摘要：岩溶地区由于具有比较复杂和多样性的地质条件，桩基施工难度较大，工程隐蔽性较高。尤其是现场成桩困难，施工周期长，安全风险大，如何保证岩溶桩基的施工质量，成为目前探讨的重点。本文结合怀邵衡铁路资江特大桥17#墩岩溶桩基施工，总结了岩溶桩基施工溶洞处理的基本方法、施工过程中重点控制工艺以及对现场施工出现问题的处理措施，为以后岩溶桩基的施工提供一定的参考。
关键词：岩溶、桩基、质量控制
1.工程概况及地质
新建怀邵衡铁路资江特大桥，全长1072.82m。其中跨越资江采用130m连续梁，该梁主墩16#、17#墩属于深水桩基础施工，岩溶最大桩长32.5m。从资江大堤两岸分别修建线桥至施工墩位，水中墩采用双壁钢围堰施工。此梁17#墩位处于岩溶极其发育地区。地质情况岩溶分布广泛，溶洞大多数呈中小型溶洞，部分呈串珠状出现，所揭露溶洞高度为0.3~6.8m，溶洞大部分为半充填，充填物主要是褐黄、褐红、棕黄色卵石土、粉质粘土及灰岩碎块，局部少数半充填。溶洞分布如下：
2.钻机选型及岩溶处理方案的选定
2.1钻机的选型及施工顺序
结合此墩位置地质情况和现场附近墩位施工经验，对于长桩应优先采用12t以上卷扬机、配合6t以上较重的钻头进行施工，已确保在岩溶区岩石硬度较高的情况下能够较快速、顺利地进行钻进作业。
在岩溶区钻孔，为防止孔与孔之间相互干扰、影响，采用先施工外围桩基，后施工中间桩基的原则，同时尽可能的优先完成外围桩基的施工；同时，按照及时封闭溶腔、阻断岩溶联通的原则，结合岩溶裂隙的走向、溶洞的大小及垂直分布情况，优先安排较深、较大、较多溶洞的桩孔织施工。
2.2岩溶处理方案的选定
2.2.1小型溶洞的施工处理措施
钻孔过程中，应结合地质勘探资料，通过测量孔深判断是否接近溶洞区域。当接近溶洞顶板时，应放慢锤击速率和降低冲程幅度。对于高度小于2m的小型溶洞，主要采用抛填片石、粘土、水泥进行处理。施工冲破溶洞顶板进入溶洞时，若泥浆面下降不大，可证明溶洞体积小，应迅速补注泥浆，以防覆盖层孔壁坍塌。同时回填片石、粘土、水泥入孔，并用冲锤轻砸，使孔底形成粘结力较强的混合料充填溶洞并起到护壁作用，在钻孔过程中，孔内泥浆浓度应大于1.4以上。
2.2.2中型溶洞的施工处理措施
对于溶洞高度在2～5m的中型溶洞，如果仅采用抛填片石、黏土、水泥的方法，通常会出现反复漏浆的现象，无法有效治理，因为片石护壁在冲击振动或灌注混凝土的作用下容易垮塌，一般也采用回填砼的方法处理。一般情况下在考虑施工进度、施工成本投入时，出现单个溶洞时要考虑进行砼回填处理，砼强度采用C15砼，砼灌注按水下灌注桩进行灌注，灌注高度高出溶洞顶面0.5m，特别是遇到偏孔桩基时回填砼即加快施工进度，又节约了成本。
2.2.3大型溶洞、特殊地段溶洞桩基施工处理措施
对于大型溶洞可以采用回填砼、钢护筒跟进或溶洞预注浆等处理方法。针对砂卵石层、串珠溶洞或者大溶洞，且采用片石、黏土或者填充混凝土等措施难以保证孔壁挤密稳定、泥浆流失量大易造成孔壁塌方的特殊情况，应先采用片石、黏土或者其它措施钻至大溶洞底部，将护筒跟进至稳定土层后换小钻头钻进。单层护筒内径大于桩直径10㎝，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10㎝，其外面一层护筒内径大于内层护筒直径10㎝；护筒之间及护筒外间隙回填砂石后进行灌浆固结。对于半填充或无填充溶洞，当击穿溶洞顶板时，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，灌注低标号混凝土至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔，可较有效通过溶腔段落。
3.施工过程关键工序控制
3.1泥浆的配制
在桩基施工过程中，泥浆调配是很关键的工艺，泥浆要满足在钢筋笼和导管下放过程中悬浮的要求，确保泥浆不出现沉淀、离析，以保证孔壁的稳定。所以造浆材料的质量和泥浆的比重控制至关重要。经过对资江桥17#墩桩基施工泥浆比重及含砂率60次，32次不满足指标要求，，大多泥浆比重集中在1.0～1.2g/cm3；含砂率大于3%。达不到规范要求。同时造浆材料应采用优质黏土、优质膨胀土，通过现场抽查黄土质量36次，23次不满足指标要求。建议桩基施工泥浆应采用胶合力强，粘结度高、优质膨润土泥浆，控制好泥浆比重，对桩基施工及质量至关重要。
3.2溶腔段钻进技术
由于岩溶发育区岩溶本身的复杂性及桩长的制约，在施工中，当钻孔击穿溶洞顶板薄弱部位时，通常采用小冲程通过。因为顶板较厚部位容易形成探头石或台阶，大冲程穿透时，会出现泥浆急剧下沉导致钻头斜卧在溶洞内的现象。孔内水位急剧下降时，应立即向孔内补充水泥浆，保持孔内水头高度，将钻头提起，然后投放黏土、片石，采用小冲程冲击，每循环进尺5～10cm，待填充物完全挤入溶洞内后，再加大冲程造孔。在通过溶腔段时，密切观察钻进情况，并根据不同地层选择与之相适应的进尺和冲击频率，及时调整钻进工艺，防止出现卡钻、掉钻、埋钻事故。软弱地层、需低档慢速、大泵量、大比重泥浆钻进，防止缩孔；粘土层须中等钻速大泵量、稀泥浆钻孔；对于砂层，采用低档慢速、大泵量、稀泥浆冲孔，防止扩孔、局部坍孔。钻进过程中，孔内泥浆水头不得小于2.5m。
3.3二次清孔
二次清孔至关重要，是桩基质量的重要环节。桩基施工完成钢筋笼及导管下放后，应再次测量孔深以判定孔底沉淀情况，对孔底的沉淀情况进行勘察测定，结合实际施工所需的标准比例控制泥浆的比重，对孔底不满足要求的泥浆进行二次清孔，利用泥浆泵循环反复抽取钻孔内的泥浆，直至检测结果显示孔内沉淀层厚度不超过10cm，且泥浆比重低于1.1。表明施工质量达到规范要求，避免后期沉降。
4.岩溶区施工过程中存在问题及处理措施
4.1塌孔
埋钻时桥梁桩基施工过程中不易预防的不良工况，主要是因为钻孔施工中溶洞顶板不慎被钻透而造成的孔壁坍塌，这对于施工进度具有严重的滞缓影响。遇到这类事故，可以采取以下方式进行施工技术的弥补：1）施工人员在钻孔中时刻关注水压变化情况，及时采取应对措施控制住水压的异常变化；2）加强溶洞顶板施工的细致度，严格参照事先测量的钻进数据预留出足够的高度空间，准确控制钻进进度，严禁钻进速度过快，并随时做好撤除钻机的准备。
4.2 钻孔偏斜以及斜面岩处理
在钻孔时要对钻机钢丝绳的居中情况进行观察。需要注意对护筒周围的四根护桩进行“十”字交叉式布置，钻机的的钢丝绳需要和”十“字交叉点对准。另外，在钢丝绳穿越溶洞的过程中，容易出现偏斜的情况，在钻孔的时候需要定时或者不定时对居中情况进行查看，避免发生斜孔的情况，避免以后钢筋笼不能全部下到孔底。若是发生因岩质软硬不均导致的斜孔或者溶洞面倾斜出现探头石致使钻头下滑形成的斜孔，主要采用回填片石并反复冲击予以解决；对于个别较难调整的斜孔，则采取灌注水下混凝土、辅以小冲程打紧锤反复冲击成孔。
4.3漏浆
漏浆属于桥梁桩基溶洞施工常见的不良工况，很大程度上受钻孔施工技术的影响。在出现漏浆状况时，施工人员首先要密切关注泥浆面的高度变化情况，如果浆面高度下降速度过快，就需要立即停止钻孔施工，从孔洞内提出钻头，对溶洞缝隙进行补浆回填、注水等处理；如果出现护筒底部漏浆情况，就要及时用黏土充填加固护筒周围，借助黏土的密封作用阻止护筒泥浆的持续性下沉，从而控制住泥浆的流失。当施工中出现漏浆时，应及时采取抛填片石、黏土、低标号混凝土等处理措施，必要时采用水泥压浆或者水玻璃双液注浆处理。
4.4卡钻
在冲击钻的锤头机打溶洞顶板的过程中，会发生速度不易控制、冲程比较大的情况，再把往上提升的过程中锤头容易出现卡钻的情况。这个时候不能强行用力对锤头进行操作，需要慢慢活动锤头，等到锤头松动之后，再把它缓缓地提出。现场施工时依照钻探的资料，当将要达到溶洞顶板的时候把钻进的速度放慢，缓慢钻进，在对锤头进行提升操作的过程中，锤头需要在提升的时候不停进行回转以便做出扫孔和护壁的操作，只有这样能可以充分保障孔的直径符合要求。
4.5浮笼
灌注混凝土时，钢筋笼向上浮移。主要原因是：混凝土在进入钢筋笼底部时浇筑速度太快并且钢筋笼固定不到位。主要防止措施有：1）浇筑混凝土前，钢筋笼初始位置应定位准确，并将钢筋笼固定在孔位护筒上。2）灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇筑的标高及导管埋深，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，应放慢浇筑速度，减少混凝土面上升的动能，以免钢筋笼被拖而上浮。当钢筋笼埋入混凝土中有一定深度，再提升导管，减少导管埋入深度，使导管下端高出钢筋笼下端相当距离时再按正常速度浇筑。在通常情况下，可以防止钢筋笼上浮。3）当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇筑，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇筑，上浮现象即可消除。
5.施工中的不足及教训
地质补勘不到位。岩溶发育区由于岩溶分布的不规律，无法全面掌握岩溶具体形态，即使设计钻孔相邻很近的地方也可能存在溶腔形态的突变，因此需要在施工前进一步的地质勘察，可以采用地震雷达或地质钻机进行再次勘察，以便于同原设计勘探及物探进行相互印证，确保岩溶勘察结果的可靠性、准确性。
结束语
在怀邵衡铁路资江特大桥岩溶桩基施工中，由于及时总结，形成了一套较为完整的岩溶桩基施工技术和质量控制要点，不仅按期完成了施工任务，而且保证了桩基的质量，为以后岩溶桩基施工积累了一定的施工经验。
参考文献
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[2] 石振明，沈丹袆，彭铭等.岩溶地区桩基施工溶洞处理技术—以吉安永河大桥桩基施工为例[J].工程地质学报，2015，（6）：1160-1167.
论文作者:解永峰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/12
标签：溶洞论文; 岩溶论文; 桩基论文; 泥浆论文; 钻孔论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 《防护工程》2017年第35期论文;