桥梁施工桩基溶洞处理
2016-06-06
桥梁施工中，桩基础是最为常用的一种基础形式。桩基础建设进度和施工质量优劣将直接影响到整个工程的最终完工情况。长期以来，桩基施工溶洞处理问题由于比较复杂，处理起来比较棘手，令桥梁建设者十分头痛。实际上，我们虽然承认溶洞处理上的技术难度，但并不是不可以攻克的。只要我们清楚地认识到洞穴的类型、规模、范围等地质结构信息，同时充分利用工程机械、材料等，就能将桥梁施工中桩基溶洞难题迎刃而解。
1 桩基溶洞处理主要方案
在不同地质条件下，针对溶洞的具体特点，桥梁桩基溶洞处理的主要方案包括以下几种：
1.1 挖孔桩施工方案。挖孔桩施工方案适用于桩基土壤没有较厚的砂石层或砂层，并且溶洞地下水位偏低。
1.2 钻孔桩施工方案。钻孔桩施工方案适用于桩基土壤中存有较多的砂石、中粗砂、碎石等，并且有大量地下水涌出。
1.3 护筒跟进施工方案。护筒跟进施工方案适用于桩基溶洞上方的砂砾层较厚的情况。以护筒跟进桩基，可以有效防止孔壁的坍塌。
1.4 挖钻结合施工方案。当地质条件较为复杂，采用挖钻孔施工方法时，由于无法掌握地下水位的具体情况时，可以采用挖钻结合的方案方法。
2 桩基溶洞处理施工方法
2.1 适用于钻孔处理的溶洞
冲击钻取孔施工方法下，远离桩位置设置冲击钻的支撑点，不能取可能导致溶洞坍塌范围内的支点，因此，需要估算钻机支撑点的安全距离。严禁直接在孔口安置钻机，而且钻机必须用绳子牢固绑拉。当钻机安装到位后，钻机的顶部和机座应保持平稳，开机状态下不产生位移或沉陷。
2.1.1 当钻机打至距溶洞顶约1米时，必须准备充足的片石材（厚约5?20厘米）和粘土。粘土和水作成球状（直径15?20厘米）。如溶洞为半填充和非填充的溶洞，还应备足水源。此外，钻机在作业到1-1.5米时内应当变换冲程，逐渐击穿溶洞顶部，防止钻头被卡。
2.1.2 密切观察钻孔施工的进度。当即将钻穿溶洞顶部之前时，必须派专人观测护筒里泥浆表面的情况。一旦发现泥浆面迅速下降，应及时补充水。
2.1.3 对于桩基下的大型、特大型溶洞或半充填溶洞，且上方有厚砾石层时，为了因防止泥浆流失导致的孔壁坍塌，宜采用护筒跟进的施工方法。
2.1.4 对于小型溶洞或层次结构的溶洞，为了防止桩基下的溶洞与其它溶洞合成一个大洞或形成葫芦状，如有需要，可先以低标号的级混凝土进行灌注，待桩基下的溶洞有所增加后再进行施工。
2.1.5 钻孔施工结束后，应先对钻孔的直径、深度、形状、垂直度以及孔底的地质条件与设计方案进行详细的比较，并检查孔底深层次泥浆沉积厚度。待所有项目均由监理工程检查合格后，方可进行清孔。
2.2 适用于挖孔处理的溶洞
2.2.1 桩基孔壁支护设计与施工。为了确保施工过程的安全性，桩基孔壁应用钢筋混凝土进行防护，内部和外部的结构呈齿形，钢筋放置在孔壁的内侧，厚度为15厘米。一般采取现浇混凝土的方法，施工中选用自制钢模板，孔壁的每段由三块钢模板的组装形成。在浇注混凝土时，先拆卸上一节的模板再用到下一节中，以此自上而下的进行周转。U形卡将每块模板进行连接，上部和下部由槽钢圈固定紧密，不再另行设支撑物，方便混凝土的浇筑和下段的挖掘施工。
2.2.2 开挖井孔。挖掘井孔时，为了增大孔壁的摩擦力，应尽量使孔壁不平整。具体的开挖方法视土壤的性质决定：土壤属于亚粘土或粘土等不透水层，比较适宜挖孔，挖孔工具选用短柄铁锹，开挖深有1米左右应立即用钢筋混凝土作护壁；土壤属于砾石、碎石、粉性粘土等半透水层或透水层时，每开挖1.0-0.5米左右就必须快速做好护壁，以防止塌孔。工程施工到砂层时，每20厘米在上层的护壁外打入直径20的钢钎，并在钢钎上用草袋进行防护，待水被抽干后再浇筑混凝土，每节的最大施工高度不超过每节0.5米。
施工作业人员在挖孔进尺距离顶面约1米的时候，需要系好有可靠连接的安全带。在有可靠安全带的保障之后，采用钻孔的办法来检测内部承压水是否存在，如果其内部有承压水就需要等待至其流尽后，再采取措施抽水并接着开挖。当溶洞的顶盖打通，我们可以排除洞内的水或者泥浆之后，将小动物活体放入其中三十分钟，如果小生物依然活着且正常就可以让工作人员进入其中。依照工作人员在溶洞中的检查情况，可以考虑使用砖砌外圈，改外圈需要有足够的厚度与刚度。在此之后可以采用立模浇筑钢筋混凝土来保护。当处理完这些之后方可往下挖进。
进入溶洞后，要根据溶洞内填充物的情况分别采取不同的措施。若为空溶洞，首先将积水抽干，用砖砌外围，然后立模浇筑钢筋混凝土；若溶洞内有填充物，则根据填充物的种类分别采取不同的措施：
a.填充物是中粗砂、粉细砂时，挖进时应浅进尺，强支护，沿上层护壁外围每20厘米打入直径20毫米的钢钎，然后钢钎上绑扎草袋作为防护，每节最大高度0.5米。
b.填充物为软塑状黏土、含碎石粉质黏土时，采用短柄铁锹进行开挖，每挖深1米左右就及时护壁。
3 溶洞处理的其他方法
对于一些地质构造特殊的溶洞，当其裂隙发育较广，用灌注低标号混凝土填堵无法封住裂隙时，可采取注浆措施，提供成孔条件穿过溶洞。
3.1 根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔，钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
3.2 用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5兆帕～1.0兆帕范围，具体压力值由现场试验确定。速度为15升／分钟～20升／分钟，其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石)，然后固结，渗透最小直径定为3.0米，以保证冲钻成孔时有足够的固结体。
3.3 单花管注浆，管头花管段长度为100厘米，孔眼直径和问距根据现场试孔后确定，注浆管外径为70毫米，比钢套管内径要小。注浆时，通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间，压入量根据渗透半径、固结体积来计算，公式为：
Q= πR2Hβμα(1-γ)λ
其中，R为渗透半径；H为溶洞高度；μ为填充物的孔隙率；α为超灌系数；λ为地区性经验系数；γ、β分别为充填率与充填系数。这些参数和系数可根据现场试验确定。
3.4 为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
3.5 注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序依据施工情况自行掌握。
4 结语
溶洞处理是桥梁桩基施工中难度较大的技术问题，由于其具有不可预见性、复杂性、危险性等特点，在处理过程中应综合分析各种资料和数据，针对不同的溶洞类型制订相应的处置方案，对随时出现的新情况做好充分的准备。
参考文献：
[1]交通部第一公路工程局.公路施工手册(桥涵)[M].北京：人民交通出版社，2000.
[2]JTJ041―2000，公路桥涵施工技术规范[S].
[3]彭鲲，易武.岩溶地区桥梁桩基础施工方案研究[J].山西建筑，2008，34(36)：318―319.
