高速公路橋梁溶洞樁基施工技術研究

董志衛

中交三公局第三工程有限公司 湖北武漢 430000

高速公路橋梁基礎是橋梁建筑重要的承力結構，起到承載橋梁自身重力荷載和通過橋梁的車流荷載的作用，并將橋梁與自身荷載傳遞給地基，因此，橋梁基礎工程質量之間關系到橋梁工程整體質量。由于我國地域遼闊，地形、地貌和地質結構組成復雜，在我國南部和東南部等地，巖溶地貌分布廣泛，成為橋梁基礎工程施工的重難點。

1 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術原則

對于高速公路橋梁溶洞樁基施工中的溶洞處理，應根據現場地形、地質、水文、溶洞分布特點，綜合考慮樁徑、鉆孔深度等，選擇科學合理的處理方案。對處于地形陡峭、無地下水或少量地下水、溶洞相對簡單的公路橋梁樁基，可選擇人工挖孔或鉆孔灌注樁；對于地下水豐富、溶洞復雜的橋梁樁基，選用沖擊鉆孔灌注樁進行處理；對于溶洞埋深較淺的大型溶洞，上部可選用人工挖孔樁，待處理完溶洞段護壁后，下部采用沖擊鉆成孔灌注樁。有些項目涉及中小溶洞，主要為干溶洞、滲水溶洞，以流塑狀填充物為主；有些項目中同時有小型、中型和大型溶洞，同一樁基存在多層溶洞，并存在地下暗河、流沙，部分溶洞與河床、泉眼連通，處理相對復雜；有些項目中主要以大型溶洞為主，地下水相對豐富，溶洞一般與地表水塘、河流連通，施工處理困難[1]。

2 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術要點

①為保證孔壁周圍擠壓能力，避免鉆孔施作過程中，因鉆進范圍內堅硬巖體影響鉆進施作，造成“卡鉆”現象，鉆孔施作動能應控制在2.5t·m2-5.0t·m2左右。②因巖溶地貌發育情況、地質條件、巖溶分布、容積等差異，為保證沖孔施作順利進行，避免坍孔、塌方等風險，應根據施工現場溶洞分布、地質條件等，合理制定鉆孔施工方案，嚴格控制鉆孔流程。③加強施工場地地質勘測工作，全面、準確掌握施工場地溶洞大小、分布、聯通和洞內填充情況，并根據施工場地巖溶地貌地質勘察資料，合理編定施工方案。④為避免坍孔、溶洞塌方等風險發生，鉆孔至溶洞頂板1m左右位置時，應合理調整沖孔參數，盡量采取高頻小沖程作業方式進行沖孔施作，緩慢勻速通過溶洞。⑤為避免溶洞塌方風險，若內部無填充，必須立即注漿，維持水頭差；同時，應合理增加泥漿中的黏土比重，以合理增加其容重指標，使注漿稠度保持在25s-30s左右。⑥施工現場應提前準備足夠的黏土片石，保證填筑施工的正常進行，通過高頻小沖程作業方式，反復沖擊，在洞壁周圍形成密實的泥漿護壁，達到封閉和阻塞通道的目的，同時顯著降低塌方發生風險。⑦鉆頭提出后，應立即將黏土片石填料填入洞內，為保證填充密實性，填充面應稍高于溶洞頂面；待洞內水頭穩定，繼續進行沖孔施作，壓實填料。⑧若采用黏土片石填料難以完全密封溶洞漏點，應加填適量水泥，提高填充封閉效果。

3 高速公路橋梁溶洞樁基施工技術策略

3.1 施工準備工作

施工前，要認真熟悉圖紙和地質勘查（以下簡稱“地勘”）報告，現場調查地形、地質和水文情況，逐樁核實地勘鉆孔情況及溶洞分布情況。根據調查，進一步分析判別溶洞的分布情況，為施工工藝選擇、施工方案確定、應急處理提供依據。若地勘鉆孔較少，或在開始實施過程中發現溶洞分布與圖紙差異較大，則必須補勘，進一步探明樁位溶洞分布情況。為保證樁底承載力，確保公路橋梁樁基安全，減少成孔后的樁底溶洞鉆探，在地勘時，鉆孔深度必須大于樁底以下5m，確保不小于5m的持力層。對于單層或多層中小型干溶洞、滲水溶洞、填充物為黏土的部分填充溶洞，可利用地質鉆孔后，注入砂漿進行預處理；對于流塑狀填充物溶洞，可注入水泥、干石灰或其他化學固結膠凝材料進行預處理。

3.2 挖孔樁溶洞處理

對于半樁溶洞、中小型干溶洞，開挖出一定作業面后，可根據溶洞走向制定處理方案；斜向下溶洞可先填充至護壁位置，再采用鋼筋混凝土護壁或漿砌片石護壁，護壁厚度需根據溶洞埋深來計算，確保樁基灌注過程中護壁不坍塌。對于全樁身溶洞或大型溶洞，為保證施工安全，挖孔作業人員必須系安全繩，防止塌孔墜落或護壁坍塌傷害；溶洞上方采用鋼筋混凝土護壁，上下節護壁間采用豎向鋼筋進行連接；在溶洞上方3～4節護壁，輔助打入鋼筋錨桿，防止護壁墜落等安全措施，確保安全后再進行溶洞處理。溶洞處理中，要根據溶洞規模和分布，可采用鋼筋混凝土護壁或漿砌片石護壁，護壁厚度要滿足受力要求。對于滲水溶洞和有填充物的溶洞，要先進行抽水處理，清除填充物，再按干溶洞的處理方法進行處理；對于流塑性填充物，可加入水泥、干石灰或其他固化劑膠凝材料進行固結處理。對于漏水溶洞（連通溶洞），在挖至溶洞后，灌注混凝土或片石混凝土對樁身進行固結處理[2]。

3.3 鉆孔樁溶洞處理

對于完好的小型溶洞，可不進行處理，在混凝土灌注時一起灌滿；對于連通溶洞或串珠溶洞，采用全鋼護筒跟進，鋼護筒厚度要滿足穩定性要求，接縫要焊接牢固，確保不漏漿；鉆孔鉆至溶洞位置時，泥漿下滲或全部遺漏，此時可從溶洞口進行填充，固結后再進行施鉆，或直接補充漿液，通過泥漿將溶洞填滿，在溶洞位置鉆進時，需不斷補充片石進行找平，防止鉆孔傾斜；對于大型溶洞或連通溶洞，在鉆至溶洞時，泥漿已全部滲流，此時直接將護筒跟進至溶洞底部，在確保安全的條件下，必要時人工找平，確保溶洞位置的護筒垂直穩定、不偏位[3]。

3.4 特殊溶洞處理

特殊溶洞主要指有地下暗河、流沙、泥漿等的溶洞。施工中遇到該類型溶洞時，若在地勘階段探明，則在設計時應考慮避讓或采取相應的處理措施。若在設計時未探明，則表明該類地下暗河水流量一般不大，地下流水量較小，泥漿量不大。對于特殊溶洞的處理，一般采取避讓措施，不要進行封堵，特殊情況下，可對溶洞暗河部位采用片石填充，混凝土灌注后，增加群樁和承臺，通過綜合受力解決。例如，在巖溶樁基治理過程中，一根樁基設計長度為45m，上部為7層串珠溶洞，地勘在31m以下顯示無溶洞，但在實際施工中，在38m位置發現暗河并有少量流沙，有一個斜向下溶洞層，采用12m鋼筋和測繩下探，均未探到底部，初步判斷該暗河應為下方出水口的水源；施工中通過片石填充至22m，再增加兩根樁基和承臺進行處理。樁基成孔后，務必進行樁底溶洞探明，確保樁底大于5m范圍內無溶洞；在混凝土灌注時，要嚴格做好灌注記錄，在澆筑至溶洞位置時，要控制灌注速度，不要過快，否則容易導致護壁坍塌，同時做好觀察記錄。

4 高速公路橋梁溶洞樁基施工案例探討

某大型橋梁項目，全跨2761m，基礎采用柱形實體墩和鉆孔灌注樁，樁徑有1m和1.25m兩種，樁長在6m-47m之間。地質勘測報告顯示，施工場地為典型的巖溶地質，溶洞占比約為40%，其中全空洞占比約70%。

4.1 小型空洞、中型填充型溶洞處理

對中小型空洞溶洞和大型局部填充溶洞，若水流滲透動力較小，宜選擇黏土片石拋填法處治。結合施工現場溶洞規模，合理確定拋填處治循環次數，在保證作業溶洞填充密實性的基礎上，降低工藝方案施工成本。

4.2 較大型、成串珠狀、水聯通通道型溶洞處理

對大中型溶洞，以及分布范圍廣泛且相互聯通的溶洞群，若單獨采用黏土片石填筑法處理，填充和沖孔施作易擾動溶洞洞壁，增加塌方風險，引發施工安全隱患；若單獨采用鋼制護壁筒處治法，則施工設備要求更高，增加施工成本，工藝方案經濟性較差，且護筒壁振動施工易造成洞壁開裂；結合以往工程實踐和所查文獻資料，擬定采用“拋填筑壁法+鋼制護壁筒”聯合處治方案。

（1）拋填筑壁法。黏土片石拋填處治法工藝簡單，工程經濟性較高，但施工連續性較差，處治效果不易把握，且易引發坍孔風險；為提高提升溶洞處治效果，增加作業溶洞填充密實性，應根據溶洞規模、現場工況等因素，合理增加填充沖孔施工次數；因該工藝方案下，采用的粘土片石填料為硬塑性材料，流動滲透能力有限，及時經多次循環施工，也難以完全充實溶洞，易在作業溶洞上部留下通道；在后期灌注混凝土時，混凝土向通道填充，導致混凝土用量超量，同時造成填筑結構自重增加。

（2）鋼護筒跟進法。本工程施工場地巖溶地質條件復雜，聯通溶洞分布廣泛，護壁筒下推施作過程中，鉆頭遇洞壁凸起塊石，易撞擊護筒，導致護筒彎折變形，影響成樁質量，降低灌注樁承載能力；因聯通溶洞分布廣泛，且空洞溶洞占比較多，在施工荷載作用下，極易造成大范圍溶洞塌方，導致護壁筒屈曲破壞。

（3）鋼護筒跟進和拋填結合法。根據本工程溶洞規模和分布特點，結合上述分析，本文提出采用“黏土片石拋填+鋼制護壁筒”聯合的處治方案，處治效果優良，經濟性良好，效率較高，技術要點如下：施作鋼護筒前，先使用黏土片石法，循環拋填2-3次，減少塌方風險；為減少護筒彎折風險，應提前采用鉆機沖擊巖體；為提高聯通溶洞處治效果，可適當混填水泥，同步下沉鋼護筒，及時切斷滲水通道。

此次施工實踐，分析了不同巖溶地質條件下的溶洞治理方案，結論如下：①對中小型空洞溶洞和大型局部填充溶洞，宜選擇黏土片石拋填法處治；對大中型溶洞和分布范圍廣泛且相互聯通的溶洞群，宜采用“拋填筑壁法+鋼制護壁筒”聯合處治方案；②應根據施工現場溶洞大小、分布、聯通和填充情況，合理制定施工方案，避免造成坍孔、溶洞坍塌等風險；③工后檢測顯示，所有抽檢樁基礎質量優良，均達到了I類標準樁，完全滿足設計和規范要求，表明施工方案技術可行性良好。

5 結語

總而言之，溶洞地區公路橋梁樁基處理需要根據溶洞規模、填充狀態、分布特點及地下水文等情況，基于溶洞類型和特征，采取合理的處理措施，確保溶洞樁基結構安全可靠，節約施工成本，提高施工效益。