岩溶地区桥梁桩基施工技术探究

'岩溶地区桥梁桩基施工技术探究　　摘要：文章结合广西河池至都安高速公路桥梁桩基施工溶洞处治实例，提出了首先应优化设计，避开溶洞来解决棘手的桩基溶洞处理，同时提出了桩基溶洞处治的技术方案和桩基溶洞施工程序，并对桩基溶洞施工过程中常遇到的问题及处治方法作了介绍。实践证明：新方法既节约成本，又缩短工期，还确保了质量和安全。关键词：岩溶地区；桥梁桩基；优化设计中图分类号：U445文献标识码：A广西河池至都安高速公路主线全长92.3km，设计共有大小桥梁51座，上部构造多为T梁、空心板梁桥，基础大多为桩基，各种桩径的桩基共计2108根。沿线为石灰岩地区，岩溶地貌发育，工程地质十分复杂，桥梁通过岩溶地区除少数为摩擦桩或扩大基础外，其余均为嵌岩桩，2010年底施工以来，初步统计全线有溶洞桩基1089根，几乎每座桥梁都有。溶洞最高的有近20m，一根桩最多穿过大小溶洞层数达12层，溶洞内充填物处于全充填、半充填和无充填等状态，充填物多为软～流塑状粉质粘土，卵石（碎石）夹泥沙，砂夹泥土等。摆在我们面前的是一项非常艰巨的任务，也是影响桥梁基础工程进度的关键。通过近18个月的努力，最难的桩基溶洞施工已顺利完成，岩溶区桥梁桩基施工取得了成功。7 1优化设计主要的优化设计工作如下：（1）桩基改扩大基础。对于覆盖层4m厚度左右，溶洞顶板厚度不小于5m，溶洞不大且又有全充填的情况下，将桩基改为扩大基础。（2）支承桩改摩擦桩。当覆盖层较厚（15m以上），或溶洞埋置深度很深时，可以加大桩径，缩小桩长，由支承桩改摩擦桩；也可设计两桩抬一柱；或者设计成4桩一柱的摩擦桩。如K12+440加拉大桥20#墩1#桩和2#桩砂卵石覆盖层厚度都在17m以上，以下连续有4层和8层溶洞，设计为直径Φ140cm支承桩桩长40.5m，施工难度大，经与设计单位协商一致后，将单桩修改为4根直径Φ100cm各长15m的摩擦桩（加承台），由复杂的桩基溶洞处理变为简单的摩擦桩施工，避开溶洞处理，加快了施工进度。（3）变更结构型式，满足设计意图的替代方案。K22+445上谭分离式立交桥，设计为1～20m空心板梁桥，跨越现为6m宽的水南二级公路。桩基础，24根直径Φ100cm桩长44m和30.5m各半，上有10～15m红粘土覆盖层，下伏溶洞多达10层，溶洞最大高度5.2m，溶洞相通，构成地下暗河，施工难度非常大。为避开桩基溶洞，经与地方政府协商一致后，修改为2～7m箱型通道，满足了使用要求。2溶洞桩基施工技术方案7 对于不同的地质情况，采用不同的施工技术方案，因此应根据地质钻孔柱状图，逐桩制定施工方案。通常情况下，采用综合处理方法取得了明显效果。（1）通常桩长在15m以内，在无水或者地下水小的情况下，可以人工挖孔。山丘上的高架桥，抓住秋冬两季降雨量少的时期挖孔最有利，特别是对无充填物的溶洞，人工挖孔更易处理。挖孔桩关键是抓安全。地下水丰富的桩基溶洞必须用冲击钻机施工。（2）埋置深度较浅的（15m以内）溶洞，内有充填物的，采用黄土加小片石（粒径在15cm以内）用冲击钻机冲孔，从低冲程冲击反复加黄土片石至高冲程冲击填满溶洞，挤实孔壁，保证孔壁厚度和密度，缓慢进尺冲击直至穿过溶洞。（3）上覆为粉质粘土、粉砂土、中粗砂、砂卵石层等厚度比较大结构松散或流塑状的覆盖层，而下伏为半充填或无充填的溶洞，采用钢护筒护壁是稳妥可靠的。当冲锤击穿溶洞顶板时，经常出现瞬间丧失水头水压，单靠泥浆护壁，会造成垮孔。因此在击穿溶洞顶板之前，覆盖层段用钢护筒护壁是必要的。（4）当桩基有高大溶洞或者有多层溶洞时，必须采用钢护筒护壁。可以采用变截面钢护筒护壁，也可采用钢护筒跟进法护壁。K35+585聋竹坪三号高架大桥1#墩4#桩桩径Φ150cm，桩长37.7 25m，穿过10层溶洞，有1.6～2.5m高大溶洞6层，其中三层溶洞半充填，3层溶洞无充填，采用3次变截面桩钢护筒护壁施工方案，15天时间完成钻孔任务。（5）当桩底溶洞顶板大于2d（d为桩径）小于3d（或小于5m）时，如下伏较小溶洞（洞高1m左右），且溶洞内全充填，可以在溶洞内先压浆，提高溶洞内充填物的承载力，加大持力层有效厚度。或者先施工桩基，在灌注桩内预留Φ80mm的管道，用木塞封住两端，待混凝土达到一定强度后，再用地质钻机钻孔至溶洞内压浆处理。3溶洞桩基施工程序（1）逐桩制定施工技术方案，报监理和业主审批，对于特殊岩溶区的桩基施工，应组织专家会审。如K91+332坡高二号大桥，桩基础设计桩长达50多m，穿过6～10m高大溶洞4层以上，洞内为软～流塑状粉质粘土，下伏有地下暗河，地质补勘时下游冒出泥浆水。通过两次专家会审，完善了设计方案和施工方案，采用钢护筒跟进法护壁，施工进展顺利，每根桩都在30天左右完成。（2）逐桩进行技术交底。绘制地质钻孔柱状图，在图中标明各地层的操作要点、注意事项，对现场技术员、钻机操作手进行技术交底，使工人能对照钻孔柱状图所标明的技术要求和注意事项进行操作，避免失误。（3）做好溶洞处理的物资、机械准备。包括汽车吊、装载机，钢护筒等;7 应贮存大量的黄土、小片石、泥浆或水，做好溶洞处理的应急预案。（4）制定详细的冲击钻机桩基溶洞成孔操作方法，精心操作，提高成孔质量。桩基溶洞处理，好的施工技术方案固然重要，但关键还是钻机操作手。如何提高钻机成孔质量做到不垮孔，这是桩基溶洞处理能否成功的关键。4钻（挖）孔桩经常遇到的问题及处理方法（1）坍孔：由于岩溶区地质复杂，有的桩地质钻孔并无溶洞，但冲击钻机钻到一定深度后，水头突然下降甚至一降到底，造成坍孔。预防及处理方法：当覆盖层为松软粉砂土、砂砾土时，也应低锤反复冲击，控制进尺，遇到砂土、中粗砂层等，提高泥浆浓度，加放适量水泥，形成较坚实的护壁，如遇到失去水头，也可稳定一定时间进行回填和加入泥浆抢救。坍孔后回填黄土、小片石，待砂砾或粘土沉积密实后再冲孔。如果坍孔较大，证明下面有大溶洞，重新冲孔后采用钢护筒护壁。7 （2）钻孔偏斜。偏斜的原因一是半边溶洞，二是斜岩。处理的方法一般采取回填片石或强度高的卵石、漂石冲平后再钻。这一招在岩石强度很高（100MPa以上）的孔中效果不明显，甚至无进尺。另一种办法是钻孔冲偏后，浇水下混凝土，待混凝土达到强度后再冲孔，有成效。如ZK29+070闷水兜水库中桥，这样处理了很多桩。最好的办法是在浇注水下混凝土时，加入一定数量的5～10cm长的钢筋头，冲平斜岩最有效。（3）漏浆。首先应分析漏浆的原因，如果是小漏浆，可能是岩石裂缝漏浆，采用黄土加片石或加水泥反复冲击。如果还堵不住的话，或是岩石裂隙与溶洞相通，采用浇注水下混凝土。这种方法在宁远互通2#桥有几根桩都取得成功。（4）遇到地下暗河时，应先尽量探明情况，不是很大的暗河可采用灌注水下混凝土封堵，待混凝土达到强度后再冲孔，如果有较大地下暗河时，用钢护筒隔断，先在护筒内浇混凝土再冲孔。K34+650聋竹坪一号高架大桥10#墩1#桩，钻到9m后，上面泥浆变清水，加黄土造浆也没改变，发现孔内有一暗河，流水带走泥浆，我们采取浇注水下混凝土超过暗河高1m左右，封堵成功。（5）灌浆堵缝止水。都安互通立交1#和2#桥，桩长在15m以内，钻孔柱状图无溶洞，挖孔桩施工。当挖深5～7m时，岩石裂缝渗水量越来越大，两台潜水泵还抽不干，甚至还出现小鲫鱼。我们采取的办法是：将灌浆管下端插入岩缝内，上端延伸到地面，根据孔的大小插入2～3根。待孔内水为静水时，采用压浆机开始灌水泥浆，最后用0.2、0.3mPa压力压浆，不宜压力大。止水效果很好，这种办法在2#桥就用了8根桩。5结语7 通过河都高速公路桥梁桩基溶洞的施工，对桩基溶洞处治积累了一些经验，对于类似的桩基溶洞施工有一定的借鉴和参考价值。参考文献：[1]JTGD63－2007,公路桥涵地基与基础设计规范．[2]广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院.河池至都安高速公路两阶段施工图设计.7'