岩溶地区桥梁桩基施工技术应用探讨
2016-10-08
1前言
我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，在西南、中南地区，岩溶现象普遍存在，给桥梁基础施工带来了较大的困难。岩溶根据其发育强度，可分为强烈发育，中等发育，弱发育，微弱发育4种，在岩溶强烈发育区，主要表现为大型暗河，廊道及较大规模的溶洞。对于这种岩溶地质，在地质勘探时容易发现，并会引起勘探人员及设计人员的高度重视，工程中将尽可能避免或采取其它特殊措施处理。其他三种发育强度的岩溶区存在更为普遍，多表现为溶蚀、溶沟、溶槽、中小型串球状洞穴或单个小型洞穴，裂隙较为发育等形态，而对于这种发育程度的岩溶区域，由于岩溶表现形式的多样性及规律性不强的特点，在目前的勘探手段及有限资金情况下，给勘探设计与施工带来很大的不确定因素。
笔者2002年10月至2003年3月参加了湘潭至邵阳高速公路十九A标秋田中桥的施工，现结合该桥桩基施工出现的问题，分析总结岩溶地区桩基施工应注意的几个问题。
2工程简介
2.1工程概况
潭邵十九A标K203+165中桥为3*13m钢筋砼空心板桥，桩基础，桩柱式桥台，基础为φ1.5m桩基。
2.2地质勘探资料
覆盖层10-20m深，由上而下分为：①填土1.0-1.5m厚，②亚粘土，黄褐色，5-10m厚③亚粘土，黄褐色，厚6-8m，下伏为石灰岩，灰白色，桩基嵌岩深度要求1m。
2.3工程进展情况
潭邵十九A于2000年6 月开工建设，计划2003年12月竣工通车，至2002年9月该标段路基工程已完成90%，路面底基层完成60%，基层依次开工，进展正常，但K203+165秋田中桥从2000年8月开工后，由于该桥地质情况异常复杂，除0#台地质情况较为稳定，1#墩、2#墩、3#台桩基均位于旧河道上，覆盖层厚，地下溶沟、溶槽、纵横交错，溶洞多达5-6层，有的相互连通，地下水量大，因此，工程进展缓慢，到2002年9月只完成桩基11根，占工程进度计划的20%，尽管项目部先后采取了多种措施，但均未奏效，处于无法进展下去的困境，已成为制约十九A标乃至整个潭邵高速公路总体进度的关键工程，鉴于这一严竣局面，十九A标项目部决定充实力量，加大投入，抽调笔者和十九A一工区区长阳树龙同志负责该桥的施工。
3施工技术处理措施
3.1前期已采取的措施
3.1.1前期项目部采用人工挖孔，方法：3-5人一组，采用人工开挖，手摇卷扬机吊装，该方法成本低，施工机具少，简便灵活，但只适合地下水量小的桩基成孔，在0#台和1#墩、2#墩中共11根完成的桩基既采用该方法完成。
3.1.2当开挖3#-6、3#-5桩基时，挖至16m后，就发生涌水，淤泥上涨，再次开挖，再次上涨，多次反复，始终无法向下进展，由于不断掏空淤泥、流沙，附近100-200m处的农田多处发生垮塌，说明该桥址处地下溶洞可能相互连通，在无法进展下去后，项目部采取了以下一些措施。
①砼护壁
每向下挖0.5-1m，即浇砼护壁，标号C20，厚0.15m，配φ16钢筋，间距20cm，但护壁遭到推挤破坏，未能奏效。
②采用正循环旋转钻机钻进，钢护筒护壁
由于岩层倾斜，钻机就位不正，造成偏孔，无法进行。
③采用帷幕注浆
沿3#-6桩基外围设孔注浆，间距30-50cm，孔径100mm，水泥浆采用425#普通砼硅酸盐水泥，配合比：水:水泥=0.8:1.0
7d后，再采用人工开挖，也没有成功。
在此期间,业主安排有关方面对地质情况重新进行了勘探,共布设钻孔6个,基本摸清了桥位处的地质情况,考虑到前期桩位已定,未对跨径再作调整,但确定桩长依据地质实际情况进行调整。
3.2合理选择钻孔设备
桩基成孔目前常用方法有人工挖孔，旋转钻机成孔，冲击钻进成孔，冲抓钻进成孔。人工挖孔，无需钻孔设备，造价低，灵活方便，但局限性大，只适合于无水或地下水量不大，孔深较浅，岩溶发育强度较弱的情况下采用；旋转钻机成孔（又可分为正循环旋转钻机成孔和反循环旋转钻机成孔）适用于黏性土，砂类土，含少量砂砾石的土（砂砾石含量少于20%，粒径小于钻杆直径的2/3），孔径为80-250cm，孔深30-100m；冲击钻成孔适用于黏性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、较软岩石，孔径80-200cm，孔深小于50m；冲抓钻适用于淤泥、腐殖土、密实黏性土、砂类土、砂砾石，孔径100-200cm，孔深适宜20m以下。
总结前期施工的经验教训，综合分析本桥地质情况，认为，本桥位溶岩情况复杂，流砂强，岩石强度较高，应采用大型冲击钻。
在确定方案后，项目部立即采取果断措施，从衡阳调进两台大型冲击钻，昼夜施工，3#-6，3#-5，顺利下钻成孔，采用冲击钻后，施工顿时变得顺利，进度迅速赶了上来。
3.3 岩溶地区泥浆的制备和使用
泥浆一方面起到护壁，防止钻孔垮塌的作用，另一方面，起到浮渣作用，一般应选用塑性指数Ip＞10，黏性土或膨润土，不同的土层泥浆相对密度可按表1数据选用：
对于岩溶地区钻孔，泥浆相对密度应取较大值，本桥施工中采用1.2-1.4，在钻进过程中，由于存在溶沟、溶洞、泥浆极易损失，应及时补充，并采取必要的措施。
3.4 漏浆及溶洞的处理
在溶蚀带的岩溶地质，往往裂隙发育，溶沟、溶槽、溶洞错纵复杂，本桥在3#-5钻进至20m时，突然发生漏浆，在15min内，孔内水位下降了1.8m，由于孔内水位骤降，钻孔周围约2m范围内地面出现了裂缝，有可能造成大的塌孔。在这种情况下，笔者根据以往经验，立即组织民工向孔内投放水泥，这一措施效果显著，30min后，水位下降得以控制，水位完全稳定后再加大泥浆浓度，在控制钻进速度的措施下，继续缓慢钻进。
如果存在较大的溶洞可按如下方法处理：
1）在孔口附近准备足够的小片石和粘土，最好配备一台ZL50型装载机，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时大量补水。
2）当钻至离溶洞顶部附近时，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，比例回填粘土和片石，仍采用小冲程轻砸，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后，并且泥浆漏失现象全部消失后正常钻进。
3）当漏浆严重，回填粘土和片石没有作用时，可采用直接灌注水下混凝土的措施。方法如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至已钻孔底0.3m-0.5m，灌注水下混凝土，至溶洞填充完毕，判断标准以灌注混凝土面超过溶洞洞顶1m左右且混凝土不再下降为准，待混凝土强度达到30%-50%左右后，重新钻进。
也可采用钢护筒穿过溶洞或采用帷幕防渗技术，以保证钻进的顺利进行，防止漏浆、塌孔。
2.5 终孔的判别
本桥设计时依据的地质勘测资料粗陋，不完善，设计桩长15m-21m，且均为柱桩，由于地质情况发生了变化，桩长相应作了调整，3#-6桩长29m，柱桩；3#-5桩长23.9m，柱桩；3#-1改为摩擦桩，桩长30.6m。
如果为柱桩，应尽量探明桩底以下有无溶洞，使桩承载于整体岩层并嵌入岩内0.5m-1.0m，摩擦桩则应达到设计桩长，实际施工中可从以下几方面综合判断：
1）以设计钻孔柱状图提示岩面高程作为参考。
2）查阅钻机施工记录，可将基岩进尺速度，0.1m-0.2m/h 为进入全岩面的控制速度。
3）采用钎锤触探, 锤头触岩时,会出现轻微反弹。
4）捞取钻渣,岩屑含量50%-70%,且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。
2.6 水下混凝土灌注过程中流失的处理
岩溶地区水下混凝土的灌注量一般超过设计数量较多，其中本桥3#-6超过28%，3#-5超过37%，3#-1超过23%。
对此，一般应采取如下措施：
1）加大首盘混凝土数量，通常首盘混凝土数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要，计算公式为：
V≥πD2(H1+H2)/4+ πd2 h1/4
式中:V-灌注首批混凝土所需数量（M3）；
D-桩孔直径；
H1-桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；
H2-导管初次埋置深度(m);
d-导管内径;
h1-桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m);
一般在公式计算的基础上增加20%-30%。
2）灌注过程中加大导管埋深，我们将导管埋深由通常的2m-4m提高至3m-6m，灌注时应勤于测量混凝土面的高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断。
3）对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时就加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5m-2.0m，避免在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成短桩。
4加强检测，确保质量
桩基检测主要有钻芯取样法，超声波法，机械阻抗法，水电效应法等无破损法。无破损法检测桩基砼的质量，效率高、操作简便、成本低，桩基质量检测中，比较普遍使用，但不能检测桩基底基岩的状况。在岩溶区施工的桩，宜加大钻芯检测的频率，对于未在地质钻孔位置的桩，特别是在钻进过程中出现了如漏浆等异常情况的桩，宜作钻芯检测，且宜钻至桩底4-5m以下，以探明桩底岩基情况。
4结论
潭邵秋田中桥后期，由于加强了地质勘探，施工方法得当，处理措施及时，只用了短短两个月时间就完成了全部桩基施工，扭转了进度落后的不利局面，收到了较好效果。因此，在岩溶地区建桥，应根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、精心组织设计与施工，并加强检测，确保桥梁安全。
参考文献:
[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2] 罗骐先，桩基工程检测手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[3] 刘雪峰.岩溶地区桥梁桩基设计与施工[J].山西建筑，2006.
