袁廣學

摘要： 面對巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境的高速公路橋梁樁施工，較一般地質(zhì)環(huán)境下施工具有更多的質(zhì)量控制點，文章以實際巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路橋梁樁基施工工程為背景，首先就巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境進行了簡介，然后就文章背景工程從工程情況，地質(zhì)情況以及施工方案三方面進行了概況，進而對工程樁基成孔施工技術(shù)展開了詳細的分析，最后就工程灌注樁成樁施工技術(shù)進行了簡要分析，旨在提供一些巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路橋梁樁基施工的技術(shù)參考，提升施工質(zhì)量。

Abstract： The expressway bridge pile construction in complex Karst geological environment， has more quality control points compared with that in the general geological environment. Based on the background of the expressway bridge pile foundation construction in complex Karst geological environment， firstly， this paper introduces complex Karst geological environment， and then on the background of the project， from three aspects of the engineering situation， geological conditions and construction plan， makes a general situation， and carries out a detailed analysis of the pile foundation hole construction technology. Finally， the paper briefly analyzes the pile construction technology of bored pile， aiming to provide some references for the expressway bridge pile foundation construction technology under the complex geological environment of Karst， and improve the quality of construction.

關(guān)鍵詞： 巖溶復雜地質(zhì)；高速公路；橋梁樁基；施工技術(shù)

Key words： complex Karst geology；expressway；bridge pile foundation；construction technology

中圖分類號：U445.55+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0131-04

0 引言

隨著我國居民生活質(zhì)量的不斷提升，人民汽車保有量的不斷提高，汽車出行已經(jīng)成為了越來越多出行者的選擇，而高速公路在流量上可預期的也會處于不斷增加的趨勢下，因此保障高速公路的建設(shè)質(zhì)量則成為了我國民生建設(shè)中的重點所在，而高速公路的建設(shè)必然會面臨到越來越復雜的建設(shè)環(huán)境。這其中巖溶地質(zhì)環(huán)境便是十分常見，卻又十分復雜的一種地質(zhì)環(huán)境，在整體規(guī)律性上很低，在高速公路的樁基施工，極易出現(xiàn)施工失誤出現(xiàn)質(zhì)量不合格的問題?；诖?，文章圍繞巖溶復雜地質(zhì)下的高速公路橋梁樁基施工技術(shù)為中心，分四部分展開了詳細的分析探討，旨在提供一些在巖溶復雜地質(zhì)下高速公路橋梁樁基施工方面的理論參考，以下是具體內(nèi)容。

1 巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境簡介

巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境又被稱作喀斯特地貌（如圖1所示），指的是具有很強溶蝕力的水對可溶性巖石產(chǎn)生溶蝕作用，進而所形成的地表及地下形態(tài)的一種總稱。在巖溶地質(zhì)環(huán)境中除了有發(fā)生明顯的溶蝕作用之外，同時還有因為流水的溶蝕，會出現(xiàn)潛蝕、沖蝕等作用，繼而導致在巖溶地質(zhì)環(huán)境的部分區(qū)域出現(xiàn)嚴重的塌陷，從巖溶地質(zhì)環(huán)境的溶蝕強度上也進一步劃分為微發(fā)育、弱發(fā)育、中等發(fā)育、強發(fā)育四個不同程度類型[1]。對于在巖溶地質(zhì)環(huán)境下建設(shè)的高速公路而言，其在前期的勘查過程中極易發(fā)現(xiàn)，而針對于巖溶地質(zhì)環(huán)境極易發(fā)育小型洞穴、溶溝以及石芽、露頭的特點，在勘探階段一旦發(fā)現(xiàn)存在巖溶地質(zhì)環(huán)境，則需要進行進一步的全面性的細致勘探，繼而在高速公路的建設(shè)前期做好相應(yīng)的應(yīng)對措施，切實保障巖溶地質(zhì)環(huán)境下的高速公路建設(shè)質(zhì)量。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 工程概況

文章背景工程位于我國湖南省，為一高速公路控制性大橋，全長360m，其上部結(jié)構(gòu)上裝配式的預應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，橋面寬為25m，橋跨度組合為5*35m+5*35m，橋梁所有橋墩均使用雙主墩。在橋梁的樁基部分采用的是人工挖孔鉆孔灌注樁和灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中樁長分別為30-45m、10-12m。

2.2 工程地質(zhì)概況

基于巖溶地質(zhì)環(huán)境的特點以及高速公路樁基施工的要求，此處主要從地層分布、地下水特點以及巖溶發(fā)育情況三個方面對背景工程的地質(zhì)環(huán)境進行介紹。首先為地層分布，在表面的覆蓋層從上至下依次為耕種泥土、亞黏土、碎石粘土、粘土，在厚度上不同地域厚度不均，最薄處8m，最厚處16m。其中地基巖石部分主要為石灰?guī)r，其從上至下，以此為完全風化石灰?guī)r、強風化石灰?guī)r、強風化巖層、微晶結(jié)構(gòu)石灰?guī)r、淺灰石灰?guī)r、深灰色石灰?guī)r，巖體裂隙、巖溶發(fā)育。其次為地下水特征，在地下水部分其主要是第四系的沖洪基層的裂隙水和孔隙潛水，水源主要是降水，在溶洞的水位上一般較低；最后為為巖溶發(fā)育情況，主要有4種不同類型溶洞，其中2個空溶洞、5個有充填物溶洞、1個多層溶洞以及1個H﹥4m的大型溶洞。有充填物溶洞較多，在填充物的類型上主要包括砂礫、淤泥、粘土以及卵石等等，其中最大的一個溶洞在高度上達到5m，多層溶洞一般高度較小。endprint

2.3 工程施工方案

基于本工程在所處地區(qū)巖溶地質(zhì)環(huán)境上的特征，在溶洞樁基地層中無砂層和厚砂礫層的存在，且在地下水的水位上較低，因此適合采用挖孔樁和鉆孔樁交替使用的方案進行施工。

3 工程樁基成孔施工技術(shù)

3.1 成樁施工難點

就文章背景工程的成樁施工難點而言，其主要幾種于三個方面：其一為成孔操作本身難度大，因此在工程所處的巖溶地質(zhì)環(huán)境中，其溶洞在走向、分布以及大小上都難以通過地質(zhì)勘探的方式完全掌握，因此在成孔操作中難以會出現(xiàn)一些意外的漏洞情況，比如孔壁坍塌、漏水跑漿等等；其二為清孔操作難度大，因為背景工程所涉及到的樁孔都多是深樁孔，在沉渣上往往厚度很大，因此在進行清孔操作時的難度也極大，稍微出現(xiàn)操作上的失誤，則可能需要從頭開始；其三為混凝土的灌注操作難度大，因為樁孔深度大，所以灌注樁的長度很長，在灌注所需的混凝土放量也就必然很大，所需要持續(xù)的灌注時間很長。而因為混凝提的質(zhì)量本來就就會隨著時間的變化而變化，在控制上難度很大，因此極易在灌注的過程中出現(xiàn)流失和斷柱的情況，需要嚴格就灌注的速度和混凝土的坍落度進行控制，這也是文章背景工程在成樁施工中的難點所在。

3.2 挖孔樁成孔施工

在挖孔樁成孔施工環(huán)節(jié)首先需要進行護壁厚度設(shè)計，基于文章背景工程在鉆孔深度上的要求，在施工土質(zhì)較差以及大直徑人工挖孔樁條件下施工時，大多數(shù)條件下都需要采用分段挖土同時分段進行護壁的方式進行施工，繼而確保在施工過程中的操作安全。就本工程而言，對于孔深在6m下的鉆孔，因為在土質(zhì)上較好因此可不進行護壁措施即開挖，對于深度超過了6m的鉆孔需要設(shè)置護壁，在護壁的厚度設(shè)計上設(shè)計為15cm。

然后需要進行樁孔開挖工作，基于巖溶地質(zhì)環(huán)境的特點，開挖模式上采用分段開挖的方式，其中較好的土層1m一段，巖溶地層0.5m一段。在開挖的過程中不需要將孔壁表面進行拋光，可人為讓孔壁存在一定的凹凸不平的情況，繼而增加鉆孔樁的摩擦力。而在鉆孔中，當遇到堅硬巖石難以挖進時可通過淺眼松動爆破法進行挖進。

在樁孔開挖完成后則可以進行護壁的施工，基于巖溶地質(zhì)環(huán)境的特點，采用外齒型15cm等厚鋼筋混凝土護壁，機械攪拌，人工澆筑，每段三塊拼接，采用U型卡連接；在護筒施工完成后，進行測量控制，對樁基的高程及樁位軸線需要持續(xù)校對，確保鉆孔在孔深、樁位以及截面面積上符合設(shè)計要求。

在護壁施工完成后，即進行施工鉆孔的測量控制工作，首先必須就工程和樁位的軸線進行經(jīng)常性的校對，進而確保在鉆孔過程中的截面面積、孔深、樁位都在設(shè)計的要求范圍之內(nèi)。其中軸線的測量控制采用基線十字網(wǎng)控制方法，高程的測量控制通過將控制水準基點向上引至護壁頂面進行測量控制。

最后一步需要對巖溶地質(zhì)中的溶洞進行處理。對于巖溶復雜地質(zhì)地貌而言，在進行鉆孔灌樁施工中，重點便是需要對鉆孔中可能可出的溶洞進行處理，這也是巖溶地質(zhì)環(huán)境使用和一般環(huán)境施工的最大區(qū)別所在。

首先需要進行的是溶洞的安全處理，即檢測溶洞內(nèi)是否有有毒氣體。在檢測人員進入溶洞之前，必須保障工作人員的安全系帶系穩(wěn)系牢，安全帶和井口上的掛梯之間的連接必須保障其穩(wěn)固性，確保檢測人員在進入溶洞進行檢測時的基本安全。當挖空的深度達到10m之后，為保障溶洞內(nèi)的新鮮空氣足夠，保障檢測人員的呼吸需求，可使用鼓風設(shè)備不斷向鉆孔內(nèi)吹入新鮮的空氣。面對一些深度特別大和內(nèi)部環(huán)境難以有效的溶洞，當采用人工檢測的危險過大時，可將雞、鴿子等活物放進溶洞中半個小時以上，對溶洞內(nèi)的空氣質(zhì)量進行檢測，如檢測出毒氣濃度較大，則檢測人員下洞檢測之前，還必須配置相應(yīng)的防毒面具進行作業(yè)，并嚴格控制下洞檢測的時間。

其次需要進行溶洞的承壓水檢測，在挖孔進尺于溶洞頂面之間的距離僅為1m時，可先鉆一個10cm左右的小孔，對溶洞內(nèi)的承壓水進行檢測，如存在承壓水，檢測人員及施工人員需要迅速離開溶洞附近，轉(zhuǎn)移到地面上，在溶洞內(nèi)的承壓水穩(wěn)定后進行抽取工作，抽取結(jié)束后在繼續(xù)開挖。

最后需要進行溶洞的填充物檢測。在溶洞的頂蓋被挖穿后，就溶洞內(nèi)的填充物進行檢查，如無填充物，即可將溶洞內(nèi)的積水和稀漿抽盡，再使用磚砌的方式穩(wěn)固外圈，然后立模澆筑。當溶洞內(nèi)存在填充物時，則需要先將填充物的等級進行劃分，然后再針對性的處理，處理后后再進行進一步的施工。在具體的處理上當溶洞內(nèi)填充物為含碎石粉質(zhì)黏土和軟膠裝粘土時，可采用鐵鍬直接進行開挖，需要注意在開挖的過程中，每開挖1m便需要及時進行一次護壁。當填充物為粉細砂或中粗砂時，在挖進的方式上應(yīng)采用淺進尺、強支護的挖進方式，沿上層護壁外圍每挖進20cm，則需要打入Φ20鋼釬進行穩(wěn)固，此外為進一步保障鉆孔的穩(wěn)定性，在鋼釬上還需要通過綁扎草袋的方式進一步進行防護，其中每節(jié)的最高高度控制在50cm左右。

3.3 沖擊鉆鉆孔樁成孔施工

基于文章背景工程的實際地質(zhì)情況分析，在高速公路的橋梁部分樁基需采用沖擊鉆鉆孔的方式開孔。首先需要制備泥漿，可將0.2%的純堿粉滲入泥漿中，提升穩(wěn)定性；其次需要埋設(shè)護筒，采用鋼材料護筒，其內(nèi)徑較之樁徑需要大0.3m，其中每節(jié)高度設(shè)置為2m，采用分解卷制，在埋設(shè)設(shè)計上基于巖溶地質(zhì)環(huán)境的實際情況選擇，對于埋深不是很深的護簡適于采用挖埋法。此外必須特別注意護簡的頂面至少需要比地面高出0.3m，繼而避免在施工的過程中，雜物掉落鉆孔中，或地表水流進孔內(nèi)，導致鉆孔出現(xiàn)質(zhì)量問題；然后架設(shè)鉆機，鉆機的支點位置需遠離孔口，其具體安全距離可以通過以造成塌方的范圍基于一定的數(shù)學模型進行估算。同時采用“八”字纜風繩對鉆機進行栓拉，并保障在鉆機完成安裝后，其頂盤和底座之間絕對的平穩(wěn)，避免在施工過程中在出現(xiàn)沉陷和位移的問題；繼而進行鉆進作業(yè)。在一般土層的鉆進時，采用50/75cm沖進鉆進，并提升泥漿密度。在巖溶層鉆進時，采用100-150cm內(nèi)變化沖程的模式鉆進，并準備足夠的片石、粘土以及袋裝水泥等材料以應(yīng)對不時之需，逐漸將洞頂穿透，避免出現(xiàn)卡鉆的問題。endprint

最后進行溶洞的處理，和挖孔一樣，針對于巖溶復雜地質(zhì)環(huán)境的橋梁樁基施工而言，在溶洞的處理部分也是最為復雜的部分，其所涉及到的施工注意點眾多。首先在溶洞的洞頂鉆穿之前，需要設(shè)置專門的人員，就護筒內(nèi)的泥漿面進行機密的觀察，在護筒內(nèi)的泥漿一旦出現(xiàn)下降的情況時，即馬上進行補充，然后根據(jù)探明的溶洞大小使用1：1的比例將片石和粘土放置其中快速進行補充。直到溶洞內(nèi)的泥漿漏失問題完全解決消失后方可進行常規(guī)鉆進。通過這種特殊處理和常規(guī)鉆進交替進行的方式，逐漸將溶洞的頂部擊穿。

在洞頂鉆開后，基于溶洞內(nèi)所包含的填充物情況不同，采用不同的鉆進處理方式，確保在鉆進的過程中，溶洞不出現(xiàn)安全問題。具體而言對于多層和小型溶洞，可采用低標號混凝土進行填充后在進行鉆進，對于3-5m溶洞大型溶洞（如圖2所示）則需要采用特殊的處理工藝處理[2]。在具體的處理方案上，首先需要需要準備大量的粘土和片石，并在施工現(xiàn)場配置一臺中型裝載機，在出現(xiàn)漏漿時迅速將準備的粘土和片石鏟起，馬上進行填孔處理，并補充大量的水于其中；其次在靠近動頂時采用小沖程逐漸擊穿，并不斷向溶洞內(nèi)填充粘土和片石，并采用小沖程輕砸的方式使粘土和片石可以充分地進入到溶洞的內(nèi)壁中，繼而保障溶洞的安全性。在溶洞內(nèi)的所有泥漿漏失問題完全消失且片石和粘土都已經(jīng)充分進入溶洞壁并形成穩(wěn)定的溶洞護壁后，方可采用常規(guī)鉆進的方式進行鉆孔。

如果溶洞如果在鉆進的過程中出現(xiàn)了十分嚴重的漏漿問題，則可采用水下混凝土灌注的方式處理保障鉆進的繼續(xù)進行，具體方法上，可從以下幾個步驟出發(fā)：第一步，依據(jù)灌注水下混凝土的施工技術(shù)要求，將導管下方至鉆孔的底部30-50cm的位置，然后開始向?qū)Ч軆?nèi)通入混凝土，進行水下灌注；第二步，在溶洞的水下混凝土填充完成后，以混凝土不再出現(xiàn)下降情況和水下灌注的混凝土面超過溶洞頂100cm灌注標準；第三步，在灌注的混凝土強度達到50%左右，采用常規(guī)鉆進方式進行鉆進。此外針對于溶洞的嚴重漏漿問題也可采用帷幕防滲技術(shù)或鋼護筒穿過的技術(shù)進行處理，避免出現(xiàn)塌孔、漏漿的問題，保障在溶洞部分的鉆進正常進行。具體方法上可采用型號為425R的普通硅酸鹽水泥攪拌制備施工使用的混凝土干料，如果溶洞的空間面積過大，如直徑達到5m，且具備極強的導水性能，還可在制備的混凝土干料內(nèi)添加一定量的水玻璃提升穩(wěn)固效果，具體布置如圖3所示。

4 工程灌注樁成樁施工技術(shù)

4.1 清孔

在鉆孔操作完成后，便需要進行下一步的灌注樁成樁施工，而其第一步便是清孔作業(yè)。首先需使用測量繩懸掛1kg左右的鐵砣，進行鉆孔深度的核查；然后使用在底部設(shè)置活門的網(wǎng)抽渣筒，在鉆孔內(nèi)進行反復的掏渣，將鉆孔底部的沉渣和淤泥清理干凈，對于一些在密度上很大的泥漿則可使用水泵進行置換，將鉆孔的泥漿密度控制于1.15-1.25內(nèi)；最后在將鋼筋于鉆孔內(nèi)下放完成后，就沉渣的厚度再一次進行檢查，如果檢查后發(fā)現(xiàn)厚度超標，則需要進行再次清孔作業(yè)。

4.2 安裝鋼筋籠

在清孔完成后，需要在最短的時間內(nèi)在鉆孔內(nèi)進行鋼筋籠的安裝。具體而言，在清孔操作完成并確定清孔質(zhì)量合格后，需要立刻將鋼筋籠放置于鉆孔內(nèi)，并將其于鉆孔口的護筒上進行固定，讓下一步的混凝土灌注不會出現(xiàn)鋼筋籠向上浮起的問題。而為了盡可能子安裝鋼筋籠的過程中縮減安裝的時間，減少可能因為按章鋼筋籠出現(xiàn)的沉渣，可采用鋼筋籠套筒擠壓接頭工藝，縮減安裝時間。

4.3 灌注水下混凝土

在于鉆內(nèi)孔內(nèi)完成鋼筋籠的安裝后，則需要進行基于巖溶復雜地質(zhì)的高速公路橋梁樁基施工的最后一步，即水下混凝土的灌注，具體可分五步進行：第一步，需要在漏斗和導管安裝安成后，立刻進行第一車混凝土的水下灌注，而第一車混凝土的坍塌度設(shè)置上可較大，使管內(nèi)的水壓出，并于混凝土2m以下進行導管的埋設(shè)。第二步，在水下混凝土灌注上必須保障連續(xù)進行，并安排專業(yè)人士就灌注高度進行監(jiān)控，同時保障導管埋設(shè)位于2-6m之間。第三步，在導管提升操作中，必須保障導管處于中間位置，避免出現(xiàn)觸碰鋼筋籠的問題，提升后的導管埋深還是必須保持在2m以上，在拆除時間上不能超過15分鐘。此外在提升的過程中還需要特別注意緩慢提升，避免出現(xiàn)觸碰鋼筋籠的問題。當澆筑的混凝土面離鋼筋籠底端10cm左右時，需要精確控制灌注的速度，避免灌注量過多出現(xiàn)鋼筋籠上浮的問題。第四步，當灌注混凝土經(jīng)過巖溶地層時，需要特別注意將灌注速度放慢，避免壓力驟增導致巖溶地層的孔壁坍塌。第五步，最后在完成灌注的混凝土樁高度上需要比設(shè)計高出70cm左右，對于多出來的部分，在承臺施工前進行鑿除，保障整體灌注的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，巖溶地質(zhì)環(huán)境指的是具有很強溶蝕力的水對可溶性巖石產(chǎn)生溶蝕作用，進而所形成的地表及地下形態(tài)的一種總稱，極易發(fā)育小型洞穴、溶溝以及石芽、露頭，因此在高速公路的建設(shè)中，如果對巖溶地質(zhì)環(huán)境的前期勘探不夠完成和透徹，則極易導致在建設(shè)中出現(xiàn)質(zhì)量問題。文章以實際的工程案例為背景展開，從沖擊鉆鉆孔樁成孔施工技術(shù)和工程灌注樁成樁施工技術(shù)兩個方面對基于巖溶復雜地質(zhì)的高速公路橋梁樁基施工技術(shù)進行了詳細的分析探討，旨在提供一些可供參考的觀點和建議，希望可給我國數(shù)量眾多的高速公路建設(shè)單位，在面對基于巖溶復雜地質(zhì)時以參考和啟迪，保障高速公路的建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻：

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[2]朱江.淺析巖溶區(qū)橋梁勘察中鉆探技術(shù)及樁基處理[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（27）：1215-1216.

[3]駱偉，覃文明.基于巖溶復雜地質(zhì)下的高速公路橋梁樁基施工技術(shù)分析探討[J].四川建材，2010（03）.endprint