探讨桥梁项目岩溶地区桩基成孔施工技术

李 川

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

岩溶表现形式多为溶蚀、溶沟、溶洞等，给桥梁基础施工带来了较大的困难。某公路桥梁桩基施工过程中，根据具体情况，因地制宜，综合治理，采用了挤石造壁法、内护筒法、静态化学灌浆法三种方法有针对性地对各类岩溶地质进行处治[1]。

1 工程概况

某改扩建的公路，路线总长度为16.685 km；旧公路的设计时速为120 km，四车道。改建后的路基宽度为42 m，设计时速为120 km，双向八车道。其中桥梁总长为1 800 m，由一座跨江大桥、两座中桥、三座互通立交组成；另有6座天桥、3座分离式立交桥、2座桥式通道，共计283个桩基；桩直径分别为1.2 m、1.3 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m五种，全部用C30混凝土浇筑。

2 工艺原理

根据静态化学灌浆法、挤石造壁法、内护筒跟进法各自的适用特点，对溶蚀裂隙、全填充溶洞、半填充溶洞、无填充溶洞、多层无填充溶洞等不同种类、不同程度的不良岩溶地质采用针对性较强的方式进行处治，从而达到快速推进岩溶地区桩基施工的目的[2]。

3 施工工艺流程（图1）

4 施工技术要点

4.1 施工准备

（1）工程地质调查：在桩基施工前，应先对桥位区内的岩溶发育情况和附近原有桥梁的基础形式进行调查。

（2）施工场地准备：岩溶地区桩基施工场地主要分为四类，即常规桩基施工场地、水中桩基施工场地、边坡桩基施工场地、跨线交叉桩基施工场地。

（3）主要材料及机具准备：以施工一处桩基为例，所使用的主要材料及机具见表1、表2。

表1 主要材料

表2 主要机具

（4）测量放样：施工测量严格按测量规范要求进行，误差控制在5 mm以内，定位后设置牢靠的护桩，并在施工中注意保护。

4.2 埋设护筒

常规护筒内径比桩径大200~400 mm，但如果地质资料显示桩位处存在无填充溶洞或多层无填充溶洞，则应充分考虑需下放的内护筒层数来确定外护筒的内径，一般每层内护筒较外层直径小10 cm。

护筒采用8~12 mm厚的钢板卷制成型，上、下口外围采用80 mm宽钢板加焊加劲环，外护筒最小高度不应小于3 m。

4.3 钻机就位

吊装钻机就位工序，重在将钻机的中心点与桩位的十字线对齐，在钻入后，底座必须平整稳固，保证钻进期间不会有任何的倾斜和偏移。

在钻机就位后，钻头中心与桩心要对准，冲锥的钢丝绳与钢护套的中心位置偏差不超过2 cm，钻进过程中需升降锥头，要保证钻进锥头的平稳性，重点控制不能碰撞护壁和孔壁。

4.4 冲击钻进

（1）在岩溶地区桩基施工中，应根据不同的地质及时调整泥浆指标，砂黏土中泥浆比重不宜大于1.3，漂石、卵石层中泥浆比重不宜大于1.4，岩石层中不宜大于1.2。一般地层入孔时泥浆黏度为16~22 s，松散易坍地层宜为19~28 s，含砂率应不大于4%，pH酸碱度宜控制在8~11。

（2）冲击钻进过程中，应始终保持孔内水位高于地下水位1.5~2.0 m，并应低于护筒顶面0.3 m。

（3）在钻孔时，首先采用小冲程钻孔，并保证孔壁牢固、垂直、圆滑，具有导向功能，当钻孔深度大于钻头全高，需加冲程时，才能进行常规冲击。

（4）在冲击钻进时，必须保证钻孔水位高于地下水位1.5~2.0 m以上，并应低于护筒顶面至少0.3 m。

（5）掏取钻渣和停钻时，要及时向孔内补水，保持水头高度。

（6）在岩溶地区冲孔钻进时，应根据地层的不同，选择适宜的冲程：对淤泥层、黏土层的冲击钻进，采用中行程（1.0~2.0 m)；在冲击砂体时，要在小冲程（0.5~1.0 m）内加入少量的碎石和黏土，以强化护壁；当遇到浮石或坚硬的岩石时，要按重锤中冲程（1.0~2.0 m）的方案钻进，如果表面不平，则先投入黏土、小片石进行填平，然后进行冲击钻孔，防止孔斜、塌孔。

（7）在冲击钻进的过程中，操作者要根据进尺的速度，及时将主钢索放下，不得打空。

4.5 岩溶处治

当溶洞顶壁被击穿时，护筒内的泥浆液面急剧下降，可作为判断钻孔遇溶的特征。桩基施工的岩溶处治，大体可分为静态化学灌浆法、挤石造壁法、内护筒法等三种方法。

4.5.1 静态化学灌浆法

静态化学灌浆法适用于桩基施工前对溶蚀裂隙的预处理，通过水泥浆的扩散、充填空隙，硬化、胶结成整体，以起到加固、防渗的作用[3]。

（1）钻孔采用小型地质钻机钻进施工，钻杆垂直度及桩位偏差等要求与桩基施工相同，为确保注浆管能顺利下放至注浆面，钻孔直径宜为10 cm。

（2）浆液选用强度等级为P.O32.5或以上标号的普通硅酸盐水泥，如地基吸浆量较大，则采用水玻璃等速凝剂，提高浆液的凝结速度。

（3）注浆孔宜沿桥梁基础外侧布置2排，排间距宜为1 m，内排距离基础边缘宜控制在0.5 m，内排的孔间距不宜超过1.5 m，外排的孔间距不宜超过2 m，具体布置如图2所示。

图2 注浆孔布置图

（4）钻孔孔径及孔深需根据地层特点确定，一般孔径为100 mm，注浆范围为强~中风化基岩面以上4 m至以下1 m。

（5）注浆管采用直径为Φ40 mm钢管，沿钢管方向每隔0.1 m钻一对Φ6 mm的出浆管，相邻两对出浆孔夹角为45°，钢管连接接头需牢靠，防止下管过程中发生断节。

（6）下管过程中，及时向管内加入清水，以克服下管过程中的浮力，保证钢管顺利下至孔底，当钢管下放到位后，应及时临时封堵管口，防止堵塞。

（7）在注浆压力恒定、注入率不断降低，或注入率恒定、注浆压力持续上升的情况下，不能更改浆料比例。

（8）结束注浆的标准：1）路堤坡面漏浆；2）注浆以注浆压力达到0.5 MPa并维持8 min；3）注浆压力在设计范围内，注浆流量明显减小，小于初始流量的30%。

4.5.2 挤石造壁法

挤石造壁法适用于岩溶裂隙、全填充溶洞或半填充溶洞的处治。

（1）采用此方法进行岩溶处治前，应事先在桩位周围准备好足够的片石、黏土、风化石、袋装水泥。当钻孔作业接近溶洞顶部时，安排一台装载机及配合处理的人员及设备在钻孔现场待命。

（2）当发现护筒中泥浆液面水位迅速降低时，应往钻孔中补充注浆，并将钻头抬起，在测量结束后，以装载机为主，人工为辅，将片石、黏土填入孔眼，每回填一次，直接将水泥投入钻孔，如此反复，直到达到洞顶1 m以上，不再有明显的渗漏为止。

（3）当发现护筒内的泥浆液面下降较缓慢时，则在补浆的同时，抛填片石、黏土等，每钻进50~60 cm左右抛填一次，如此进行反复冲击处理，以封堵裂隙、溶洞。

（4）回填采用的土石，其比例宜控制在1∶1左右，回填黏土、片石前可先向孔内抛填不少于50 kg的P·O32.5袋装水泥，起到迅速堵塞的作用，回填材料的添加顺序为水泥→黏土→片石[4]。

（5）用于溶洞回填的片石宜采用石灰岩，其强度宜大于等于30 MPa，片石粒径应在30~50 cm之间。

4.5.3 内护筒跟进法

桩基钻孔遇无填充溶洞或多层无填充溶洞时，孔内泥浆会在数分钟内迅速流失，难以及时补浆或因备用泥浆不足，此时易造成大范围的坍孔，对于该种情况，采用下放内护筒的方法进行处治。

（1）于加工场内制作6 m一段的钢护筒标准节，同时应适量制作长度为2 m、1 m的钢护筒调节段。

（2）采用振动锤将钢护筒标准节插打入土，两节钢护筒间采用焊接连接，如钢护筒发生变形，则应在外侧加焊一圈环形钢板进行加强。

（3）钢护筒应插打至岩面，当遇卵石层或因振动锤动力不足，钢护筒无法继续插打时，可采用先冲孔后插打的方式，将钢护筒继续下放直至岩面。

（4）当钻孔施工接近溶洞顶部时，采用小冲程进行冲击，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50 cm。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，则可将内护筒下放至洞底。

（5）当需要下放多层内护筒时，开孔时宜选用较大号的钻头，随着内护筒的插入而逐步改换较小的钻头，外护筒的内径应比内护筒的外径大5 cm以上，根据设计桩径需采用的钻头直径，确定内护筒及外护筒的直径。

（6）对于内护筒和外护筒之间的空隙、内护筒与溶洞底部之间的空隙，在内护筒的底部和顶部100 cm内回填砂、碎石，中间部分回填中砂。

5 岩溶地区桩基成孔质量控制要点

（1）建立混凝土质量管理部门，设立严格的管理体系，严格控制原料进入现场，禁止任何不符合规定的原料进入现场。

（2）施工测量严格按照测量规程的规定进行，并对所有的测量设备进行检验和校准，以确保测量的准确性。桩基位置确定后，应在周围设置护桩，并进行复测，误差不超过5 mm。

（3）为防止护桩发生偏移，可将其焊接在护筒上或少量浇筑混凝土进行加固，在施工中人员、设备应注意避免触碰护桩。

（4）护筒在埋设定位时，护筒中心与桩中心的平面位置应不大于50 mm，护筒在竖直方向的倾斜度应不大于1%，对深水基础中的护筒，平面位置的偏差应不大于80 mm。

（5）在冲孔过程中，在冲击钻上挂设锤球，在钻孔时注意以锤球来参照钻头的垂直度，以保证能有效控制孔斜。

（6）在冲孔过程中，在地层变化处捞取样渣保存，根据不同地质情况调整泥浆指标和钻进速度，以保证泥浆护壁的效果，防止坍孔，达到保证钻孔施工质量的目的。

（7）施工前，对混凝土导管的密封性做水密性试验，确保导管的密封性能，导管拼接时，现场技术人员全程检查，确保导管拼接密实。

（8）钻孔过程中，应做好钻孔记录，每钻进2 m进行一次取样，并与工程地质勘查报告进行对比。

6 结论

综上所述，该桥梁桩基施工中，采用了溶洞桩基成孔技术，目前已安全高效地完成了整个桩基的施工。通过工程实践证明，该技术不但能极大地提高工程效率，而且能保证工程质量，减少安全隐患。在保证原有高速公路正常运行的前提下，完成了工程建设。该工程技术方案具有以下优点：

（1）施工工效高:在桩基施工中，由于在遇溶洞地质前，已有针对性地制定了处治措施，减少了由于处治措施不当而浪费的时间，大大缩短了桩基成孔的时间。

（2）对周边地质环境的影响小：在新建桥梁桩基施工前，对原桥基础及地质情况进行了详细的调查，对新建桥梁桩基施工可能对原桥基础造成不良影响的，进行了预注浆加固处理，保证了钻孔遇岩溶时原有桥梁的安全。

（3）施工质量好、安全性高：该施工技术方案，能一次性成孔，回填次数少，孔壁顺直，减少了扩孔率及发生坍孔的可能性，降低了施工中的风险。