岩溶地区桥梁桩基钢护筒变形施工处治技术研究

覃振洲，向 晖，袁本哲

（1.贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州 贵阳 550014；2.中建铁路投资建设集团有限公司，北京 102600）

在桥梁建设过程中，桩基的处理是其中的重要一环，但有时会遇到岩溶地段[1-3]，导致桩基钢护筒发生变形，这将直接影响到基桩的承载力及安全性和经济性[4-5]。

有学者对此方面进行了大量的研究，如汪华斌等[3]通过研究在桥梁桩基荷载作用下，引入Hoek-Brown准则分析得出了溶洞顶板的稳定性；黄龙飞等[6]研究了岩溶地区桩基施工的特点，针对施工中遇到的问题，提出了专业的技术建议；杨庭友等[7]结合具体的工程实例，分析了复杂岩溶地区下桩基施工技术的针对性措施，并通过实践获得了良好的效果。

随着中国基础建设的大力发展，在岩溶条件下进行桥梁桩基施工的问题亟需解决。因此，本文拟通过分析总结实际工程中岩溶桥梁桩基的变形处理，尤其针对桩基的钢护筒变形方面提出建议，以期为其他相似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程背景

某项目的主桥整体为刚构梁，主梁为预应力混凝土箱梁，箱梁为单箱双室截面，桥面为1.5%的双向斜坡。3 号桥墩桩基为直径220 cm 的钻孔桩，桩基础为C30，桩基础为嵌岩桩。

1.2 工程地质条件

根据勘察结果，现场覆盖层以人工填土层为主，还包括第四系冲积层，下伏基岩为泥盆系，具体如下：①岩溶充填物。场地内存在溶洞，其内充填黏性土、圆砾、粉细砂及粗砾砂，呈松散-稍密状态。②岩溶发育段。灰白色，裂隙很发育，溶蚀作用强烈，岩芯破碎，钻机钻进时极不均匀，振动声大，大部分成碎块状，少量呈短柱状，呈半边岩。③溶蚀裂缝。溶蚀作用强，钻机速度快，裂缝填料以含少量砂粒的黏性土为主，部分区域不填塞，溶洞裂缝宽度通常不低于0.5 m。

该桥位于矿坑边坡边缘位置，呈南高北低、向北侧矿坑倾斜地势，由于地势较低，矿坑的地表水和地下水都从矿坑周围向坑内汇集。场地基岩的灰岩裂隙、节理和溶蚀孔隙较多，并含有一定数量的裂隙水，这些裂隙水沿着地势经坑壁排入坑底，其出水量因季节变化而变化。在勘探过程中，各个钻孔未测得基岩裂缝水。拟建设的桥梁及所处的边坡区域无地表水，但北面现矿坑底部聚集了一定数量的地表水，主要为大气降水和裂缝水，目前已安排了泵排和回填。

2 桩基变形

前期，3 号墩共投入4 台钻机同时对3-2 号桩、3-4号桩、3-5 号桩、3-7 号桩进行冲孔，钻孔施工采用隔桩施工，且对角位置桩基钻进高度差保证10 m 以上。

3-2 号桩冲孔至23 m 深度时，锤头卡入溶洞里无法提出；3-4 号桩冲孔至30 m 深度时，溶洞内填充物涌入桩孔内，造成锤头被埋。

3-5 号桩冲孔37 m 时，由于冲孔时出现了孔眼、渗水等问题，在回填片石复冲后，已顺利通过了岩溶部位，在冲孔期间没有出现任何异常；然后继续冲到隔离区的最底部，安装了钢护筒，该钢护管长30 m，内径2.4 m，壁厚1 cm，在隔离钢护套安装完毕后，继续对隔离区下面的桩基进行钻孔；当钻孔达到37 m时，孔壁溶洞中的岩体崩塌，钢护套的顶部10～24 m 处被挤压到了桩孔中，锤头被卡在了桩的底部。当钻孔中的泥浆排出时，从孔外向内看仍然有碎石从孔中跌落，直到被挤压变形为止。钢护筒变形情况如图1 所示。

图1 钢护筒变形情况

3 桩基处理

针对桩基钢护筒的变形问题，提出了采用气割钢护筒和钻孔内修正变形的方法。由于溶洞中有崩塌，采取局部加固方法有很大的危险性，不能确保钻孔桩的安全，因此，必须采取C30 高流态混凝土填充注浆加固，然后再进行注浆处理，以确保钻孔施工不漏浆、不塌孔。为解决钢护套的变形、卡锤等问题，制定了专门的施工方案，以解决钢护筒变形和卡锤问题，可为其他墩桩基施工遇到大型溶洞及岩石断层处理时提供施工参数。

3.1 工艺流程

根据现场实际情况，为了保证在合理的工期内，对桩钢护筒进行变形处理，其中桩钢护筒的切割和焊接由16 名工人组成，以4 人为一组，分4 班24 h 进行，力争在30 d 内完成钢护套的变形处理。在桩钢护筒的变形治理过程中，对墩台中其他桩的钻孔停止施工，并在桩孔四周安装护栏，通过鼓风机进行通风。

钢护筒变形处理施工工艺流程为：平整场地、清理危石→泥浆抽放→钢护筒变形段安装内支→钢护筒外周边溶洞浇筑混凝土→钢护筒外周边加压注浆→钢护筒切割、校正、岩石凿除、钢板焊接封闭成环加固（按0.5 m 一节分段循环处理）→提出锤头、泥浆重造→冲孔至设计桩基标高→钻孔后安装内层绝缘钢护套→成桩后间隔充填。

3.2 钢护筒变形区段处理

为了避免钢护筒的进一步变形，同时保证钢护筒的施工安全，先用泥浆泵将钻孔中的泥浆泵送到指定的位置进行倾泄，然后在钢护筒的变形处自上而下安装型钢内撑，型钢内撑尺寸为80 mm×80 mm×2.5 mm，并环形排列成3 个三角形，垂直间隔0.5 m，如图2 所示。

图2 钢护筒变形处治方案

3.3 桩周溶洞填处理

为了避免岩体断裂在桩周处继续崩塌，从而影响桩体的成孔及成桩后的稳定性，采用C30 高流态的混凝土进行充填，再通过管道灌注混凝土。并在混凝土浇筑之前，将8 根灌浆小导管预埋于桩周处，将小导管插入钢护筒的底部，使小导管的顶部高于钢护筒50 cm，作为注浆孔；在钢护筒变形段顶部打一个预埋管孔，再将注浆管道斜插入溶洞内，共设4 个孔，这样在压浆过程中，浆液可以使洞顶破裂的岩石固化。注浆导管为Φ50 mm×2.5 mm 的钢管，在钢管下10 m处设有5 mm 的注浆孔，并以5 cm 的梅花形间距排列。在灌浆孔外周用土工布包裹，使灌浆后的泥浆可以通过灌浆孔排出。在混凝土浇筑完毕后，采用高压注浆（水泥浆）浇注钢护套的外侧间隙，处理完毕后的效果图如图3 所示。

图3 钢护筒变形处治效果

3.4 钢护筒处理

钢护筒的变形部分需进行切割、校正，然后进行岩石的凿除，最后将钢板焊接封闭成环。

钢护筒的变形部位用气切割法一层一层地切断，每一层的厚度为50 cm，沿圆周方向分成3 段进行切削。在切割护筒之前，先将10 cm×10 cm 钢筋网片焊接在型钢支架上作为工作台，在工作台上铺15 mm 厚的竹胶板，将钻孔中的钢板和钻孔中的碎石从孔中取出，并用吊车将它们从孔洞中拉出。利用钢套管钻入岩体，在凿岩表面形成环状顺孔壁；在钢护筒的切削部位，先将2 cm 厚的钢板折成2 个半圆，焊成环，再用千斤顶对它进行调整，通过测量设备进行测量，以确定钢护筒的中心位置，确保钢护筒的垂直度。对管的变形部分进行50 cm 的连续加工，直到整个变形部分全部处理完毕。每环加固板的接头都采用单面焊接，且需要对所有焊缝进行焊接，并采用水平尺对各个节板的垂直度进行严格的控制，以保证桩底的锤头能够平稳抬起。提锤后，再准备好泥浆，接着冲孔至设计桩的标高。

3.5 冲孔桩施工中常见问题及处理

塌孔：立即将锤抬起，并用泥沙和碎石填充，填充至塌方孔洞的上方1～2 m 处，然后等待沉积后再重复进行冲击孔壁。如果以上方法仍然不能奏效，应征求设计者的同意，再采取其他行之有效的办法。

梅花孔：用锤对孔洞进行二次加工。在桩孔内用石块填充，直到填充至孔的顶端，修补好桩锤的转向环，然后进行低锤密冲，反复进行钻孔。

桩眼倾斜：不要用偏心大的锤子，定期对锤子进行检查，如发现锤子磨损严重，应立即进行替换。注意泥浆的流动，泥浆的比例要适当。在施工期间，要保证钻机的基座稳固，以免造成钻机支架偏移和倾斜。

3.6 质量控制

钻孔桩的质量检查必须按照现行的有关规定、质量验收规范和设计文件的质量标准进行。施工前应对原材料如水泥、砂、石子、钢材等进行检验，并对施工组织设计中的施工顺序、监测手段（包括仪器和方法）进行检验。在施工中，应对孔、渣、钢筋笼的放置及混凝土灌注等进行全面的检验，并对孔底持力层（岩性）进行复查。完成后，必须对钻孔桩进行强度检测，并对其质量和完整性进行检测。

混凝土的品质管理：按照有关的规范进行施工。其质量控制需注意以下几点，如混凝土工程施工人员配置要齐全、机械设备安全技术操作要规范、砼浇筑要均匀、振捣要均匀、连续浇灌、砼试块配专人制作与养护，并且所有的材料都要经过检测，并能满足使用的需要。

钢筋工程质量管理：所有钢筋均在现场进行加工，钢筋配料必须按照图纸要求绘出各构件的钢筋简图，以确保各构件钢筋直径、几何尺寸、下料长度等精确；钢筋的焊接由专业焊工施焊，并按照规定及时进行检验；钢筋的制造、安装必须确保数量、直径、间距正确；各类预应力钢筋应定位精确、牢固。

严格控制原材料和中间产品质量，杜绝将不合格的材料用于工程中，及时对其砂砼进行强度检测，以便指导配合比调整或改进施工工序，达到结构工程内实外美。要对不合格原材料、不合格半成品、不合格的产品（项目）实施有效的管理，保证不合格物料不能投入生产、不合格的物料不能调换及不合格的产品不能交付。

4 结论

本工程总体目标采取科学可行、经济可行的施工方法，有效解决了岩溶桥梁桩基的钢护筒变形问题。对于处理完成的钻孔桩的检验，仍应按现行有关规定、质量验收规范、设计文件的质量要求进行。现如今，中国的桥梁建设进程不断加快，对工程质量的要求也越来越高，故提高桥梁的承载力方法之一就是保证桩基的稳定，进而使其整体的优势发挥出来。本文中所总结的岩溶桥梁桩基变形处理方法可为其他相似工程提供借鉴。