摘要：桥梁桩基础施工中，遇到溶洞的情况并不少见，作为地下隐蔽工程，给施工带来很大困难， 如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，甚至威胁桥梁运营安全。因而充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，采取稳妥的措施，保证施工的顺利进行，十分重要。本文也讲了对桥梁工程水中桩基的施工要点进行了深入的探讨。
关键词：桥梁 桩基溶洞处理方法 水中桩基 施工技术要点
一、溶洞地质桩基的施工方法
1、常规成孔法（按照无溶洞地质考虑）
当溶洞内有充填物，是可塑或软塑的亚粘土，并且溶洞不漏水，这时不官溶洞有多大，也不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按照正常的地质情况施工。可以采用人工挖孔或冲击钻成孔。
2、片石粘土筑壁法
溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以内，但存在严重漏水，护筒内水头高度不能保持时，可采有片石加粘土（按1：1体积比）回填冲击，使其形成泥石护壁。反复多次回填片石粘土，反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆为止。这也是个比较成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工时，钢护简必须穿透砂砾及卵石层等透水层，座落在不透水的亚粘土层上，这样可以防止由于溶洞漏水，水头高度急剧下降而造成的坍孔。在地下水容易控制的地质情况下，也可以采取人工挖孔砼护壁的方法施工，并且要穿透透水层，座落在亚粘土层上。
3、钢护筒跟进法
溶洞较大，洞内无充填物或流塑充填物，漏水很严重，采取片石加粘土反复打密，仍然无法形成泥石护壁的，可采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其震动下沉至已钻成的孔内，有以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法。还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏，漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。
当地下水很小并且容易控制时，应优先采用人工挖孔、砼护壁的方法施工。这种方法的优点是速度快、质量好、成本低。人工挖孔桩所有桩孔可以同时开工，进展快。砼护壁的中心、垂直度及孔径大小易于控制，使钢护筒和井壁有较小的间隙，利于钢护筒下沉，给一层护筒到底创造了条件。人工挖桩设备简单、成本低。但人工开挖法受一定深度限制，并要注意工人的安全。在地下水非常丰富、桩孔内的水不易抽干、人工无法挖孔作业时，可采用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工。施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。一般钻头外径和钢护筒内径空隙控制在3~5cm，保证冲击钻在护筒内顺利提升或下冲为度。在护筒跟进很困难时，可以先下在大护筒后下小护筒，然后割掉在大护筒下缘以上的内护筒，以保证桩砼与外护筒的连接。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为8~10mm为宜。由于钢护筒外缘与人工挖桩砼护壁或冲击钻的孔壁还有一定的间隙，桩顶在水平力作用下可能产生一定的水平位移，在施工中可采取一些措施予以解决。
二、溶洞地质桩基施工中常见的问题及处理方法
1、卡钻原因和处理方法：
（1）冲击钻刃脚磨钝、孔径变小，造成卡钻。应经常对冲击钻进行补刃。
（2）孔不圆，形成梅花孔。最好用6刃和4刃钻头打圆孔，不用一字钻。
（3）钻头在冲击填充的片石时，进起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住，钻头不能上下。可放小炮震活钻头，也可用小冲击钻冲动，或用冲吸的方法将卡在钻头的石碴松动再提出。
（4）钻头冲破溶洞顶板，掉入溶洞，钻头倾斜，提不出来，应放小炮炸顶板岩。一般用药量为300~500g即可，一次不行可反复几次。
（5）卡钻时不宜强提，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。
2、斜孔的原因和处理方法：
（1）是斜面开孔，通过溶洞时未按正确的施工方法，如抛填粘土不及时，溶洞的位置测量不准确，以至钻头沿着软的部位下滑，造成斜孔。
（2）出现没有预见的溶洞。
（3）是由于出现探头石。
处理的方法是回填片石、粘土重钻，也可以灌注一定高度水下砼，待强度合格后用小冲程打紧绳反复冲击，直至调正过来为止。过大的冲程会成孔不圆，造成斜孔，一般应采用1~4m为宜。
3坍孔的原因和处理方法：
当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，砂砾和卵石层失去稳定，形成漏斗状的坍孔。
预防坍孔的方法：（1）在地下水可以控制的情况下，可优先考虑人工挖桩砼护壁，穿过透水层座落在不透水的土层上，这种方法预防坍孔比较有效。（2）采用冲击钻冲孔施工时，可将钢护筒座落在亚粘土层上，再继续冲击成孔，也可避免坍孔。（3）发现漏浆及时补水。
坍孔的处理方法：（1）当成孔深度不大时，可全孔回填粘土，并暂停一段时间后，再深埋钢护筒不透水层方可重新钻孔。（2）当成孔深度较大时，可将钢护筒一直座落在坍孔的嗽叭口下缘的亚粘土层上，护筒周围回填粘土，挤实，再重新钻孔。
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4、漏浆的原因和处理方法：
在冲击成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，造成漏浆。在溶洞桩基施工中，要在孔边备足一定数量的片石和粘土，一旦出现漏浆，要及时回填片石粘土冲击造壁，并且马上补水，防止水头高度继续下降。
三、溶洞地质桩基施工要点分析
（1）若岩溶发育轻微，或溶洞发育有一定规模，但洞内有填充物，没有裂痕发育，施工时漏浆量小，可直接冲孔，但需要大量泥浆比重，加强护壁。钻孔溶洞时，反复在该位置填加片石和黄粘土挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。然后再继续钻进施工。
（2）若溶洞发育明显，洞内无填充物，或填充物松散，埋置深度大，无较大裂隙通过，施工时明显漏浆.应注意进入溶洞顶板以上1-2米范围后采用短进尺，密切注意漏浆情况，如漏浆应迅速用片石黄粘土填充堵塞，直至不漏浆.然后再继续钻进施工。
（3）如溶洞非常发育，或为多层溶洞，并有明显裂隙发育，施工时漏浆量大。采用钢护筒跟进至岩层顶面，防止应漏浆量大导致覆盖层严重塌孔。采用小直径钻头击穿溶洞顶板，然后用片石黄粘土对溶洞进行回填，回填密实并达到一定强度后，再开始正常钻进施工。
（4）对于溶洞尺寸较大或多层溶洞基本连通，采用片石黄粘土回填量特别大且难以保证密实的情况下，才有必要采用钢护筒跟进至溶洞底板。
四、桥梁工程水中桩基的施工要点
在潼湖特大桥的桩基施工过程中，为确保本项目达到优良工程，本项目施工的所有桩基中：Ⅰ（或A）类桩达88%，不允许出现Ⅲ（或C）类桩。桩基根据地质情况采用不同类型的钻机施工，一般情况下摩檫桩采用回旋钻施工，嵌岩桩采用冲击钻机施工，当桩基靠近输油气管线时，应采用回旋钻施工，并采取相应保护措施；本项目共有524根桩，桩径分别有1.2m、1.3m、1.5m、1.7m，桩基采用填土筑岛围堰施工。
2.1做好施工前期的准备工作
在桥梁工程水中桩基的施工之前，工作人员要做好以下几个方面的工作：首先，要完善施工企业的组织结构，进行合理的人员配置。施工企业必须对工程的总量进行合理的估算，并根据各个施工环节的不同特征，合理分配具体的施工人员。同时，要健全企业的管理制度，落实个人责任制度，做到事事有人负责，充分落实各项工作。其次，要做好材料的供应及存储工作，保证建筑材料的持续供应，并将这些材料储存在合理的地方，保证材料的性能。同时，还要对施工材料进行检查和试验，充分保证材料的合格性。再次，要为桥梁工程的建设配备相应的机械设备，减少劳力的付出，提高施工效率。最后，要做好技术交底的工作，加强对施工人员的教育培训，提高其施工技能及设备操作技能。这样既可以提高工程的施工效率，还能避免因为施工人员操作不当引发的安全事故给人们的生命安全所造成的严重后果。
2.2水中桩钻孔施工要点
要提高水中桩的稳定性，施工人员必须要做好钻孔施工。首先，要选择合适的粘土。在潼湖特大桥的桩基施工过程种，工作人员选用优质膨润土造浆，每根桩泥浆池容积为15-20m3，并设容积为20m3的沉淀池一个，串联并用。水中钻孔灌注桩的泥浆池用导管传入筑岛平台处，所有水中桩的泥浆均不得排入湖中，弃浆全部用泥浆车装运走到指定位置。其次，合理安放钻机的位置，要确保钻头与钢护筒的中心位置尽量一致，将误差控制在2厘米之内。当然，在钻机工作的过程中，工作人员要及时检查，看钻机有没有发生倾斜或者位移。另外，钻机顶部的吊滑轮要与水中桩的中心保持在同一条线上。再次，注意钻机的开孔过程。施工人员要先在钻孔内注入适量的水，然后在其中投入足够的粘土。通过钻机冲击锤的冲力进行造浆的过程。在这个过程中，要始终保持钻孔内的水位高于地下水位，但又要使其低于护筒的顶端高度。最后，注意钻机的钻进过程。施工人员要严格观察钻机的运行情况，并对相关的数据进行记录，包括其冲程的大小及造浆的稠度等。对于不同的土层，冲击钻的冲程也应该有所不同。例如，当通过那些坚硬的岩层时，要将钻机的冲程调到较大的程度，以4米到5米的冲程为宜，这样才能使岩石破碎。但工作人员必须注意，不论在任何情况下，钻机的冲程都不得大于6米，以免对钻机造成较大的损伤或者使冲孔不圆等。如果在钻井过程中，工作人员发现泥浆表面冒出很多的气泡，且进尺的速度便慢的情况，必须立即停止施工，然后找到问题所在，分析原因，并采取合理的应对措施。
2.3重视注浆过程
首先，要明确注浆的顺序，先对平台的边缘及桩周围进行注浆，最好采用纯水泥浆来加速凝剂的灌注过程。同时，要采用下行式的注浆方法，在保证前次注浆已经凝固之后才可以进行下一步的注浆过程，凝固时间一般需要十二小时。其次，合理设置注浆中各中材料的配合比例。水灰比最好在1：11，这样所形成的的注浆性能才会更好。在水泥的选择上，施工企业最好选用普通的硅酸盐水泥（PO32.5Mpa左右），细度要在每平方厘米5000孔左右，而用标准筛筛剩的余量应该小于百分之二。为了充分发挥水泥的性能，施工企业最好选择出厂时间在3个月之内的水泥，并将水泥存储在通风的位置。另外，还要在注浆中加入适量的添加剂，如水玻璃等，其比例应该为百分只是那左右。再次，要合理控制注浆的压力。工作人员要进行现场试验，将注浆压力控制在02.0Mpa的范围之内。
2.4做好安全保护工作
桥梁工程的水下施工是一项较为复杂且危险的工作，需要多方面的努力与配合。做好桥梁工程水中桩的安全管理工作，维护施工安全是十分必要的。首先，施工企业应该加强对具体施工人员的安全教育培训，使他们充分认识自己本职工作的危险性，提高自身的安全素质和意识，以便在实际工作中维护自身及他人的安全。其次，施工企业要加大安全管理成本投入，做好安全防护工作，确保施工安全。例如，各个施工企业要为每个施工人员配发安全帽等用具，保证工作人员的施工安全。
结束语
在桩基的施工过程中，溶洞问题是我们经常要遇到的，为保证桩基施工的有序进行，应在充分的考虑到该地区自身特点和地质实际条件的基础上，选择最为科学合理的溶洞处理方法。而作为桥梁工程建设的重要部分，各个施工企业务必要加强创新，提高施工技术。相信未来，我国桥梁工程的质量一定能得到更大的提高。
参考文献
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[4]张献宏.岩溶地区桥梁桩基钻孔施工溶洞处理建筑,2014.23.
论文作者:刘国坚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/29
标签：溶洞论文; 桩基论文; 粘土论文; 冲击钻论文; 钻机论文; 钻头论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;