。桥梁桩基位于层状岩溶发育区域，桩基空腔高2.5～19.5m，溶岩充填物主要是粉质粘土和细角砾土。

2 施工方案的优化

考虑到本桥梁工程地质条件特殊，冲击成孔、安装钢护筒、岩溶处理等是其钻孔灌注桩施工及质量控制的重要方面。为提升成桩质量，应在逐桩判别溶洞特征的基础上，实施“一桩一案”[1]，分类处理。在确定成桩次序时，应先边侧后中间，隔桩跳打，并同时安排4台钻机分别进行桩基施工，具体见图1。

图1 不同周期模态对比情况

结合本桥梁工程10#主墩岩溶地震散射地勘报告及工程现有施工资源配置情况，考虑到钻机钻至表层卵石层底以下白云质灰岩层时发生塌孔的可能性很大，故应通过下降钢护筒的方式顺利穿越；钻进施工过程中如遇斜岩，则会发生偏孔、卡钻、偏锤，影响进尺进度，应及时进行混凝土回填并待混凝土达设计强度后再次冲孔；冲钻过程中白云质灰岩层以下第一层岩溶填充体存在较严重的漏浆可能，频繁回填混凝土会拖慢进尺，应在桩基成孔前在其周围布置注浆孔，并通过岩溶注浆进行预加固；白云质灰岩层以下第二层岩溶发育，桩基空腔高2.5～19.5m，应根据工程实际在桩位周围开直径500mm的孔，并采用絮凝混凝土材料填筑溶腔。

3 施工技术

3.1 冲击成孔

桩基础冲孔采用直径2.0m的钻头正常钻进至卵石层底，钻进过程中根据工程地质条件调整泥浆比重，并及时下降钢护筒。按照设计将直径50cm的灌注孔布设于桩基四周，并结合灌注要求进行灌注孔数量的调整。具体而言，采用小冲击钻完成灌注孔成孔，上层粗圆砾土和卵石土孔径60cm，为防止卡钻，应通过630螺旋管跟进；下层白云质灰岩通过磨盘钻进成孔，孔径50cm。

此后更换成直径1.8m的钻头，按照34.0～53.0m的正常冲程钻进，待钻至溶洞高程52.0m时减小冲程，并以缓慢的钻速冲开岩板，待钻至53.0m处时通过灌注水下混凝土将溶腔回填至其顶部以上3.0m。在灌注水下混凝土施工过程中必须加强混凝土顶面高程测量，并仔细核对地质柱状图[2]中的溶腔位置变动情况，待混凝土实际强度达设计值的70%后再继续冲钻至设计高程。

在正常钻进至卵石层底后改用小尺寸钻头钻进施工的过程中，如遇漏浆或充填物溶洞等情况，应通过反复回填冲击予以处理，并按照片石:黄土:水泥=70:25:5的混合物以间隔的方式回填，且水泥使用量不能低于设计值的30%，为节省漏浆处理时间、减少漏浆量，应事先按设计比将黄土和片石拌合好，待使用过程中再掺加水泥。对于位置较深且有充填物的溶洞，在多次采用片石+黄土+水泥混合物填充方式的基础上如仍存在塌孔现象，则应改用灌注混凝土的方式增加强度。为保证钻进施工质量，还应进行桩基周围地质情况的补充勘测，在充分掌握桩基地质情况的基础上，以套管方式跟进，对于岩溶区应及时补浆。

3.2 钢护筒施工

本桥梁10#主墩承台桩基第一级钢护筒长34.5m，壁厚1.2cm，护筒底面标高556.50m，在钢护筒施工过程中应实施测量其垂直度并纠偏，将其垂直度偏差控制在其长度的1/200以内。采用单面开坡口满焊的方式进行各段钢护筒的连接，焊缝处加焊高度至少50cm、厚度至少1cm的加强钢板。为防止钢护筒起吊变形，应通过设置在加强箍区域内的吊耳辅助钢护筒起吊下放。

3.3 岩溶注浆

本工程桩基岩溶注浆主要采用水玻璃和水泥混合料，混合料水灰比应控制在（0.8:1）～（1:1），水玻璃掺加量应为水泥质量的10%，以提高混合料的波美度。在桩基础施工前应间歇式循环注浆至少6h，而后停注并待已注入浆液初凝后再次注浆。注浆过程完全结束后，待浆体材料实际强度达设计值的80%后钻孔。

注浆施工过程中参数的控制应以设计技术要求为依据并根据实际注浆效果进行调整。注浆机械采用装配LJ-300搅拌机的注浆泵，注浆速度设置在20～30L/min，注浆压力为0.5～1.0MPa，每段（长度0.5m）注浆时间应为5~10min，注浆量主要根据岩溶属性、深度确定，并以达到充填要求为控制依据。待注浆压力达到1.0MPa后再继续注浆10min，且吸浆量将至30L/min以下后则可结束注浆。

3.4 溶腔回填混凝土

3.4.1 絮凝混凝土材料性能

本桥梁10#主墩承台桩基溶腔回填絮凝混凝土材料通过在常规混凝土中掺加一定设计比的絮凝剂配置而成。与普通混凝土材料所不同，絮凝混凝土抗分散性能良好，堆积速率高，施工工艺简单，施工快速，且具有自密实和自流平等特征，能有效阻止水泥、骨料等材料的分散，对于水下薄壁、异形结构等的充填较为适用[3]。按照《水下不分散混凝土施工技术规范》的相关规定，絮凝混凝土搅拌粘度、抗分散性能较好，其7d和28d水陆强度比分别为70~85%、80~90%；其塌落度在23cm以上，水下静置1h塌落度无损失，静置2h塌落度损失不超过10%，静置4h仍具有良好的施工性、和易性、保水性、填充性和自密实性，不会出现离析[4]。

3.4.2 混凝土回填要求

絮凝混凝土材料应灌注在每根桩基周围的钻孔内，为降低塌孔发生的可能性，并减少混凝土材料用量，增强填充效果，采用开孔直径50cm的小孔及间歇式灌注回填方式，絮凝混凝土材料凝固时间一般为10h，相邻两次灌注时间间隔应控制在15h左右。

4 施工质量控制

为保证本桥梁10#主墩承台桩基施工质量，应在施工前全面检查各项施工机械性能，并在钢护筒起吊前调整并复核导向架位置，待钢护筒缓慢吊起后使其沿导向架稳定沉至土层，并起吊振动锤使其与钢护筒中心重合。

护筒对接时主要参照所预留的十字线，对接结束后焊接固定，焊缝宽度和高度应控制在0.8cm和0.4cm以上，在打入钢护筒时应通过测量仪器校核垂直度等指标，钢护筒允许偏差应控制在下表允许范围内。

表1 钢护筒允许偏差

5 结论

本桥梁工程10#主墩承台桩基施工结果表明，形式复杂多样的岩溶不良地质通常伴有地下水及倾斜起伏的基岩面，是施工重难点所在，岩溶地区桩基础施工往往面临成孔难度大、施工空间受限、施工质量控制难等问题，本工程通过采用岩溶注浆及满腔回填絮凝混凝土材料的方式保证了桥梁工程岩溶区域施工质量，并对传统的水下混凝土灌注技术和工艺起到了进一步改进的作用。