巖溶發育地段高速公路橋梁樁基施工技術

羅公貴

摘要：針對巖溶發育地段高速公路橋梁樁基沉降較高、時常出現橋梁坍塌的問題，文章設計了高速公路橋梁樁基施工技術：首先，根據巖溶地段巖性、層厚、裂隙等情況，采取不同的處理方案，避免樁基礎出現初級沉降；其次，進行高速公路橋梁鉆孔灌注樁施工，利用反循環鉆成孔法鉆進，避免對溶洞造成損害；最后，應用人工挖孔樁穿越溶洞，垂直沖破溶洞頂板，避免出現樁基失穩的問題。實例驗證結果表明，使用該施工技術之后樁基沉降較低，該技術具有較高的推廣價值。

關鍵詞：巖溶發育地段；樁基施工技術；人工挖孔樁；鉆孔灌注樁

中圖分類號：TU473.1? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）03-0057-04

0 引言

巖溶發育地段是可溶性巖層發生溶蝕作用之后，發生洞穴、裂隙等現象，對巖石本身強度造成破壞 ［1］。巖溶發育地段給工程建設帶來了較大的難度，在水利工程、橋梁工程等貫穿工程中，需要充分掌握巖溶的發育狀態與分布情況。只有通過識別巖溶的作用特征，對有利的地形條件加以利用，對不利的地形條件采取相應的措施，才能保證工程建筑物的安全使用［2］。樁基是工程中最重要的環節，當淺層土壤不能滿足施工基礎時，地基會發生形變，想要滿足地基強度需求，就需要進行樁基施工。樁基施工能夠適應各種各樣的地質條件，在橋梁、建筑、水利等工程中應用較為廣泛。

樁基施工技術與樁材、成樁工藝密切相關，從手工打樁，到蒸汽機打樁，再到柴油驅動打樁，樁基施工技術的發展時間較長［3］。鉆孔灌注樁主要是使用機械進行打樁，適用于地下水位以上的鉆孔機械，能夠提升樁基的承載力，提升工程建筑物施工的穩定性；此外，預制樁、人工挖孔樁等樁基施工技術均在不斷完善，對建筑的安全建設具有重要作用。巖溶地區地質條件復雜、地下水較多、地層不平穩，樁基施工難度大，傳統的樁基施工技術難以適應，容易對周邊環境造成破壞。為保證公路橋梁的穩定施工，本文研究了巖溶發育地段高速公路橋梁樁基施工技術，分析巖溶地段巖性等條件，以不同的施工手段處理橋梁地基。研究所采用的技術在施工過程中不需要挖掘土方，對周邊環境影響小，對巖溶發育地段的樁基施工具有一定的參考價值。

1 施工技術設計

1.1 處理巖溶發育地段橋梁地基

巖溶地段常常出現地基承載不足、樁基沉降的問題。處理巖溶發育地段橋梁地基需根據地基下方巖溶位置、大小、埋深等條件，采取針對性的處理方案，避免樁基礎出現初級沉降［4］。本設計根據巖溶地段巖性、層厚、裂隙情況、巖體產狀、洞穴形態、溶洞頂板、充填、地下水等情況，分析對地基不利和有利的條件，從而采取不同的施工手段，以確保地基穩定。例如，巖洞表面堅硬，頂板無破碎時能夠直接進行樁基施工；巖溶地段存在斷裂，考慮到溶洞與暗河可能相通，采取了“繞避”的措施。

圖1為巖溶地段分布情況示意圖，巖洞地段的區域較為復雜，存在無填充區域與填棄渣區域，進行樁基施工之前需處理無填充的溶洞。巖洞地段地基處理的過程中，本設計選用充填法、挖填法、灌漿法等方法［5］。在無填充區域，上部附加荷載不大，可選用片石、塊石、碎石進行填充，能夠保證土層水流排出正常，避免地層水逆流到地面的情況。填棄渣區域的溶洞軟土較多，需要使用較厚的頂板。此外，地基處理還注入了泥漿，將溶洞封堵完整，阻斷該區域的地下水。

1.2 高速公路橋梁鉆孔灌注樁施工

經過上述對巖溶地區的橋梁地基初步處理后，對目標地段進行鉆孔灌注施工操作。反循環鉆成孔法具有施工速度快、效率高、深度可控、適用于不同地質條件等優點。本設計將其應用于巖溶發育地段，進行高速公路橋梁鉆孔灌注樁施工，可避免坍塌、漏漿等問題，提高施工安全性。設計采用如下施工流程：設置護筒—鉆孔—反循環鉆成孔法鉆進—處理沉渣—測定孔壁—將鋼筋籠放入孔中—扎入導管—再次處理沉渣—灌注混凝土。其中，護筒的埋設極為重要，護筒直徑＞樁徑，將其打入巖土層，確保地下水不上返［6］。鉆孔的孔壁靜水壓力≤0.02 MPa，護筒位置＞地下水位2 m。鉆進完成之后，處理鉆孔產生的懸浮顆粒使鉆孔更加密實。在黏土層中，灌注混凝土的泥漿比重為1.02～1.04，為確保高速公路的通車需求，設計鉆孔土層的混凝土泥漿比重為1.05～1.08，使鉆進的效率更高，避免發生堵塞現象。在鉆進的過程中，選取鉆桿為3 m的鉆頭，鉆進速度在黏土層中設為3～5 m/min，鉆頭轉速為9～12 r/min范圍內；在粉土層設為4～5 m/min，鉆頭轉速為9～12 r/min；在細砂中設為4～7 m/min，鉆頭轉速為6～8 r/min［7］。鉆孔施工原理如圖2所示。

如圖2所示，鉆孔操作中鉆頭、混合器、鉆桿、鉆機轉盤、通氣管、水龍頭、吸渣軟管、空壓機等構件，以一孔一樁的形式，將巖溶表層的夾層與孤石鉆穿，使樁體牢牢地固定在持力層中，避免對溶洞造成損害，出現溶洞塌陷的問題。反循環鉆成孔法鉆進參數見表1。

如表1所示，在不同的土層中，鉆進速度、鉆頭轉速、鉆壓均不相同。鉆進達到不同土層要求的深度之后停止，使用沖洗液沖洗鉆孔，沉渣含量＜4%之后，完成鉆進操作。在孔中注入混凝土之后，以混凝土溢出狀態判定灌注效果，混凝土持續溢出之后，完成灌注樁施工。

1.3 應用人工挖孔樁穿越溶洞

巖溶地區的地質條件復雜，在接近溶洞頂板的施工過程中，易出現坍塌事故，因此本設計采用人工挖孔樁進行施工。為避免發生孔塌土層泥土流失的情況，本設計設置了護壁。人工挖孔樁的護壁形式如圖3所示。

進行人工挖孔樁施工時，使用灌注樁的套筒擊破溶洞頂板，套筒下方進入溶洞底板基巖。此時溶洞內存在充填物，人工挖除至設計標高之后，進行樁基施工。受到人工挖孔樁護壁形式的影響，本設計在樁孔底部灌注C25的砼，形成0.52 m厚度的止水墊。止水墊砼強度較高時，將樁孔孔口固定在止水墊中，向管內注入泥漿，完成樁孔對接密封工作。在未挖樁孔的位置鉆進3.5 m的鉆孔，孔直徑約為130 mm，將孔口管與孔口對接，注漿完成后密封孔口。為防止泥漿下降，本設計在樁體穿越溶洞的過程中采用C20混凝土封堵孔口，并在泥漿穩定之后開始沖孔，確保樁體穩定，避免因溶洞坍塌出現樁基失穩的問題。

2 實例驗證

2.1 工程概況

為驗證本文設計的樁基施工技術是否具有實用性能，本文以X高速公路樁基為例，對上述施工技術進行實例分析。X高速公路是50 m+80 m+80 m+50 m的聯合混凝土連續梁橋，地貌屬于巖溶平原，場地較平整，地面標高為28.75～31.75 m。X高速公路的起止路段為K72+836.45～K75+202.532，全線長度約為2.362 km。X高速公路全橋有左、右兩幅，左幅起點為K73+885.502，終點樁號為K74+136.520，左右幅橋梁長度相同，均為280 m。X高速公路與既有M鐵路交叉于第10個合同段，附近地質情況較為復雜，巖溶發育較為強力，此處橋梁樁基施工的過程中，極易出現沉降、塌陷等問題，對高速公路與M鐵路造成較大的安全隱患。X高速公路跨越M鐵路情況如圖4所示。

2.2 工程實施

本次工程是在巖溶地區進行施工，掌握巖溶地形地貌至關重要。X高速公路與M鐵路交叉，一旦出現巖溶塌陷，就會影響兩條線路的安全運行。X高速公路橋梁樁基的土層包括填土，層厚為1.25～2.05 m；黏土層頂面埋深為1.30～2.10 m，層厚度為1.25～7.20 m；風化灰巖層頂部層深度約為5.50 m，層厚度約為2.85 m?；規r層較堅硬，巖體等級為II級，裂隙發育不完整，溶洞存在K73+990.825、K74+065.898號孔，頂面埋深為3.50～11.15 m，揭露層厚度為8.00～14.50 m。在進行橋梁樁基施工的過程中，采用人工挖孔樁，樁徑為0.90～2.10 m。本次工程選用1 m樁徑的樁基進行施工，在溶洞上進行樁基施工如圖5所示。

圖5中，上覆土層的天然容重約為20.56 kN/m3，泊松比為0.28，變形模量為35.5 MPa，內摩擦角取20°，黏聚力為0.01 MPa，由此確定上覆土層的厚度為3～20 m?；規r巖性指標在70左右，表明溶洞完整度不好。本次工程通過樁基礎的溶洞頂板穩定性，對溶洞施工環境情況進行分析。穩定性的計算公式如下：

[H=0.06h0+0.92A+0.176 67h+0.000 102 86P-0.045]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

公式（1）中，[H]為溶洞頂板厚度；[h0]為溶洞的高度；[A]為溶洞的寬度；[h]為洞口高度；[P]為單樁荷載的大小。根據計算出來的[H]值，確定溶洞頂板的穩定性，從而確保樁基的安全施工。

2.3 應用結果分析

在上述施工條件下，本文隨機選取K73+891.825～ K74+136.520共4個樁段進行樁基分析，溶洞的頂板厚度分別為5.15 m、4.36 m、3.28 m、2.12 m，在基巖面高程與埋深一致的條件下，分析樁基的沉降與位移情況。應用結果見表2。

如表2所示，4個樁段的高程與埋深各不相同，溶洞頂板厚度從5.15 m變為2.12 m，溶洞的危險性相應增加。樁基沉降值不能超過40 mm，樁基最大位移不能超過20 mm，才可以保證樁基施工的穩定性。使用本設計的施工技術之后，沉降值和最大位移均遠低于施工設計值，樁基施工效果較穩定，符合本文研究目的。

3 結語

近年來，建筑工程修建速度加快，水利工程、公路工程、鐵路工程、橋梁工程、地下工程等工程的修建，使地下空間逐漸減少，架設在溶洞上的建筑很可能出現地基下沉、溶洞頂板坍塌的現象，從而造成較大的損失。因此，在巖溶地區進行項目建設，必須掌握巖溶發育情況，利用有利的地形條件，采取對應的樁基建設方案，從而保證工程建設的穩定。本文設計的巖溶發育地段樁基施工技術，在地基、灌注樁、挖孔樁等處理與施工方面最大限度地保證了公路橋梁施工的穩定性。

4 參考文獻

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