高速公路桥梁桩基施工技术探讨

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1概述

在岩溶强发育地区，地下溶洞形状、大小不一，分布不均匀，承载能力小，溶洞之间连通性好，因此桥梁桩基在钻进施工过程中容易出现塌孔、掉钻、埋钻、钻孔偏斜以及漏浆等问题［1］，从而影响施工进度，降低施工质量。不同岩溶强发育地区的岩溶形态各具特点，其中串珠状岩溶由于溶洞沿深度方向数量分布较多，发育程度和规模不一，从而成为桩基成孔施工最难应对的岩溶形态之一［2］。虽然王平［3］以广东紫惠高速公路工程为背景论述了岩溶区现场施工主要技术和注意事项，范业帅［4］针对河北省柴河特大桥12号主墩桥梁桩基施工阐述了岩溶强发育区桩基施工方法及特点，但由于串珠状溶洞的特殊性，这种复杂岩溶地区的桥梁桩基施工技术还需进一步总结和完善。本文将结合广东省佛清从高速公路北段东升互通桥梁桩基施工实践，探讨溶洞呈串珠状分布的复杂岩溶地质桥梁桩基主要施工技术特点，分析主要施工技术难点，为类似复杂岩溶地质条件下的桥梁桩基施工提供现场经验，以此提高高速公路桥梁桩基的施工质量和施工效率，避免施工过程中安全事故的发生。

2工程概况

广东省佛清从高速公路北段位于广州市花都区赤坭镇和石角镇，全长27．17km。经初步地质勘测，东升互通桥梁工程段处于灰岩地区，地表覆盖厚，岩溶发育较强，溶洞埋深较深，洞高呈0．1m～16．8m不均匀分布，其中小型溶洞(洞高小于3m)占59．43%，大型溶洞(洞高位于3m～9m)占34．85%，特大型溶洞(洞高大于9m)占5．72%。溶洞内处于全充填、半充填和无充填等状态，充填物多为软～流塑粉质粘土夹灰岩碎块。在东升互通桥梁工程500根桩基中约有200根桩基的桩底或桩侧分布着溶洞，部分桩基将穿越溶洞沿深度方向呈串珠状分布的复杂岩溶区，穿越溶洞个数多达4个。

3主要施工技术要点

3．1桩基施工工艺。目前，桥梁桩基成孔常用方法有人工挖孔法、旋挖钻进成孔法、冲击钻进成孔法等［5］。由于东升互通桥梁工程位于强发育岩溶区，在桩基钻孔施工过程中易出现漏浆，甚至塌孔等安全事故，因此为了使填充物有效地挤入溶洞，提高护壁堵漏的效果，增强孔壁稳定性，建议采用冲击钻进成孔法。东升互通桥梁段桩基施工流程如图1所示。在复杂岩溶区使用该成孔施工工艺时应注意以下事项1)根据现场实际情况来调整冲击钻的冲程大小。冲程过大，易引起较大的振动，从而引起塌孔;冲程过小，则耽误施工进度;2)钻至岩层时，若表面不平整，应先投入小片石，再进行冲击钻进，从而防止斜孔、塌孔事故;3)要适当放松钢丝绳长度。松绳过少，易形成“打空锥”，损坏机具;松绳过多，降低钻进速度，易发生钢丝绳纠缠事故。在距离设计孔底1m范围内，宜采用小冲程高频钻进，以此夯实孔底，有效保证桩孔底部密实、无破损;4)冲击钻进一段时间后，应及时捞渣。若钻渣太多，使泥浆浓度变稠，从而吸收大量冲击能，降低钻进速度。现场每钻进2m～4m应进行泥浆比重测定，并根据实际情况及时注水，降低泥浆比重;5)钻孔过程中需加强测量复核，钻机进尺2m～4m后使用护桩对孔位平面位置进行复核，若发生偏孔应停止钻进，及时调整钻机位置，护桩位置予以保护。若护桩发生偏移，需重新复核桩位及护桩平面位置。3．2施工前准备工作。钻孔前，需根据基准坐标点、水准点，按施工技术规范和设计要求布设施工测量控制网，控制桩位中心、钻孔垂直度、桩顶、桩底高程等。由于东升互通桥梁采用双柱墩结构形式，所以桩基的定位精度要求比普通结构的定位精度高，定位复核需加强精度控制。桩位精确放样后，使用线绳在桩基四周布设护桩，护桩距桩基中心点距离根据现场实际情况进行调节，一般在2．5m～3．0m之间。施工前，需对钻机平台进行整平加固，若桩机仓促定位会导致后期施工中出现桩基孔垂直度不合格。若桩基四周地质条件不好，要对钻机摆放位置进行重点清表，清理到硬土位置为止，然后回填级配碎石，每回填20cm后压实，再回填下一层并压实，最后进行整平，铺设钢板，使得钻机平稳固定在施工平台上，保证钻进过程不会出现钻机下沉不均匀或者移动偏位情况;若桩基四周地质条件好，可对表面进行清理，然后整平，铺设钢板，保证钻机位不出现偏移。根据测量放线埋设钢护筒，钢护筒的厚度为8mm，高度为2．0m～4．0m，内径比相应桩径大20cm，护筒上开有一个溢浆孔。护筒埋设采用人工开挖的方式，将坑底整平，然后放入护筒，四周即用黏土回填，分层夯实，并随时观察护筒，防止填土时护筒位置偏移，严格控制护筒位置和垂直度，钢护筒顶部需高出施工场地地面30cm，防止杂物等进入施工孔内。3．3造浆及清运。泥浆在施工过程中在孔壁会形成一层泥皮，不仅可以起到保证施工孔免于坍塌的作用，还可以起到浮悬土渣的作用。在桩基孔钻进过程中应不断测试泥浆的性能指标，并根据泥浆性能和地层情况及时调整，必要时可添加外加剂，改善泥浆性能。泥浆循环系统主要由泥浆池、出浆槽、泥浆泵、沉淀池等部分组成，布置于两桥墩之间。泥浆池及沉淀池四周应布设防护网和警示标识，底部周边码放砂袋，防止漏浆污染。为了加快施工进度及保护环境，需在施工场地建设泥浆沉渣晾晒区，并由泥浆清运车及时清运。3．4溶洞处理方案。复杂岩溶区的桥梁建设常会因溶洞的存在降低施工效率和工程质量，若在桩基施工过程中未能有效处理溶洞，则会在后期运营中出现桥梁桩基的不均匀下沉，从而影响行车舒适度，甚至出现工程事故和行车安全事故［6］。因此桩基施工中常会根据现场实际岩溶发育状况和地质情况制定针对性的溶洞处理方案［7］。东升互通桥梁右幅1-1桩位和3-3桩位分布着串珠状溶洞，因此在钻孔施工过程中，出现了严重的漏浆和塌孔施工事故，故现场工作人员根据地质勘测资料和现场实际情况，结合了抛填黄土片石法和钢护筒跟进法来处理溶洞。当钻至距溶洞顶板距离小于500mm时，应提出冲击锤，向孔内抛填片石、粘土，再进行小冲程钻孔，直至穿过溶洞后再逐渐加大冲程至正常钻孔速度;当钻头穿过溶洞顶板后需立即提出，向孔内先后抛填片石和粘土，抛填比例按1∶1施工，再以小冲程高频率冲击穿过空洞，将充填物挤入孔壁，实现人工造壁。对于串珠状溶洞中的空溶洞或半充填溶洞，在穿越击溶洞前，应密切注意孔内泥浆面的变化，若出现下降，则立即补水，并按1∶2的比例回填粘土和片石，再进行冲砸堵漏，当漏浆现象全部消失后才正常钻进;对于溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥，穿越溶洞之后应向孔内投入比例为1∶1的粘土片石混合物，冲砸固壁，防止孔壁坍塌。当钻孔过程中遇到串珠状溶洞的大型空溶洞时，漏浆严重易发生塌孔事故，此时应采取钢护筒跟进法，钢护筒直径要大于桩径至少10cm，采用震动下沉法将钢护筒打至溶洞位置。现场溶洞处理施工如图2所示。3．5清孔及水下混凝土灌注。桩基孔钻至设计深度后，需对孔深、孔径、孔位进行检查，然后采用换浆法对施工孔进行清理。当换浆至规定时长后，吊入已经制作好的钢筋笼，进行二次清孔，并再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度是否符合规范和设计要求，当泥浆含砂率小于2%，相对密度位于1．03～1．10之间，方可进行水下混凝土灌注。a）抛填黄土片石b）钢护筒跟进法灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，需要一次完成，中间不能停留。水下混凝土坍落度应控制在180mm～200mm，在灌注过程中，应保持孔内水头和导管埋管深度在2m～6m范围。当孔内混凝土靠近钢筋笼时，应使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，减小混凝土从导管底口出来后产生较大的向上冲击力，防止钢筋笼被混凝土顶托上升;当混凝土进入钢筋笼一定的深度后，应适当提高导管，减小导管埋置深度，从而增加钢筋笼在导管底口下的埋深，增加混凝土对钢筋的握裹力。为确保桩顶质量，应在桩顶设计标高的基础上多灌注50cm～100cm，灌注结束后立刻清除桩顶沉渣;待混凝土强度达到70%后，人工凿除超灌的混凝土，以保证桩头混凝土质量的良好。

4施工技术难点

1)由于岩溶发育的不连续性和复杂性，使得前期钻孔勘察工作不能完全反映洞走向、分布以及大小，因此在桩基施工中有可能会碰到未勘探到的溶洞，这样往往给桩基施工造成一定的经济损失，加大了溶洞处理费用，且在钻孔过程中易发生塌孔、斜孔、卡锤、漏浆等风险，使得桩基成孔操作难度比较高［8］。2)由于桥址区岩溶发育强，溶洞呈串珠状分布且连通性较好，因此在桩基施工过程中溶洞处理工作难度较大，常在同一个溶洞位置发生多次漏浆和塌孔。3)由于部分桩基需穿越串珠状岩溶地基，桩孔设计深度较深，设计桩长较长，因此需要大量的混凝土材料，且需要长时间的灌注施工。而因为混凝土材料的质量会随着时间的推移发生一定的变化，故控制难度会提高，在灌注环节易出现流失与断柱的问题，因此应该加强灌注混凝土材料坍落度的控制［9］。

5结语

在复杂岩溶区进行高速公路桥梁建设，增大了施工难度，减缓了施工进度，加大了施工风险，故本文结合广东省佛清从高速公路北段东升互通桥梁桩基施工实例，对溶洞呈串珠状分布的复杂岩溶区桥梁桩基施工技术进行了系统的阐述，建立了科学实用的施工技术方案，提出了针对串珠状溶洞的处理技术，有效地提高了施工质量和施工效率，保障了钻孔施工安全，确保了桥梁运营期的安全性和稳定性，可为类似复杂岩溶地质条件下的高速公路桥梁桩基施工提供了经验参考。

参考文献:

［1］熊雄，丁学军．岩溶地区桩基钻孔施工技术［J］．交通世界，2019(29):68-69．

［2］黄坚．串珠状岩溶地基钻孔桩施工技术［J］．铁道建筑技术，2014(12):8-11．

［3］王平．紫惠高速T8标岩溶区桩基施工探讨［J］．山西建筑，2018，44(10):117-118．

［4］范业帅．岩溶强发育区桩基施工技术研究［J］．青海交通科技，2017(1):91-93．

［5］谢和平，马细勇．岩溶复杂地质条件下的公路桥梁桩基施工技术探究［J］．工程技术研究，2019，4(18):92-93．

［6］王新涛．桥梁桩基在复杂岩溶地段的施工技术［J］．中国建材科技，2017，26(5):128-129．

［7］王贯国，魏东旭，朱琦．浅谈岩溶区桥梁桩基施工技术［J］．西南公路，2017(3):116-120．

［8］胡硕，吴燕开．广州西二环岩溶地段桩基施工技术方法探讨［J］．交通标准化，2006(Z1):160-162．

［9］董羽嘉，丁岚洁．岩溶复杂地质中桥梁桩基施工技术［J］．交通世界，2019(32):123-124．

作者:罗海炼 钟兴武 侯亿晖 陈文锋 单位:中电建路桥集团有限公司