岩溶地质桩基础施工技术
2016-11-07
1.工程概况
贵州省瓮安至江口的高速公路存在一段16？30+1？40米的高架桥，被称之为K140+240银盏高架桥，总共5联；将肋板台运用于下部的结构桥台，而采用柱式墩来做桥墩，除了第3联运用的是预应力砼简支T梁，在上部的结构当中基本都采用预应力砼连续T梁；扩大10#-16#的基础，其余的都运用桩基础，21米为最大的桩的长度，1.8米为桩基直径。通过实际调研以及钻孔探测，4#-7#墩存在溶洞，这种情况通过与设计院进行沟通研究，为了桥梁结构得到安全保障及桩基底部能够进入完整围岩，建议穿越溶洞要采取延长桩长度等措施。
2.岩溶地质特点
2.1 基岩顶面起伏不平
由于受到地下水和地表水的侵蚀，石灰岩的岩面普遍会出现犬牙交错的形态，也经常发生岩面突变的现象。如此便会造成基岩面的起伏不平，一般突变后的高度相差1～5m，甚至有的地段能够达到20米左右的差距。这种情况下，桩基在施工过程中容易引起质量以及安全问题，如断桩、卡钻、偏孔以及垂直度过大或偏差等，给桩基施工造成极大的麻烦。
2.2 浅层溶洞
浅层溶洞为基岩面以下2m～15m内的溶洞，溶洞内部一般存在填充物，其呈现出一种软塑―流塑的状态。由于溶洞发育具有无法预测性、形态复杂性，所以在桩基施工中，桩位进入溶洞的位置以及溶洞的高度都会严重影响到桩基的承载力以及成孔，给桥梁带来严重的安全隐患。
2.3 软土
软土存在于石灰岩溶洞地区的基岩表面，具有软塑―流塑状态，薄厚不一的特点，在桩基础施工过程中，这种软土层会带来很多施工质量问题，如断桩、缩颈等；另外，由于软土层具有较大的压缩性，容易降低桩基的有效承载力并对其产生负摩擦的现象。
3.溶洞探测方法
3.1 地质钻探法
在工程地质钻探技术中主要运用地质钻探法。该方法主要是在柱状图上标注出桩位所处的溶洞、溶槽以及溶沟等。由于其对于桩基础的设计非常重要，所以其重要性不能忽视。
3.2 施工探测法
确定溶洞位置的方式有很多种，施工探测法就是其中一种，它是在钻孔施工过程中，利用冲击响应（钻头处）、漏浆的位置以及反馈等来确定溶洞的位置。该种方法对于经验和技术的要求不高，但必须对施工过程中人员的安全情况进行重点关注。施工探测法能够初步分析溶洞的大小、形状以及柱状高度等。
3.3 地质雷达探测法
地质雷达探测法运用于施工前，利用高频电磁波的发射，然后由雷达接收效果图来判断溶洞的具体情况，这是由于不同介质中电磁波的传播速度以及损失存在不同，那么雷达接收的效果也就不同。该方法能够对溶洞的发育情况以及位置、大小做出比较准确的断定，是目前最为便利的溶洞探测法。
4.溶洞处置方法
4.1 溶洞高度1米到3米的处理方法
1米到3米之间的溶洞高度，其溶洞范围较小，溶洞内是否存在半填充或全填充的填充物都能够在地质报告中显示出来，另外，漏浆现象是否在钻孔过程中存在，这些都能够对是否采应在钻孔过程中取特殊处理措施进行有效判断，如果这些情况都不存在，那么可按照常规桩基础进行施工。银盏高架桥1#、2#墩就是属于这种情况，我们针对溶洞较小且洞内有填充物的特点，仅仅是放慢冲击速度，减少进尺等措施进行处置，安全穿越溶洞。
如果溶洞内不存在填充物，而漏浆现象严重，那么就要根据漏浆的位置并结合地质报告来进行以下处理：（1）漏浆现象如果发生在溶洞或者其地层被严重破碎时，需要在孔内混合投入黏土、片石以及水泥，然后进行持续的冲击，以达到稳固孔壁的目的。最后在水泥强度达到2.5mpa后再进行溶洞的穿越施工；（2）漏浆现象发生在钻进岩层过程时，应在孔中投入黏土块，该土块的含砂量不应过高。下图为高度在1米到3米之间的溶洞处理图：
4.2 溶洞高度3米到5米的处理方法
1米到5米之间的溶洞高度，具有教小的多层溶洞间距，如果回填法无法将漏浆现象制止住，那么建议进行钢护筒穿越的处理方法。首先进行开孔、扩孔，然后将钢护筒振沉至溶洞底部。银盏高架桥4#、7#墩经探测发现为三层溶洞，溶洞高度较大，该桥才用了钢护筒安全穿越溶洞。
4.3 压力注浆方法
对于溶洞裂隙比较多的工程情况，在桩基础施工过程中，压力注浆处理法也可以用来处理漏浆、塌陷等安全情况。压力注浆法一般是在桩基周围设置钻孔布，然后再施加压力进行水泥浆的灌注，最后固结溶洞填充物。针对较大的溶洞，可增加注浆孔的数量，注浆压力为0.3～0.5Mpa，浆液的水灰比在0.8：1～1：1之间。
5.岩溶地质桩基础施工质量控制措施
5.1 钻孔灌注桩
5.1.1漏浆、塌孔
将质量较好的黏土及片石准备齐全，在孔口出现漏浆现象时，能够将黏土以及片石及时抛填到里面进行处理。而溶洞上部的护臂压力受到泥浆渗漏的影响造成塌孔现象，针对这种情况，应确保一定的沉渣或者一定的泥浆浓度，然后封堵溶洞的裂隙，以防止出现塌孔现象。
5.1.2卡钻和埋钻
造成卡钻与埋钻的主要原因是碎石在填充过冲中的下落，以及对钻头用力过猛。对这种情况的处理措施为：（1）当钻已经进入溶洞位置时，应减少进入的尺度，对其速度进行有效控制，同时注意调高泥浆比重，如向孔内抛填黏土等，如此能够防止碎石下落；（2）对于埋钻的情况，应该事先准备一些拖拉设备以及钻机撤离准备，将钢丝绳系好，最后进行钻孔。
5.1.3断桩
预防断桩安全隐患的具体措施为：（1）及时供应灌装混凝土，维持两辆以上的罐车在现场；（2）在混凝土灌注过程中，要对砼顶面高程进行及时测量，保持5m左右的导管长度；（3）如果存在漏浆现象，则随浆面将导管同时下放，将导管进行深埋处理；（4）如果存在混凝土面不上升以及大量超灌的现象，则可暂停片刻再继续灌注；（5）通知混凝土拌合站在进行灌孔之前应保证混凝土的及时供应。
5.2 挖孔灌注桩
（1）对于较大的溶洞来说，为了防止出现护壁坍塌砼漫流以及断桩等安全隐患，应采用片石进行砼填充处理；（2）对于较小的溶洞来说，可以采取封堵浇筑砼护壁的处理方式；（3）当挖孔至桩底设计高程时，为了保证桩基的结构安全，要在孔底进行钻孔或钎探。
五、结束语
综上所述，岩溶地质具有复杂的特性，其桩基础施工更是具有很多条件限制，只有在施工之前对其地质进行详细勘察，然后根据地质勘察报告，采取相应的预防以及处理措施，才能够确保桩基础施工的质量，以避免地质原因带来的安全隐患。
参考文献
[1] 刘洪洋.岩溶地区桩基础施工[J].广东公路交通，2013-08-30
[2] 崔小平；艾德春；杨军伟；秦趣.岩溶地区的地基处理[J].水科学与工程技术，2012-04-25
[3] 张艳奇.岩溶地区桩基础施工技术研究[D].昆明理工大学，2011-04-01
