溶洞型桥梁桩基施工技术探讨

王明政

（甘肃万泰建设工程有限公司，甘肃 兰州）

引言

我国岩溶地区分布相当广泛，尤其是在广西、贵州以及云南等地，存在着大量岩溶发育地区[1]，不同地域的岩溶情况各有不同，且大部分地区都有地下水、地下暗河等分布，不良地质出现的可能性很大，使得这些地区桥梁施工存在着非常大的挑战。岩溶地区桥梁桩基施工，最大的难点则是如何选择其成孔方法，若成孔方法选择不当则会导致桩基施工周期长，质量差等危及桥梁工程施工的情况出现[2]。特别是在砂卵石覆盖层较厚的岩溶地区施工时，桩基施工时经常出现突然流失大量泥浆，甚至造成地面塌陷，严重时造成生命财产损失，导致工期发生延误[3]。目前国内桥梁桩基施工以冲击钻成孔为主[4]，因此，主要对岩溶地区冲孔灌注桩施工进行探讨。

1 项目背景

某高速公路特大桥呈东北-西南走向，桥梁中心桩号K122+193，起点桩号K121+065，终点桩号K123+322,桥梁全长2 250 m；上部结构为75×30 m预应力混凝土T 梁，下部采用桩柱式桥墩、肋板式和桩柱式桥台，钻孔灌注桩基础。

桥址区地处河谷平地台地貌，据钻探及工程地质调查资科揭示，桥址区地层由第四系素填土(Qml)、种植士(Qpd)、第四系冲洪积粉质黏上、粉土、粉砂（Q4ai+pl）、卵石土层（Q3al+pl）、石灰系大塘阶石灰岩（Cld）以及泥盆系上统白云质灰岩（D3）组成。全桥均处在岩溶发育区，桩位处有溶洞的桩基共212 根，占设计数量的68%，其中单层溶洞100 个，溶洞高度H≤3 m的52 个，溶洞高度3 m＜H＜10 m 的36 个，溶洞H≥10 m 的12 个，单个溶洞最大高度20.1 m（41#、42#4 个）；串珠状溶洞112 个，溶洞最大高度22.1 m。桩基溶洞见图1。

图1 桩基溶洞示意

2 溶洞型桥梁桩基施工技术

为减小在桥梁桩基成孔过程中不漏浆、少漏浆，或发生漏浆后不至于导致桩孔坍塌甚至造成地面塌陷，确保成桩过程顺畅，桩基正式施工前，首先应探明桩位处的地质情况。桩位处地质情况主要可通过两种情况来确定，一是根据已探明的地质柱状图来确定，二是在桩位处补钻确定，主要是探明溶洞的分布情况、大小、形态、填充物等地质情况，然后再提前做好相应处理措施。在施工过程中若发现与地质柱状图不符的，应及时通知相关单位进行处理[5]。对于桩基溶洞的处理措施，目前主要有注浆法、回填片石+粘土法、钢护筒跟进法等，工程实践中应根据溶洞大小、高度等情况综合成本、工期等因素采取不同的应对措施，或采取多种方法综合治理，达到既经济，施工速度又快的目的。

2.1 溶洞处理方案

（1） 对 较 小 溶洞，采用片石+粘土回填法进行施工，如果漏浆速度相对较慢，则仅需及时补充泥浆，同时回填少量片石和粘土即可；如果漏浆速度较快，则可采取投入掺加了速凝剂或者水玻璃的混凝土或水泥砂浆对溶洞仅需封堵，同时往桩孔内注入泥浆，防止塌孔。

（2） 对于较大的溶洞，则可采取钢护筒跟进的方法，如有必要，还可往桩孔内投入片石+粘土，或者掺加了速凝剂或水玻璃的混凝土。如果桩位处存在串珠溶洞，则可根据实际情况，采用双层钢护筒跟进的方法对溶洞进行封堵。

2.2 钢护筒跟进方案

（1） 钢护筒跟进方案1。本方案适用于处理相对较小的溶洞，钢护筒应直入溶洞以下至少2.5 m，达到防止塌孔的目的，钢护筒跟进方案见图2。跟进钢护筒长度可按下式计算，式中：h1为地面至易塌土层底部的高度。钢护筒直径为桩径+0.2 m。

图2 方案1 钢护筒跟进示意

（2） 钢护筒跟进方案2。本方案适用于覆盖层存在土洞的桩基。钢护筒跟进至土洞以下1.0 m（或岩面），钢护筒跟进方案见图3。跟进钢护筒长度可按下式计算，h2为地面至易土洞底部的高度，钢护筒直径为桩径+0.2 m。

图3 方案2 钢护筒跟进示意

（3） 钢护筒跟进方案3。本方案适用于以下情况：紧邻建筑物、桥墩的相对较小的溶洞及中型溶洞，钢护筒应直入至覆盖层最底部，钢护筒跟进方案见图4。跟进护筒长度为覆盖层厚度，钢护筒直径为桩径+0.2 m。

图4 方案3 钢护筒跟进示意

（4） 钢护筒跟进方案4。本方法适用于以下情况：大中型溶洞，且溶洞顶部的覆盖层较薄，以及紧邻建筑物、构筑物的大中型溶洞，钢护筒必须直入溶洞底部。跟进护筒长度为地面至溶洞底部的高度，钢护筒直径为桩径+0.2 m。

（5） 钢护筒跟进方案5。本方案适用于以下情况：内部有填充物的大中型溶洞，且溶洞顶部覆盖层较厚，可采用双层钢护筒跟进，外钢护筒跟进至覆盖层底，内层钢护筒应跟进至溶洞底部。外钢护筒长度为覆盖层厚度，钢护筒直径为桩径+0.4 m；内钢护筒跟进至溶洞底部，内钢护筒长度为地面至溶洞底部的高度，直径为D+0.2 m。

（6） 钢护筒跟进方案6。双层钢护筒跟进，外钢护筒跟进至覆盖层底。外钢护筒长度为覆盖层厚度，钢护筒直径为桩径+0.4 m；内钢护筒跟进至溶洞底部，内钢护筒长度为地面至溶洞底部的高度，钢护筒直径为桩径+0.2 m。

2.3 钢护筒跟进施工方法

钢护筒并非一次性跟进到位，可在冲孔的同时对钢护筒进行接高。接高的主要方式是采用压入或振入孔内。如果桩孔已穿越数个溶洞，并未发生漏浆，继续冲孔时，可能对上部孔壁造成扰动，可能在上部发生漏浆，此时也可采用钢护筒跟进的方法封堵。

（1） 钢护筒准备。钢护筒主要可采用2 cm、1.4 cm、1.2 cm、1 cm 以及0.8 cm 厚的钢板卷制而成，钢护筒的尺寸和规格选取可按以下原则进行：

钢护筒壁厚。桩径不超过1.6 m 时，若钢护筒长度小于10 m，其壁厚可选用0.8 cm；若钢护筒长度超过10 m 且小于20 m，其壁厚可选用1 cm；若钢护筒超过20 m，其壁厚可选用1.2 cm。桩径超过1.6 m 且小于2 m 时，若钢护筒长度不超过10 m，则钢护筒壁厚可选用1 cm；若钢护筒长度超过10 m 且小于20 m，其壁厚可选用1.2 cm；若钢护筒长度超过20 m，其壁厚可选用1.4 cm。

（2） 护筒直径。如果是单层钢护筒，当桩径不超过1.6 m 时，护筒直径应为桩径+0.2 m；当桩径超过1.6 m 时，护筒直径应为桩径+0.3 m；如果是双层钢护筒，当桩径不超过1.6 m 时，外层钢护筒直径应为桩径+0.5 m，内层钢护筒直径应为桩径+0.2 m；当桩径超过1.6 m 时，外层钢护筒直径应为桩径+0.6 m，内层钢护筒直径为桩径+0.3 m。

（3） 护筒长度。护筒应根据实际情况，分节接高，每节一般长2 m。如果桩孔地表为淤泥、粉土、卵石层等时，应设置双层钢护筒，外层钢护筒应至少穿越地表不良土，内层的钢护筒应至少穿过溶洞。接高护筒的主要作用是防止由于遇到溶洞，导致桩孔内的泥浆大量流失，泥浆能起到稳定孔壁的作用，泥浆压力与埋设深度的关系见图5。

图5 埋设深度与泥浆压力关系

2.4 穿过软弱覆盖层钢护筒埋设

（1） 打入。埋设钢护筒时，可采用直接压入或冲锤振入，由于基岩面处比较容易发生漏浆现象，因此，钢护筒打入至基岩面以上1.5 m 时即可停止打入钢护筒，检查孔径及倾斜度。

（2） 钢护筒接高。钢护筒应采用逐节拼接的方式接高，当钢护筒接高到一定程度后，难以直接压入，此时应使用振动锤将其振动至预定位置。接高过程中应注意以下事项：①接高时应注意节与节之间的错缝，防止钢护筒出现扭曲；②钢护筒的轴线应与桩基的轴线基本保持一致，防止出现偏孔现象；③护筒底应加强，防止接高过程中出现损坏。

（3） 钢护筒入土至预定深度前的处理。由于底部基岩可能不平整，导致钢护筒没能完全和基岩接触，此时应注意如下事项：①减小振动力，如果振动过强，则可能导致护筒底部出现一定程度的变形；②防止钢护筒打入过深。如果打入过深，则可能导致底部基岩出现裂缝，导致漏浆。打入到预定深度后，应及时回填片石+粘土，并反复冲击，起到封堵基岩裂缝的作用。

（4） 注浆及回混凝土。由于孔内打入护筒，钢护筒之间、钢护筒与桩孔之间均存在大小不一的缝隙，溶洞处无填充物或填充物流失，均可能导致钢护筒偏位，这将直接导致桩身倾斜或偏位。因此，在打入钢护筒后，应及时对钢护筒外侧注浆或灌入混凝土，一是起到封堵裂缝的作用，二是起到稳定钢护筒的作用。注浆时，注浆压力应小于0.4 MPa，并稳定该压力5～10 s，直至相邻孔冒出水泥浆为止。

结束语

当厚覆盖砂卵石岩溶地层中溶洞较多，且高度较大的串珠型溶洞时，采用内、外双层钢护筒护壁条件下桩孔开挖，能保证桩基顺利成孔。外侧钢护筒主要作用于厚覆盖层，内侧钢护筒主要作用在溶洞回填粘土。当存在泥浆泄漏的最不利工况时，加设内侧钢护筒护壁，对溶洞回填粘土的护壁作用非常显著，可提高成孔施工速度和安全性。从工程实践看，当溶洞高度超过4.0 m 时，回填土在冲孔后，一旦发生泥浆泄漏，则桩孔产生较大的变形和塑性应变，会发生成孔质量低或严重的塌孔问题。需采用钢护筒护壁，以保证施工安全和顺利成孔。