喀斯特地貌地区桥梁桩基施工技术研究

喀斯特地貌地区桥梁桩基施工技术研究

胡鹏

中国葛洲坝集团路桥工程有限公司 湖北宜昌 443000

摘要：我国的云南、贵州、四川等地地势起伏大、岩溶发育，桩基础区域存在有洞穴、沟槽、裂隙等不良地质情况。而山区桩基础常设计为端承桩，桩端持力层的的稳定性和承载能力是制约结构安全的关键因素。本文结合贵州某在建高速公路桩基施工，系统性的总结岩溶地区桩基施工技术，为工程的安全、质量保驾护航。

关键词：桥梁；桩基；岩溶；溶腔；人工挖孔；冲击成孔；

喀斯特地貌又称岩溶，指可溶性岩层被水溶解、机械作用后造成的裂隙、沟槽、洞穴等不良地质，岩石的完整性被破坏、强度降低，且岩溶地区形成的溶腔形态多样、与结构裂隙交错出现，并具有一定的隐蔽性，给工程建设带来一定的难度。

一、工程概况

贵州某高速公路一坝特大桥位于六盘水市六枝特区梭戛乡，桥址区地质钻探揭露为：第四系残坡积层粘土，三叠系中统关岭组第二段白云岩、灰岩。桥址区钻孔86个，13个钻孔遇见溶洞、溶蚀裂隙，岩溶率15.1%，岩溶较发育。岩溶发育深度在2.0-30.6m之间，洞高0.4-3.7m、顶板厚度1.0-29.6m。桩基设计长度16m-28m，桩基范围内无地下水，有少量溶岩裂隙水。

本桥桩基施工多采用冲击成孔，施工中的重难点：

（1）溶洞区位于桩孔正下方时，溶洞岩层的厚度、强度不一致，在施工过程中易发生偏孔，影响成孔的竖直度；

（2）当桥址区所遇溶洞为大型溶洞时，采用一般的措施无法完全封堵，施工过程中极易出现漏浆，严重时会产生溶岩顶板坍塌，危及施工作业人员的安全。

（3）溶腔过大时，混凝土极易流失，桩基混凝土面上升较慢，容易引发断桩等质量事故。

二、施工技术要点

本桥岩溶区桩基施工过程中，根据桩孔位置的地质情况、钻孔揭露的溶洞大小、连通性、填充形态等因素制定科学严谨的施工技术措施，保证了岩溶区桩基施工的安全质量。

2.1 施工方法的选择

以地勘报告中的地质资料为主要判别依据，对孔位处的溶洞特征: 溶洞的揭露深度、溶腔大小、溶洞的贯通性等进行分析。对于溶腔较小、且未形成贯通的桩孔部位采用冲击成孔；对于桩孔部位中出现的溶腔横向延展较大或是与临近桩孔形成贯通溶洞的桩孔位置采用先人工逐节开挖护壁至溶腔部位后采用填充片石、砌筑片石砼护壁处理后再进行冲击成孔；对于中型溶洞，可缓慢回填片石、黏土等经挤密后再抛投水泥，堵住裂隙后再继续钻进；对于大型溶洞，先抛投片石、黏土填充挤密后，再打设钢护筒稳定孔壁后再继续钻进。

施工前建立测量控制网，并进行施工桩位放样；仔细研究设计图纸、地勘报告，组织施工人员、管理人员的安全技术交底；组织施工材料、设备、人员等资源；现场的“三通一平”，泥浆池的挖设。

2.2 施工过程控制措施

（1）穿越溶腔顶部

冲击钻施工至溶洞顶部0.5m时，调整冲击钻的冲程，用小冲程慢速击穿溶洞顶部，避免快速冲击造成落锤或液面急剧下降，影响孔壁的稳定性，发生坍塌事故。溶腔的边缘形态不可能与桩孔的形态完全一致，溶腔的部分棱角会伸出桩孔部位，且强度较硬，冲击过程中极易造成偏孔。在钻进过程中要注意观察冲击钻上钢丝绳的摆动情况，若摆动幅度过大，并偏离原来的“十字护桩”的中心时，表明钻进孔位已偏孔，需及时回填片石至溶腔棱角面以上，在进行钻进纠偏。

人工挖孔桩在有溶洞的孔位施工时，每开挖一节（≤1m）要及时施做护壁，并对孔底进行钎探，探明下一节是否存在溶腔；人员必须挂设防坠安全绳，进行有毒有害气体检测和保证施工供风。在挖至溶腔顶部0.5m，作业人的员清渣、钻孔、装药、起爆线路联网等工序必须做好孔下人员的安全防护措施。

（2）穿越溶洞技术措施

冲击成孔当钻进过程中出现液面明显下降、钻进速度加快等现象时即说明已进入溶洞区域。

穿越小型溶洞（高度＜1m）时，进入溶洞区后及时进行补浆，向孔内抛投黏土及片石等材料，当泥浆液面不再下降后，调整泥浆指标至标准数值范围，使泥浆充盈整个孔洞后再组织钻进。

穿越中型溶洞（1m≤高度＜3m）时，溶洞内呈脱空状或流塑状，会出现液面急剧下降，先钻进至稳定孔底，后用片石、碎石材料回填，每次回填高度控制0.5m，并用冲击钻小幅挤密，循环挤密、回填过程，只至回填范围超过溶洞顶部1m。然后调整泥浆指标达标后再组织钻进。若出现溶洞填充不密实而导致的漏浆情况，抛投水泥后小冲程挤密，使水泥在裂隙内充填、凝结，将裂隙堵住后再施工。

穿越大型溶洞（高度≥3m）时，由于形成的溶腔较大，孔桩侧壁脱空，在钻进过程中极易引起溶腔上部的孔桩侧壁的坍塌、剥落。必须采用抛投片石、黏土等材料先把溶腔部分先回填并挤压密实，然后打设钢护筒，护筒长度比溶腔距孔底部分长2m，护筒随着钻进过程中逐节接长和下沉到位。通过此种处理后，再钻进至设计高程。

由于冲击钻锤头为梅花形，锤头未直接接触齿槽中的孔底原岩，若一直保持一个锤头状态钻进，由于溶洞区域的岩石强度不一，易形成针刺状的凸出，不及时处理易影响成孔质量。在施工过程中每钻进0.5m时，需转动锤头至另一角度，保持转动后锤头能覆盖上一角度时未覆盖的区域，能有效的避免形成针刺状的凸出。

当溶腔横向延展较大或是与临近桩孔形成贯通溶洞时，可采用先人工开挖、防护至溶腔部位，先用片石、碎石等材料填充溶腔，在孔壁周边1m范围内采用浆砌片石回填。等浆砌片石强度达到80%后，再根据剩余桩长选择成孔方式。若剩余钻进深度＜8m，可继续采用人工挖孔；若剩余钻进深度≥8m，且再无此类溶洞时，可改为冲击成孔钻进，保证作业人员安全。

（3）钻至设计标高后的处理措施

当钻进至设计标高时，需要通过渣样判断桩基是否进入持力层；并通过物探方法探测桩底5m范围或3倍直径范围内是否有溶洞、裂隙、软弱夹层等不良地质情况。桩底标高需由地勘、设计、监理等单位联合验收，如实际地质情况与地勘报告差别较大时需通知设计单位进行桩长的设计变更。

（4）水下混凝土灌注质量措施

当桩基成孔后，及时组织对桩长、竖直度、沉渣厚度等的检测，下放钢筋笼，浇筑水下混凝土。由于此类地区设计的桩基为端承桩，必须严格控制孔底的沉渣厚度＜5cm；不得用加深桩长代替清孔。首封混凝土浇筑直接影响整根桩基的质量，首封混凝土必须连续灌注，并保证导管埋入混凝土面1m以上，浇筑提升过程至导管埋置深度宜控制在2-6m，经常性的测量、计算混凝土面的标高，及时调整导管埋深。浇筑至设计标高后，需要超灌0.5-1.0m，将与泥浆接触的混凝土和有浮浆的混凝土清除掉，保证桩基混凝土质量。

三、结论

在岩溶桩基施工中必须结合地勘报告、岩溶形态特征（揭露深度、溶腔大小、溶洞的贯通性等）选择合适的施工方法。针对不同的溶洞大小，提出了多种溶洞处置措施：即小型溶洞采用抛投黏土、片石；中型溶洞采用抛投黏土、片石挤密后，并用水泥凝结、堵缝（裂隙）；大型溶洞采用先填充片石、碎石，后下钢护筒支护；溶腔横向延展较大或是贯通溶洞时，采用人工挖孔至溶腔部位后，进行溶腔回填及护壁砌筑等技术措施。在项目实施过程中，能有效地解决岩溶区桩基施工的质量安全问题。

参考文献

[1] 岩溶发育地区桥梁桩基施工技术研究[J]. 马俊周刚.  公路与汽运. 2005(17)

[2] 岩溶发育区人工挖孔和冲击钻孔桩的综合应用[J]. 王雄威.  山西建筑. 2010(9)

[3] 岩溶极强发育地区桩基施工处治方案研究[J]. 罗德泉.  山西建筑. 2018(6)