中交三公局第一工程有限公司 广东清远 511538
摘要：本工程桥址处于河滩淤积地 ，细砂、中粗砂层较厚且较松散，溶涧、溶槽发育且地下水发育。钻孔至溶洞处，由于孔内急剧漏浆，导致泥浆护壁内外压力失衡，破裂，砂层失去支撑，产生溜坍，最终造成孔口坍陷。孔口坍陷极易造成工程进度迟缓，材料损失严重，甚至造成人员伤亡，酿成重大安全事故，故对设计、施工提出更高的要求。
关键词：岩溶地区；桥梁桩基；设计；施工
前言：随着我国市场经济发展进程的不断加快，人们对道路桥梁建设使用的安全稳定性需求越来越高。然而，在实际建设过程中，桥梁工程受岩溶地区复杂的地质地形条件影响，使其各部分结构作用出现了一系列的失稳问题。为此，研究人员应加大桩基础结构的设计应用效果，从而有效控制基础沉降以及结构不均匀变形问题可能带来的影响。具体来说，就是从桩基设计理论入手，来明确桥梁工程地处岩溶地区的桩基设计处理方向，进而达到其实际的作用目标。
1岩溶地区桥梁桩基设计
1.1岩溶地区地质勘察
为使桥梁桩基础结构满足工程建设使用的承载力要求，相关人员在确定设计方案前，应对桥梁工程项目进行地质勘察工作，以了解所处的水文、地质以及气候环境特征。这样一来，桥梁工程桩基设计人员就在掌握岩溶发育、岩溶分布以及岩层发育节理等情况下，为实际设计施工应用提出助力。研究表明，由于地质勘察所打探孔的直径要小于桩基础直径，这就意味着，对于个别溶洞的勘察结果并不准确。为此，在进行岩溶地区的地质勘察过程中，对于直径大于1.5 m的桩基，勘察应采用加设地质钻探孔的方式，来查明溶洞的分布情况。
1.2桩底持力层厚度控制
该设计理论应用目标的实现，需要设计人员重视三方面内容的分析研究，即按照溶洞顶板弯矩控制、按照剪切应力控制以及持力层厚度影响因素。溶洞顶板弯矩主要作用于岩层强度较大、岩层完整而层理较厚情况；剪切应力控制主要作用于溶洞顶板岩层完整以及岩体坚硬，但小于 3 倍桩基直径的情况。设计计算要采用溶洞顶板安全厚度 5 倍的桩径，即将持力层作为刚性底板，来模拟溶洞顶板的岩层持力层厚度。而对于持力层厚度的影响因素，设计人员应从岩溶发育情况、施工技术水平以及桩基成孔工艺等方面入手，来进行优化控制。此过程要求设计人员充分结合地质勘察资料来进行分析，以使桩基承载力满足桥梁结构稳定性对其的需求。
1.3溶洞洞高对桩基承载力的影响
当溶洞形态复杂时可对部分溶洞压浆处理应避免不规则形溶洞在受力作用下的应力集中效应设计中可不考虑溶洞洞高对桩基承载力的影响。岩溶地区端承桩嵌岩深度可根据基岩的特点在1d～3d范围内取最优化值确定应遵循“宜浅不宜深，优先保证顶板安全厚度”的原则尽量减小泥皮的不良影响发挥最大的桩身侧摩阻力，当顶板厚度接近临界值时可适当保留桩底一部分沉渣以减小桩端承力。
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1.4溶洞后处理技术
溶洞后处理技术应以成孔后和成桩后的各项监测数据为依据，目的是为了保证桩基的工程质量和桩基极限承载力的提高。当桩端持力层岩层裂隙发育强烈，且桩端持力层顶板厚度比要求设计厚度薄时，应对持力层进行桩端后注浆处理。桩端后注浆处理应在下钢筋笼时预埋注浆管，注浆管应穿过沉碴进入岩面。注浆量应结合桩端、桩侧土层类别、渗透性能、桩径、桩长、承载力增幅要求，以及沉渣施工工艺、上部结构荷载特点和设计要求等诸因素确定。桩端后注浆处理注浆压力应根据岩层裂隙发育情况而定，一般控制在5～10MPa。在桩端后注浆中，应以注浆量为主控因素，并以注浆压力为辅控因素。现场应做好注浆量一注浆压力的记录情况。
2岩溶地区桥梁桩基施工
2.1岩溶地区桥梁桩基施工准备
钻孔前将场地整平，清除杂物，更换软土。场地表面压实平整后横向铺设枕木，然后在枕木上铺设废旧钢轨或型钢，即构成钻机平台。场地的大小要能满足钻机的放置、吊机站位及混凝土搅拌车运输等协调工作的要求。如果墩位溶洞较复杂，泥浆池的尺寸尽可能大一些，以便满足单根桩的泥浆量储备。为应对墩位溶洞可能出现的各种复杂情况，应在就近备好粘土、石块、水泥，以便在漏浆时能及时回填，避免大面积坍塌的发生。研究桥址地质情况，制定合理的开孔顺序， 在开工前进行技术交底，提出相关技术措施以保证施工技术安全和工程质量。
2.2 岩溶地区桥梁桩基施工的注意事项
2.2.1进行必要的工程地质、水文调查，研究墩台处岩溶发育情况，遵循相应的处理原则，做好溶洞处理的准备工作，在施工中不盲目依赖地质资料。
2.2.2无特殊原因应尽量避免在同一个墩台安两
台钻机。由于桩孔设计间距在同一个墩台导致坍孔。
2.2.3合理安排施工顺序。原则上按照先安排外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工，先外后内，小洞处先开孔，长桩处先开孔，桩位之间交叉开孔，步步包围，隔开和封闭的原则。
2.2.4重视溶洞的桩孔护壁方法。按照常规，桩孔护壁方法是采用粘土泥浆护壁，如果溶洞较大也可采用“草袋粘土包”抛填的方法进行护壁。建议：凡溶洞大小超过 l m、埋藏深度超过 5 m 的溶洞地段，桩孔护壁改用片石与粘土混填的方法，向溶洞内大量抛填片石和干粘土。因干抛片石的比重为 1.8～1.9，与混凝土比重接近，这样处理后，桩孔护壁就不容易被挤破。
2.2.5冲击成孔灌注桩终孔后，应严格控制桩底沉渣的厚度，因其直接关系到桩基沉降量的大小及桩端抗力的发挥，而且影响混凝土与桩底胶结程度。因此，必须对桩底沉渣进行清除，注意清孔的质量，保证孔底沉渣厚度在规范设计图允许范围之内，又不要拖延时间，及时灌筑混凝土，以防在换浆清孔过程中溶洞内的填充物再次涌入孔内，特别在有水流动的溶洞区。
2.2.6嵌岩桩桩底高程的确定与终孔判断。由于桩端必须嵌入坚硬的岩体一定深度，对岩体的整体性与规模性要求也较高。而岩溶洞隙发育，石笋、溶潭、“乌龟壳”、“半边岩”常有，这就很难保证基础完全达到设计要求。因此在施工中应特别注意桩底岩面是否平整，主要依靠观测、测听声音。回转钻进时凭手感判断，冲击钻进时则以观察冲击锤的工作状态，岩面平整时，一般不产生倒锤现象，倒锤则说明岩面是不平整的斜面，并有部分是松散层。此外，灰岩质地坚硬致密，在重锤的冲击下由井底可传出“咚、咚”的碰撞声，吊索呈反弹状态，如果是软基则声音嘶哑甚至无声，吊索更无反弹现象。这样综合终孔现象与设计标高结合可较准确达到设计要求。
2.2.7在岩溶极发育、地下水极丰富的地区，第一层护筒都应穿过砂层卵石层，以防突遇溶洞漏浆，造成孔口坍塌。
结束语：
由于溶洞常存于地下，不能直观被人发现，而地质勘察也只能定性地确定溶洞的存在及大概位置，却无法准确地测出溶洞的大小和形状。因而，在岩溶地区施工，即使地质资料显示的是小溶洞或无溶洞，都不能掉以轻心，对溶洞桩的各种问题都应及时采取应对措施，避免施工中发生安全和质量事故，以顺利完成溶洞桩基的施工。
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论文作者:张明超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/28
标签：溶洞论文; 桩基论文; 岩溶论文; 地区论文; 顶板论文; 桥梁论文; 地质论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;