地铁区间桥梁桩基岩溶标准化处理方法及应用

胡荣华 李春雷

【摘要】随着城市化进程的不断加快，地铁施工逐步由城市中心向郊区延伸，鉴于施工现场实际情况，桥梁应用越来越多。由于部分郊区为岩溶高发区，岩溶处理及桩基施工对桥梁结构影响较大，直接关系着工程施工及运行安全。本文结合武汉轨道交通16号线一期工程施工实例，针对地铁区间桥梁桩基施工中所遇岩溶的处理方法进行归纳总结，并详细阐述了施工方法及操作要点等。

【关键词】地铁区间；桥梁桩基；岩溶处理

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.034

Standardized Treatment Method and Application of Karst of Bridge Pile Foundation in Subway Section

HU Ronghua， LI Chunlei

（China Water Conservancy and Hydropower Seventh Engineering Bureau

Chengdu Hydropower Construction Engineering Co.， Ltd.， Chengdu 611130， China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， subway construction gradually extends from the city center to the surrounding suburbs. In view of the actual situation of the construction site， bridges are used more and more. Because some suburbs are karst-prone areas， karst treatment and pile foundation construction have great influence on the bridge structure， which is directly related to the safety of engineering construction and operation. Based on the construction example of Wuhan Rail Transit Line 16， this paper summarizes the treatment methods of karst encountered in the pile foundation construction of subway bridges， and expounds the construction methods and operation points in detail.

Key words： subway section； bridge pile foundation； karst treatment

1.1工程概况

武汉軌道交通16号线一期总方向由南向北，南起沙茅周家湾，北至103省道，沿沙茅大道、马营河大道、汉宏高速、君山路，穿越大马军和马影河铺设，线路通过区域总体表现为自南向北。其中三标段施工范围为5站8区间，线路全长18.386 km，其中高架部分长15.156 km。

1.2水文地质情况

武汉轨道交通16号线一期三标线路通过区域地下水主要有上层滞水、承压水、碎屑岩裂隙水、岩溶裂隙水等，尤其是承压水对工程建设有一定影响。地下水对混凝土及混凝土中钢筋具微腐蚀性。工程基本位于现状道路、村庄、农田、水塘、蚂蚁山、大军山中，除清檀区间地形起伏较大外，其他区间线路地形总体平缓，地面高程范围为17.8～52.8 m。施工区地貌形态包含剥蚀堆积垄岗区（相当于长江冲洪积Ⅲ级阶地）、堆积平原区（长江冲积Ⅰ、Ⅱ级阶地）、剥蚀堆积垄岗区（相当于长江冲洪积Ⅲ级阶地）与堆积平原区（长江冲积Ⅰ级阶地）过渡区及剥蚀丘陵区，且部分高架区间存在岩溶分布，部分桩基下伏溶洞，溶洞发育高度为0.5～15.9 m，埋深为35.3～57.2 m。

2.1处理原则

为了保证桩基工程的质量和安全，需要进行地质超前钻探，获取详细的地质记录，同时进行土试，分析充填材料的物理力学特性，如容重、含水量、孔隙率等，从而计算注浆参数。根据钻孔资料和充填材料，制定相应的处理方案、成孔方法和施工措施，并进行详细计算。施工前，需在桥址进行注浆、打桩试验，获取经验数据，以完善施工方案，指导施工。

2.2处理施工流程

岩溶处理流程：桩基区域超前钻探→钻孔布置→钻孔（下套管）→注浆→封孔。

2.3超前钻探孔施工

2.3.1探孔布置原则

1）桩径1.2 m以下桩基，每根桩布置1个超前钻探孔；桩径1.2～1.5 m桩基，每根桩布置2个超前钻探孔；桩径大于等于1.5 m的桩基，每根桩布置3个超前钻探孔。2）对于超前钻孔探明有溶洞的部位，超前钻探孔兼作注浆孔，不另打注浆孔。3）所有超前钻探孔均需进行封孔处理。4）超前探孔进入完整基岩深度从岩基面算起，不应小于3倍桩端直径，且不应小于5 m。

2.3.2钻孔施工

施工开始前，应根据桩基设计、钻机数量及尺寸、钻井底座尺寸、钻井移位要求、施工方法及其他施工机具布置等确定施工平台的平面尺寸。根据场地条件进行平整、夯实，并设置必要的排水坡，防止地表水渗入。施工放样以设计图纸的测量控制点为依据，铺设并测量施工测量控制网，并按施工测量控制网进行放样。钻机组装完毕后，用吊车将钻机定位，在钻机下部用方木支撑垫调整钻机垂直度，保证桩位准确和钻杆垂直，并开钻。在开掘过程中，每隔1.5～2 m取一组样品，进一步揭开井盖处的地层或不良地质现象。取下的岩心应完全装入岩心盒中，并填写岩心牌子，注明孔深、取景时间、采用率、日期，并拍照备查。钻孔取样完成后，应根据钻孔和岩心情况，按1∶100的比例绘制钻孔柱图，包括孔数、孔坐标和标高、孔深、层厚、岩心形态和岩性描述。施工顺序应以大、非充填，多层溶洞为主，先绕后中。

2.4岩溶处理

2.4.1处理方法

1）长江一级阶地。按照武汉地区地上建构筑物桩基岩溶处理经验，针对长江一级阶地，揭示岩溶洞的区域，在桩基施工前进行预处理，主要方式为填充注浆，下面是根据揭示岩溶洞穴高度的处理办法：当钻孔显露的溶洞高度不超过1米且无充填或半充填，或溶洞已完全充填时，可采用水泥浆进行静压注浆处理。当钻孔显露高度在1～6 m之间的溶洞，未充填或部分充填时，一般采用间歇静压灌浆，采用水泥浆灌浆。每次注浆时间控制在20分钟以内。灌浆完成后，应隔6小时进行第二次灌浆。若20分钟内无压力，应停止灌浆，6小时后进行第三次灌浆。如此反复直到孔底，达到灌浆效果；对施工期间探明溶洞高度大于6 m的特大型溶洞，及时向参建各方通报，组织专家召开专题会议研究决定处理方案。

2）长江二、三级阶地。针对长江二、三级阶地，揭示有可岩溶区域逐桩进行地质超前探，探明有溶洞按照注浆进行处理，无溶洞即可进行注浆封孔处理。在桩基础成孔过程中，如果发现溶洞，应根据溶洞高度和溶洞内充填材料的条件，选择不同的处理方法。可采用浇筑充填、灌浆、混凝土充填或钢套处理。如果洞穴范围较小，洞穴高度小于1 m，并且没有填充材料或洞穴被水填充，则使用抛石、黏土等，使洞穴范围形成一堵墙，然后进行施工。在洞穴范围内，分别在洞穴上方1 m和下方1 m的定位钢筋上焊接一根4 mm厚的钢板管，保证混凝土桩的质量。对于高度为1～3 m的充填或半充填溶洞，处理方法是将片岩与水泥充填，然后将片岩以小行程挤压至洞穴边缘，形成水泥浆砾石壁。冲击在水泥浆初步闭合岩屑缝隙后停止，在水泥强度达到2.5 MPa并通过岩洞后继续。24小时后，将实施冲击。若孔高为1～3 m，无填料或填料较少时，可用干混凝土填充，待固结达到2.5 MPa后再进行孔施工。干混凝土与普通硅酸盐水泥混合。如果洞穴很大，水是导电的，则需要在干燥的混凝土材料中加入一定量的硅酸钠。为了钻通喀斯特地区，可以用石块、砾石、黏土或整袋水泥来填充溶槽、溶槽和小裂缝，这样可以保证泥浆不流失的同时形成墙体，使钻井能够顺利通过。在岩溶地区大埋深桩基施工过程中，要严格控制围桩进度，每小时不超过80 cm，每行程不超过50 cm，以免对溶洞顶部产生冲击。当钻孔接近洞顶时，需要抬起钻头和钻杆，取下旋转钻头，用冲击钻打孔。打孔时轻拍，使孔壁光滑牢固，钻头抬起不超过50 cm。此外，所有的扣环和钢丝绳都必须经过测试，以确保施工安全。

2.4.2灌浆施工

1）施工准备。为确保施工质量，需要先对场地进行平整和压实处理，以保证钻机在施工过程中稳定不倾斜。同时，为了确定合适的配合比，需要试验检测原材料。此外，还要检查所有注浆设备的状况，确保其正常工作，并在现场适当的位置设置水泥棚和制浆站，以便及时提供所需的浆液和注浆设备。

2）钻孔。钻孔过程中，需要做好详细的钻孔记录，同时留存好钻孔中取出的岩芯样本。这些岩芯样本需要与设计柱状图进行对比，以确保施工过程中的钻孔质量符合设计要求。

3）制备、置换套壳料。套管材料在现场采用膨润土。井眼形成后，用钻杆将套管材料置换到井眼内的泥浆中。方法是将管道通过循环泥浆连接到挤出注浆机。在注浆压力的作用下，钻孔中的泥浆被钻杆置换成一套完整的管道。更换后的泥浆通过孔口处的泥浆槽排入泥浆循环槽。

4）安装袖阀管。套筒阀管采用直径为Φ50×4 mm的PVC管。每段长度为2 m。套筒阀管应在更换套管材料后立即插入。两个相邻的套筒阀由一个20c m的套筒连接，并用水泥牢固黏合。在第一套阀管的一端安装一个塞子，然后向管内注水，以减小套阀管的弯曲程度。连接好各套阀管后，将套阀管下移至井底。确保套筒阀管中心与钻孔中心重合。

5）浆液制作。注浆水泥应为强度等级不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，其质量应符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》规范的有关标准。注浆材料为水泥浆液，水泥浆液水灰比应为1∶1。

6）注浆。注浆孔应延伸至洞室底板下方不小于0.5 m。注浆孔直径在土层为110 mm，岩层为76 mm，并有钢制套管壁保护，套管材料的耐压强度不应小于最大注浆压力的1.5倍。注浆结束标准：在100～800 kPa压力下，注浆速率小于4 L/min，延长30 min。进行阶段注浆时，基岩200～800 kPa注浆关闭20 min，土层100～300 kPa注浆关闭30分钟，达到阶段注浆结束标准。在全孔注浆过程中，只有满足以下标准之一才能完成注浆：一是注浆孔压力应保持在0.2～0.5 MPa左右，吸水量不超过40 L/min，并保持30 min；二、注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力大于1.5 MPa；三是注浆点已超过3～5米的注浆范围；第四，单孔注浆量为平均注浆量的1.5～2.0倍，注浆量明显减少。若无法达到上述结束标准，则应进行清孔处理，并重新注浆。

3.1岩溶区地面塌陷

1）长江一级阶地地质超前钻施工过程中易出现沙漏性塌陷，故采用适合该地质情况的全套管跟进钻机，钻孔过程中全套管跟进。2）超前钻进和混凝土灌注过程中随时关注施工范围内的地面变化情况，发现有地面有明显裂缝或局部塌陷情况，立即停止作业，并组织人员撤离，转至安全区域。3）在既有重要公路附近进行岩溶处理时，必须建立地面沉降观测网。观测网应按照15米的间距，在50米的施工半径内建立。施工单位应当派员实时观察，并做好观察记录。一旦发现地面坍塌，应立即启动应急计划。4）钻孔桩在岩溶地区施工时，经常遇到漏水的情况。因此，有必要准备足够的黏土块和石头块，以便在泄漏时及时补充。为保证施工效果，孔内水头必须保持在地下水位以上1.5米。5）岩溶区桩基进行混凝土灌注时，及时进行混凝土面高度检测，发现异常后，立即停止灌注，探明原因后采取补救措施进行处理。6）岩溶区桩基灌注应适当增加混凝土埋管深度，以防止混凝土塌陷后造成的断桩，但必须确保导管正常拔管。

3.2地面塌陷后处理

地面塌陷的位置若在空旷的场地上，塌陷后选用不同材料填充剂，分层填筑。底部以大块石为主（不易流失），混以碎石填筑，上部以黏性土回填碾压。如果地面塌陷发生在建筑物附近，需要及时填补坑洞，以确保建筑物的稳定。先往坑里扔石头，然后铺上卵石和沙子，最后用黏土夯实表面。填充后，需要等待一段时间，使填充物下沉并压实，然后用黏土夯实。对于建筑物周围的地面出现裂缝，需要及时封堵，避免地下水流入；如果建筑严重开裂，则需要暂时关闭，在采取进一步措施之前，需要对破旧建筑进行评估。

由于地铁区间所处位置及地质情况的特殊性，过程中通过不断优化改进，采用了多种措施处理岩溶问题，确保了施工安全与质量，获得了很好的社会与经济效益，为以后相似的工程施工积累了很好的经验。

【参考文献】

[1]赵孝虎.基于岩溶地区的高速铁路桥梁桩基施工技术研究[J].中国设备工程，2023（7）：213-215.

[2]袁清明.岩溶地区桥梁桩基施工技术的研究[J].自动化应用，2023，64（7）：127-129，131.

[3]武林，高波.皖南厚覆盖土岩溶区桥梁桩基设计优化[J].工程与建设，2022，36（6）：1644-1647.

【作者简介】

胡荣华，男，1986年出生，工程师，学士，研究方向为工程经营管理。

（编辑：于淼）