基于岩溶复杂地质的高速高速公路桥梁桩基施工技术研究

黄建平

（中交四公局第二工程有限公司， 北京 100000）

0 前言

路桥施工环境特殊，特别是岩溶山区地质条件较差，对施工技术和工艺要求很高，必须提前进行现场全面勘察，掌握岩溶山区地质地形特征，然后制定科学可行的施工方案，以确保桩基施工的可靠性，避免质量隐患的遗留。针对复杂地质结构，施工单位应把桩基施工管理作为重点，确保所有技术作业都能严格按照专业规范进行，减少施工变更，提高工程建设的综合效益。

1 岩溶山区复杂的地质特点

为了适应社会经济发展的需要，我国高速高速公路在不断建设中日趋完善，但由于所面临的地理环境不同，相应的施工技术和工艺也不同，需要根据现场的实际情况，制定出具有可行性高的施工方案，配以适当的施工技术，不但可以降低施工难度，而且可以减少出现的施工问题。由于地质条件的特殊性，在面对熔岩山区环境施工时，主要是由硫酸盐、卤化物、碳酸盐等可溶岩石产生化学溶蚀反应，在发展强烈的地区，甚至存在着大型地下暗河、廊道和大型地下溶洞，对高速公路桥梁桩基的影响很大。为了保证施工活动的正常进行，需要提前进行综合地质勘察，查明地质实际情况，根据岩溶表现出的复杂多变的特征，提前做好准备，预测可能的施工问题，制定各种防范措施，为后续施工作业的开展提供保障，减少外界各种因素对施工作业的干扰，提高高速公路桥梁桩基施工的综合效果。

2 岩溶山区桥梁桩基施工常见问题

2.1 桩基塌孔

高速公路桥梁桩基施工中，由于山区岩溶地质的特点，容易发生塌孔现象，造成后续灌注作业无法进行，延误工期，增加工程造价。造成这一问题的主要原因是：岩溶连通性差，覆盖层流塑性强，加剧了孔内浆液流失的问题；即使采取补浆措施，仍会出现孔内液面高度不达标的问题，产生压差，最终导致钻孔塌陷。为了避免这类问题，需要在施工前根据勘察结果确定施工步骤，从外围桩逐步过渡到中间桩。同时，为提高孔壁结构稳定性，应选择比设计桩径大、最终达到基岩以下深度的钻头，再安装钢套。分析工程施工要求，配以相应砂浆，并在套筒外侧利黄土填实，可有效地防止由于浆液流失而导致的塌孔。此外，还需事先设计好防渗措施，发现渗漏通道后，要及时封堵，特别是穿越钙质砾岩裂隙地带时，可采用泥球锤击，保证无漏浆问题，可按设计方案施工。

2.2 地下水涌出

由于前期勘察不准确、地下水位相关信息掌握不全面，在岩溶桩基施工过程中常常会出现涌水现象，增加了现场施工的难度。许多工程因承压水引起岩溶桩底大量涌水，降低了施工的安全性。如遇地下水溶洞，需再次对比现场情况，对施工方案进行调整修改，以确保施工方案具有较强的可行性和科学性，再以此为施工指导，确保每一个细节的实施规范。遇有体积小，但水位浅，水流稳定的溶洞，可采用抛石措施处理，条件允许时，可采用适量的碎石土和水泥，增加溶洞周围片石和泥浆的紧密度，使地下水流连通速度，减少对桩基施工的影响。

2.3 钻孔弯管

在基桩基础施工过程中，同时也是容易出现质量问题的阶段。假使岩溶发育过快，在实际施工中易发生弯管、夹管等现象，其安全性和稳定性较低。而且，许多单位在施工过程中，会遇到原岩层不平衡，造成地面变形、地层塌陷和涌水，不仅增加了施工难度，而且还容易引发安全事故。如遇地下水流速度快的溶洞，为了保证溶洞内水位的稳定性，可采用内层钢护筒下沉法处理。当水流通过洞口顶部时，可用钢丝等材料绑扎，避免对内护筒产生影响，再用吊车将内护筒转移到洞口底部，最后用监测器检测内护筒是否到达洞口底部。若钻孔后发现水位下降，则需反复加浆，控制水位，使泥浆处于稳定状态，判断洞穴中是否有地下水。若洞穴灌注所需泥浆不足，且位置不断变化，则可确定洞穴中存有地下水，需采用相应技术施工，最大限度排除地下水对桩基施工的影响。

3 挖孔桩成孔施工技术

3.1 护壁厚度设计

在挖孔桩施工过程中，考虑到工程对钻孔深度的要求，需要采用分段开挖的方法，分段护壁处理，以进一步提高挖孔桩施工过程的安全稳定性。对小于6 m 的孔径，由于土质条件较好，可在不设护壁的情况下进行开挖施工；但对大于6 m 的孔径，在施工过程中应适当设置护壁，并适当控制护壁厚度约15 cm。

3.2 桩孔开挖

结合岩溶地质环境特点，确定采用分段开挖的方法进行工程施工。在地质条件较好的地区，为1 m 一段，在岩溶地区为0.5 m 一段。施工过程中不需要对孔壁进行抛光处理，采用人工处理方法，保证了孔壁的平整度。在钻孔施工过程中，遇到坚硬岩石时，可采用浅眼松动爆破法，继续进行挖掘施工。

3.3 护壁的施工

结合岩溶地质环境特点，采用15 cm 等厚钢筋混凝土外护壁，采用人工浇筑方基桩及桩位轴线，保证孔位及孔深均符合设计要求。

3.4 钻孔的测量控制

在进行钻孔施工时，随时对桩位轴进行校核，确保桩位、截面积和孔深均符合工程实际设计要求。此外，还需对轴线进行测量控制，通过将控制水准机牵引向上直至护壁顶部，实现高程测量与控制。

3.5 溶洞处理

在岩溶地区进行钻孔灌桩施工时，必须采取有效措施对溶洞进行处理，具体措施包括以下三个方面。

(1)溶洞的安全处理。检测洞穴中的有毒气体，检测人员进入洞穴时必须戴上安全系带，并确保安全带与井口的挂梯之间有足够牢固的连接，以提高检测人员在进行洞穴检测工作时的安全性。在基坑挖深超过10 米时，需采用鼓风装置不断向洞内吹入新鲜空气，保证探测者的呼吸需求。

(2)溶洞的承压水检测。在孔径与溶洞顶面距离为1 米时，应提前钻取直径为10 cm 的孔洞，以检测溶洞内有无承压水。在有承压水抽采完毕后，要求施工人员和检测人员迅速撤离地面，方可继续进行开挖施工。

(3)溶洞的填充物检测。挖穿溶洞顶盖后，检查溶洞内的填充物，如无填充物，将溶洞内的积水、稀浆抽净，加固外圈，再进行立模浇筑施工；如溶洞内有填充物，先合理划分填充物的等级，再对不同等级的填充物采取有效的处理方法，处理完毕后再进行下一步的施工。

4 冲击钻钻孔桩成孔施工技术

4.1 制备泥浆

为改善泥浆稳定性，可在泥浆中加入适量的0.2%碱粉，再采用钢质材料包扎包扎，进行包扎作业，包扎包扎内径需大于桩径0.3 m，采用分解卷扎，并根据岩溶地质环境选择科学、合理的包扎方案，如对包扎深度较浅的包扎可采用挖埋法。此外，为了避免施工过程中杂物落到钻孔里，造成钻孔质量问题，还需对护筒的顶面进行控制，使其高度高于地面0.3 米。

4.2 架设钻机

当设置钻机的支座位置时，尽量设置在原则孔的位置，然后采"八"字形缆风绳栓拉钻机，以确保其安装足够平滑，避免在具体施工过程中发生位移或沉降现象。

4.3 钻进作业

对于一般的土层钻孔施工，为了有效地提高泥浆浓度，可选用50/75 cm的冲孔钻。在进行岩溶层钻孔施工时，为保证洞室顶部被击穿，避免卡钻问题的发生，可采用在100～150 cm 范围内改变冲程的方式进行钻孔施工，同时也要准备水泥、石块和粘土等施工材料。

4.4 溶洞处理

钻穿溶洞顶板前，需调配专业人员，实时观察护筒内泥浆面情况，一旦护筒内泥浆面出现下降趋势，应及时补充。钻孔顶板后，由于孔内充填情况不确定，必须先确定孔内充填情况，再选择最合理的充填处理方式。如对小、多层溶洞，可采用低标号混凝土填充溶洞，然后进行钻孔施工，对大、中型溶洞，应根据实际情况选用特殊的处理工艺进行处理。

5 工程灌注桩成桩施工技术

5.1 清孔

钻完后必须进行清孔，清孔工作完成后，即可进行灌注桩的成桩施工。先用钢丝挂重约1 kg 的铁炮检查井眼深度，然后在井眼底部设置一道活门式网抽渣筒，反复对井眼进行掏渣，彻底清除井眼底部的泥沙和沉渣；钢筋下垂后，需复打沉渣厚度，一旦发现沉渣厚度超标，则需重新进行清孔作业，直至达到工程规范要求。

5.2 安装钢筋笼

清理完毕后，立即安装钢筋笼。具体地说，清孔工作结束后，必须对清孔质量进行检测，如果清孔质量合格，则应及时将钢筋笼放入钻孔，再与护筒连接，以避免在混凝土灌注施工过程中钢筋笼上浮的现象。为有效地缩短钢筋笼的安装时间，可采用钢筋笼套筒挤出连接工艺进行钢筋笼的安装施工。

5.3 灌注混凝土

钢筋笼安装完毕后，即可进行混凝土灌注施工，具体而言，混凝土灌注施工可分为以下五个步骤进行。

(1)漏斗和管道安装完成后，应立即进行一次混凝土灌注施工。一般而言，第一车混凝土的坍塌将比较大，因此需要在2 米以下埋入导管。

(2)灌注混凝土的过程必须是连续的，并由专业人员负责监测混凝土的灌注高度；此外，还必须确保管道埋置深度为2～6 米。

(3)提升导管时，为避免接触钢筋笼，必须保证导管在提升过程中处于中间位置，导管提升后的埋深程度也要保证在2 米以上；此外，还需严格控制导管的拆除时间，尽量保证在15 min 内完成。

(4)在岩溶地层附近进行混凝土灌注施工时，需适当放慢混凝土灌注速度，以避免岩溶地层中压力骤增导致孔壁塌陷。

(5)控制完成灌注的混凝土桩应比设计高度高出约70 cm，将多出部分凿开，以提高混凝土灌注的整体质量。

6 高速公路桥梁桩基施工技术控制要点

6.1 提前现场勘察

事先的现场勘测是高速公路桥梁桩基施工中需要进行的准备工作。它可以预先确定熔岩区的地质特征，为施工计划的设计提供依据，并确保后续的施工作业能够顺利进行。高速公路桥梁桩基的施工需要以调查结果为指导，以确保桥墩基础设计结果的科学性。其中，重点是熔岩的分布和发育。对于发育程度相对较低的岩溶洞穴，应采用一桥墩一孔的施工方法。对于发育程度高，强度高的岩溶洞穴，可以采用一桩一孔的施工方法。无论采用哪种处理方法，都必须确保钻孔深度的合理性，该深度应不小于溶洞所形成的地层深度，以确保桩基施工结果的稳定性和可靠性。同时，有必要在施工前确定岩溶洞穴的稳定性，以确定其是否会干扰施工过程。因此，有必要在调查阶段对岩溶洞穴的状况进行调查和确认，并掌握顶板厚度，岩石性质，节理裂缝信息。并结合周围环境和地下水分布特点，对施工方案进行了调整，以保证合理的桩深，提高了施工方案的可行性。

6.2 施工技术要点

6.2.1 挖孔桩

当遇到发育强度低的熔岩区时，为了减少施工难度，必须严格按照设计方案施工，不能随意变更工序。通常的施工流程是：现场整理、测量放样、开挖井口、井口混凝土浇筑、挖开一节桩孔、支模及护壁混凝土浇筑、检查桩体标高及轴线、吊装设备、挖开二节桩孔、拆掉一节及二节桩模及护壁混凝土浇筑。所有工序结束后，应检查桩身高度是否满足设计要求。

6.2.2 开挖桩孔

在挖孔桩作业中，桩节长度可确定为1 米，对于需要穿过软土的桩节长度可调整为0.5 米。为了控制好孔壁的平整度，在整个桩孔开挖过程中，必须始终保持桩身的凹凸状态，以提高桩身的摩擦力。若地下有硬岩，且开挖作业难度较大，则根据现场情况决定是否采用浅眼松动爆破法进行开挖施工。

6.2.3 护壁处理

可选用C25 钢筋混凝土处理桩位护壁，采用机械搅拌方式保证保持较高的均匀性，并将其吊运至作业现场，采用人工浇筑的方法施工。此外，还可选用国产钢制模板作护壁模板，每三块组装成一个模板，可采用U 型卡板进行连接处理以提高稳定性。通过循环浇注施工，改善护壁处理效果。

6.2.4 灌注桩施工

成孔后进行全面清孔处理，然后安装预先绑扎的钢筋笼，采用水下灌注法作业，控制好浇筑速度，全程避免钢筋笼上浮。为提高灌注桩施工质量，进行了连续浇筑作业处理。

7 结束语

为了对岩溶地区高速公路桥梁桩基施工作业进行分析，需要确定地质地形条件特征，对现场有一个大致的了解，然后确定施工方案，完成施工设计，为下一步各阶段技术实施提供指导，提高施工规范，确保施工效果达到设计要求。