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摘 要：结合杭徽高速公路高架桥段溶洞桩基施工的工程实践，对高架桥段不同溶洞地质情况相采用的不同成孔方法进行详细分析，提出了较为经济合理的桩基成孔方法并取得成功。
关键词：溶洞；破碎带；孔内水头；回填土石料。
一、工程概况
杭徽高速公路是连接杭州、黄山两大风景旅游胜地的重要干线公路，是安徽省通往华东沿海港口的一条主要通道。高架桥段由杭州西起点至中泰乡，桥长约12.5KM，设杭州西和老余杭互通两处，是全省最长的高速公路高架桥，其中心线与正在改建的02省道一级公路中心线基本重合。高架桥段按四跨一联（4×25m）的连续刚构体系进行布设，设计行车速度100KM/h，整体式路基宽26.0M，桥涵与路基同宽；高架桥路段桥宽24M，路线极限最小半径400米，最大纵坡4%；设计荷载汽车-超20，验算荷载挂-120。
地质构造：高架桥段为平原微丘地貌，地质构造隶属扬子准地台钱塘江台褶带的余杭-嘉兴台陷，其基底大体构成一个复式向斜。区域性隐伏性断裂构造较为发育，主要为北东向及北西向断裂，有三大断裂：一是马金-乌镇深断裂，二是昌化-普陀大断裂，三是孝丰-三门大断裂。
二、高架桥段溶洞分布情况
高架桥共计桩基2700余根，桥墩890余座，有循环钻、冲击钻、人工挖孔等成孔方法，以冲击成孔方法为主，桩径有1.2m、1.5m、1.8m、2.0m四种。据地质勘察及补勘报告分析，高架桥范围内岩溶较为发育，溶洞数量多，空间分布极不规则，属强发育岩溶区。据各标段统计，在桩位处有溶洞的桩基共有1000余根，占总量的37%，溶洞分布在孔深13.6-40m之间；最大的溶洞厚度为6.10m，最小的溶洞厚度为0.2m；有多层（7层）溶洞，也有单层溶洞；有空溶洞，也有充填物溶洞。溶洞的充填物主要为细砂、中粗砂、泥质和少量圆砾。本桥地质情况由上至下依次分别为亚粘土、残积粘性土、弱风化石灰岩、微风化石灰岩。溶洞区桩底持力层微风化石灰岩厚度应大于5.0m。地下水类型以岩溶裂隙水为主，岩溶裂隙水主要赋存于石灰岩溶洞中，地下水补给来源主要为大气降水及地表水渗入，富水性强——中等，地下水对桩基砼无腐蚀性。
三、不同溶洞、破碎地质条件及其成孔方法分析
1、不同溶洞地质条件下的成孔方法
由于岩溶地区的地质和水文情况较为复杂，桩基成孔方法要根据基岩覆盖层和溶洞或破碎带的情况进行选择。关键要一是保持不坍孔，二是如何合理穿过洞穴或破碎带。
对于地表覆盖层较薄，洞穴位置较浅的，以及洞穴发育、钻探洞穴位置较深而且溶洞较大的，一般采用钢护筒跟进穿的方法，在溶洞中形成一个柱体承受荷载，但此方案施工难度大。如洞穴底部倾斜角度过大或存在潜流等，护筒封闭困难；另外由于溶洞钢护筒跟进垂直度难以控制；用钢量大造成费用较高；如果是摩擦桩，摩力的损失也较大。此方案较少采用。
而洞穴位置较深，洞穴间较小的，可以采用低标号砼回填，将整个洞穴封闭，也可以采用砂浆及石块进行回填或者土石混合料（土石比在1:1左右，但具体要视情况定，适当时可加部分水泥）回填，此方案在实际施工采用较为广泛，效果也是明显的，但必须要标明洞穴分布的情况。
另外，破碎裂隙主要是造成孔内泥浆流失，孔内水头骤降，因失去泥浆护壁，孔内外压力失去平衡而造成坍孔；或者在砼浇筑过程中水泥混凝土浆的渗流或地下水的渗入，造成局部离析现象，通常采用砂浆置换或早凝砼进行封闭。在实际施工中利用土石混合料回去填夯击也有明显的效果。
在岩溶地质条件下，成孔方案的选择关键还是探明地下洞穴或破碎带的基本情况，判定洞穴分布或空洞的大小、破碎带的位置等。
2、溶洞地质的判别
洞穴或破碎带的探明有多种方法，如地质钻探，电测法或探地雷达等，最直接的莫过于桩位地质钻探，可以基本判断溶洞的深度和高度，但无法判明溶洞的范围需要进行必要的电测、探地雷达或布点钻探进一步明确范围。如岩芯连续，而出现长时间不返水现象也可以确定存在着地质破碎带。
通过对地质资料的分析，掌握详尽的桩位地质、水文资料，有利于制订适当的施工方案。
四、溶洞桩基施工的若干问题
冲击成孔工艺在溶岩地区的实际应用应注意以下几个问题。
1、溶洞、破碎带存在的情况下，备足一定数量的粘土、石块、水泥和泥浆及泥浆泵，确保发生孔内失水时可以即使抛填和补浆。
2、护筒埋深是取保桩基顺利成孔的关键之一，护筒埋设尽可能深，最好能穿越较为松散的覆盖层，以免坍孔造成大的事故。
3、在成孔过程中，应对于不同的地质层采用相应措施。一般在通过砂土层、卵石层等覆盖层时采用1.00-2.00m的冲程，加大泥浆比重，反复冲击使泥浆、石片挤入孔壁，必要时可加入粘土、片石进行冲击，形成结实的孔壁，防止坍孔；进入基岩后可加大冲程，加快进尺速度；但接近溶洞或破碎带时，应采用小冲程，小心击破洞顶或破碎带，避免快速失水造成坍孔。
4、由于冲击成孔的自身原因，加之岩溶地区地质的复杂性，在钻冲破洞穴顶层后，极易出现空锤情况，使钢丝绳或钻锤接焊处超负荷而产生断裂，而导致掉锤；另外，由于灰石强度较高，容易形成梅花孔，或钻头磨损严重，孔径变小，使冲锤被卡住。针对上述情况，应加强对钻锤焊接，钢丝绳的事前检查，在钻孔过程中经常检查钻锤的转向环或转向套，及钻头的磨损情况，加焊后，应对孔内进行适当的回填，而且应采用小冲程进行冲击。
5、遭遇洞穴或破碎带后，极易造成孔内水位下降，因失去泥浆护壁而造成覆盖层坍落，出现坍孔。操作中要随时注意孔内水头的变化情况，出现水头下降后要及时提升钻锤，探明失水原因后方可继续进行，避免出现埋钻的现象。坍孔的预防需要认真分析地质情况，合理采用泥浆比重、冲程大小和冲击频率。
五、杭徽高速公路高架橋桩基成孔的工程实践
（一）施工方案
根据工程地质勘察报告和施工特点，本桥有溶洞的桩基采用冲钻成孔和人工挖孔两种施工方案：
1、挖孔桩施工
桩基长度≤25米且桩径大于1.5米，溶洞水位较低条件下采用挖孔桩施工。
2、冲孔施工
桩基长度＞25米且溶洞水位较高，地层中有较厚的中粗砂层时采用冲孔施工。
（二）施工方法
1、挖孔桩施工
根据地质勘察报告，本桥适合挖孔桩施工的桥墩主要位于第四标段，共35个桥墩，120根桩，桩径均为2.0m。挖孔桩护壁采用砼护壁，标号同孔桩砼，护壁砼厚度为20cm，其结构形式为内外齿型，砼采用机械拌制，用吊桶运输人工浇注。在亚粘土和残积粘性土地层中，采用短柄铁锹开挖，每掘进1m深时，及时立模浇筑护壁砼。当挖至溶洞顶面1m时，挖孔施工人员在孔底作业时应系安全带，安全带与井口上的安全绳接牢，然后手持风钻钻一个Φ10cm的孔，查看溶洞内是否有承压水，本桥溶洞内均为无压力水，溶洞内充填物均为细砂、中砂、泥质土及少量圆砾。探明溶洞后，每开挖掘进0.5m后立即立模浇筑护壁砼。挖穿溶洞顶盖后，用水泵将溶洞内水抽干，由于溶洞内充填物为松散体，开挖时孔径较大，护壁外围采用砂袋支护，然后立即立模浇筑护壁砼，溶洞内护壁砼应加设钢筋。穿过溶洞后进入微风化石灰岩，采用松动爆破的方式进行开挖，以免护壁被炸坏或振动开裂，造成坍孔，同时孔壁周围眼孔要加密，不装药，保证爆破后孔壁完整。
2、冲孔施工
在岩溶地区采用冲击钻机成孔，最重要的问题是如何解决在成孔过程中不发生坍孔，保障施工人员及钻机的安全。在实际施工中，我们采取以下几个预防措施：
⑴在钻机底座滚筒下加铺二根长18m的Φ30cm无缝钢管，防止坍孔时钻机下沉或倾斜。
⑵埋设的钢护筒用钢丝绳系在钻机底座上，防止钢护筒掉入孔中。
⑶在孔位附近备有大量粘土、片石和适当数量的袋装水泥，设置2个容量较大的泥浆池，保证桩孔一旦出现漏浆，能及时补浆和回填桩孔。
根据地质勘察报告，在接近溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时安排专人观察孔内泥浆面的的变化，发现孔内泥浆面下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填粘土、片石和袋装水泥（重量比1：1：0.2），停置一段时间（一般为一天），在停置期间若孔内泥浆继续下降，应随时补充泥浆和回填混合物，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，采用小冲程冲击投下的混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道。在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，都要及时提起冲锤，补充泥浆和回填粘土、片石，并停止冲孔一天，待稳定后继续冲孔，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，顺利穿越溶洞。
五、结语
1、杭徽高速公路高架桥溶洞桩基成孔施工方法，是经过一段时间的摸索总结出来的。施工伊始，由于对桩位处溶洞的大小估计不足，备用的片石、粘土及袋装水泥数量不够，打穿溶洞后，补浆和回填混合物不及时，造成二根桩孔坍孔，经过近三个月才处理成功；因此，岩溶地区成孔的预防措施非常重要。
2、地质勘探必须有足够的深度和代表性，以保证提供准确的地质资料。原先提供的地质资料不充分，勘探单位只在02省道附近取孔钻探，未逐桩勘探，且深度比桩基浅，有的桩基达到设计标高后，桩底还有溶洞。为确保安全，后来对每根孔桩进行补钻探重新调整桩底标高，确定桩底距溶洞顶不少于7m作为终孔条件。
3、有溶洞的桩基（1000根）施工完成后经专业检测机构现场检测并出具检测报告，I类桩995根，II类桩7根，优良品率99.3%；灌注后的桩基扩孔率为1.2-1.4，证明桩基的成孔方法是成功的。全段没有采用全钢护筒施工方法，节省了大量费用。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部．JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2000。
[2]中华人民共和国交通部．公路工程国内招标文件范本(2003年版).(下册)．北京：人民交通出版社，2003。
[3]中华人民共和国交通部．JGT 80／-2004公路工程质量检验评定标准[s]．北京：人民交通出版社，2004。
[4]彭效援．最新公路與桥梁工程一级施工实用技术与管理[M]．吉林：吉林人民出版社，2003。
关键词：溶洞；破碎带；孔内水头；回填土石料。
一、工程概况
杭徽高速公路是连接杭州、黄山两大风景旅游胜地的重要干线公路，是安徽省通往华东沿海港口的一条主要通道。高架桥段由杭州西起点至中泰乡，桥长约12.5KM，设杭州西和老余杭互通两处，是全省最长的高速公路高架桥，其中心线与正在改建的02省道一级公路中心线基本重合。高架桥段按四跨一联（4×25m）的连续刚构体系进行布设，设计行车速度100KM/h，整体式路基宽26.0M，桥涵与路基同宽；高架桥路段桥宽24M，路线极限最小半径400米，最大纵坡4%；设计荷载汽车-超20，验算荷载挂-120。
地质构造：高架桥段为平原微丘地貌，地质构造隶属扬子准地台钱塘江台褶带的余杭-嘉兴台陷，其基底大体构成一个复式向斜。区域性隐伏性断裂构造较为发育，主要为北东向及北西向断裂，有三大断裂：一是马金-乌镇深断裂，二是昌化-普陀大断裂，三是孝丰-三门大断裂。
二、高架桥段溶洞分布情况
高架桥共计桩基2700余根，桥墩890余座，有循环钻、冲击钻、人工挖孔等成孔方法，以冲击成孔方法为主，桩径有1.2m、1.5m、1.8m、2.0m四种。据地质勘察及补勘报告分析，高架桥范围内岩溶较为发育，溶洞数量多，空间分布极不规则，属强发育岩溶区。据各标段统计，在桩位处有溶洞的桩基共有1000余根，占总量的37%，溶洞分布在孔深13.6-40m之间；最大的溶洞厚度为6.10m，最小的溶洞厚度为0.2m；有多层（7层）溶洞，也有单层溶洞；有空溶洞，也有充填物溶洞。溶洞的充填物主要为细砂、中粗砂、泥质和少量圆砾。本桥地质情况由上至下依次分别为亚粘土、残积粘性土、弱风化石灰岩、微风化石灰岩。溶洞区桩底持力层微风化石灰岩厚度应大于5.0m。地下水类型以岩溶裂隙水为主，岩溶裂隙水主要赋存于石灰岩溶洞中，地下水补给来源主要为大气降水及地表水渗入，富水性强——中等，地下水对桩基砼无腐蚀性。
三、不同溶洞、破碎地质条件及其成孔方法分析
1、不同溶洞地质条件下的成孔方法
由于岩溶地区的地质和水文情况较为复杂，桩基成孔方法要根据基岩覆盖层和溶洞或破碎带的情况进行选择。关键要一是保持不坍孔，二是如何合理穿过洞穴或破碎带。
对于地表覆盖层较薄，洞穴位置较浅的，以及洞穴发育、钻探洞穴位置较深而且溶洞较大的，一般采用钢护筒跟进穿的方法，在溶洞中形成一个柱体承受荷载，但此方案施工难度大。如洞穴底部倾斜角度过大或存在潜流等，护筒封闭困难；另外由于溶洞钢护筒跟进垂直度难以控制；用钢量大造成费用较高；如果是摩擦桩，摩力的损失也较大。此方案较少采用。
而洞穴位置较深，洞穴间较小的，可以采用低标号砼回填，将整个洞穴封闭，也可以采用砂浆及石块进行回填或者土石混合料（土石比在1:1左右，但具体要视情况定，适当时可加部分水泥）回填，此方案在实际施工采用较为广泛，效果也是明显的，但必须要标明洞穴分布的情况。
另外，破碎裂隙主要是造成孔内泥浆流失，孔内水头骤降，因失去泥浆护壁，孔内外压力失去平衡而造成坍孔；或者在砼浇筑过程中水泥混凝土浆的渗流或地下水的渗入，造成局部离析现象，通常采用砂浆置换或早凝砼进行封闭。在实际施工中利用土石混合料回去填夯击也有明显的效果。
在岩溶地质条件下，成孔方案的选择关键还是探明地下洞穴或破碎带的基本情况，判定洞穴分布或空洞的大小、破碎带的位置等。
2、溶洞地质的判别
洞穴或破碎带的探明有多种方法，如地质钻探，电测法或探地雷达等，最直接的莫过于桩位地质钻探，可以基本判断溶洞的深度和高度，但无法判明溶洞的范围需要进行必要的电测、探地雷达或布点钻探进一步明确范围。如岩芯连续，而出现长时间不返水现象也可以确定存在着地质破碎带。
通过对地质资料的分析，掌握详尽的桩位地质、水文资料，有利于制订适当的施工方案。
四、溶洞桩基施工的若干问题
冲击成孔工艺在溶岩地区的实际应用应注意以下几个问题。
1、溶洞、破碎带存在的情况下，备足一定数量的粘土、石块、水泥和泥浆及泥浆泵，确保发生孔内失水时可以即使抛填和补浆。
2、护筒埋深是取保桩基顺利成孔的关键之一，护筒埋设尽可能深，最好能穿越较为松散的覆盖层，以免坍孔造成大的事故。
3、在成孔过程中，应对于不同的地质层采用相应措施。一般在通过砂土层、卵石层等覆盖层时采用1.00-2.00m的冲程，加大泥浆比重，反复冲击使泥浆、石片挤入孔壁，必要时可加入粘土、片石进行冲击，形成结实的孔壁，防止坍孔；进入基岩后可加大冲程，加快进尺速度；但接近溶洞或破碎带时，应采用小冲程，小心击破洞顶或破碎带，避免快速失水造成坍孔。
4、由于冲击成孔的自身原因，加之岩溶地区地质的复杂性，在钻冲破洞穴顶层后，极易出现空锤情况，使钢丝绳或钻锤接焊处超负荷而产生断裂，而导致掉锤；另外，由于灰石强度较高，容易形成梅花孔，或钻头磨损严重，孔径变小，使冲锤被卡住。针对上述情况，应加强对钻锤焊接，钢丝绳的事前检查，在钻孔过程中经常检查钻锤的转向环或转向套，及钻头的磨损情况，加焊后，应对孔内进行适当的回填，而且应采用小冲程进行冲击。
5、遭遇洞穴或破碎带后，极易造成孔内水位下降，因失去泥浆护壁而造成覆盖层坍落，出现坍孔。操作中要随时注意孔内水头的变化情况，出现水头下降后要及时提升钻锤，探明失水原因后方可继续进行，避免出现埋钻的现象。坍孔的预防需要认真分析地质情况，合理采用泥浆比重、冲程大小和冲击频率。
五、杭徽高速公路高架橋桩基成孔的工程实践
（一）施工方案
根据工程地质勘察报告和施工特点，本桥有溶洞的桩基采用冲钻成孔和人工挖孔两种施工方案：
1、挖孔桩施工
桩基长度≤25米且桩径大于1.5米，溶洞水位较低条件下采用挖孔桩施工。
2、冲孔施工
桩基长度＞25米且溶洞水位较高，地层中有较厚的中粗砂层时采用冲孔施工。
（二）施工方法
1、挖孔桩施工
根据地质勘察报告，本桥适合挖孔桩施工的桥墩主要位于第四标段，共35个桥墩，120根桩，桩径均为2.0m。挖孔桩护壁采用砼护壁，标号同孔桩砼，护壁砼厚度为20cm，其结构形式为内外齿型，砼采用机械拌制，用吊桶运输人工浇注。在亚粘土和残积粘性土地层中，采用短柄铁锹开挖，每掘进1m深时，及时立模浇筑护壁砼。当挖至溶洞顶面1m时，挖孔施工人员在孔底作业时应系安全带，安全带与井口上的安全绳接牢，然后手持风钻钻一个Φ10cm的孔，查看溶洞内是否有承压水，本桥溶洞内均为无压力水，溶洞内充填物均为细砂、中砂、泥质土及少量圆砾。探明溶洞后，每开挖掘进0.5m后立即立模浇筑护壁砼。挖穿溶洞顶盖后，用水泵将溶洞内水抽干，由于溶洞内充填物为松散体，开挖时孔径较大，护壁外围采用砂袋支护，然后立即立模浇筑护壁砼，溶洞内护壁砼应加设钢筋。穿过溶洞后进入微风化石灰岩，采用松动爆破的方式进行开挖，以免护壁被炸坏或振动开裂，造成坍孔，同时孔壁周围眼孔要加密，不装药，保证爆破后孔壁完整。
2、冲孔施工
在岩溶地区采用冲击钻机成孔，最重要的问题是如何解决在成孔过程中不发生坍孔，保障施工人员及钻机的安全。在实际施工中，我们采取以下几个预防措施：
⑴在钻机底座滚筒下加铺二根长18m的Φ30cm无缝钢管，防止坍孔时钻机下沉或倾斜。
⑵埋设的钢护筒用钢丝绳系在钻机底座上，防止钢护筒掉入孔中。
⑶在孔位附近备有大量粘土、片石和适当数量的袋装水泥，设置2个容量较大的泥浆池，保证桩孔一旦出现漏浆，能及时补浆和回填桩孔。
根据地质勘察报告，在接近溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时安排专人观察孔内泥浆面的的变化，发现孔内泥浆面下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填粘土、片石和袋装水泥（重量比1：1：0.2），停置一段时间（一般为一天），在停置期间若孔内泥浆继续下降，应随时补充泥浆和回填混合物，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，采用小冲程冲击投下的混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道。在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，都要及时提起冲锤，补充泥浆和回填粘土、片石，并停止冲孔一天，待稳定后继续冲孔，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，顺利穿越溶洞。
五、结语
1、杭徽高速公路高架桥溶洞桩基成孔施工方法，是经过一段时间的摸索总结出来的。施工伊始，由于对桩位处溶洞的大小估计不足，备用的片石、粘土及袋装水泥数量不够，打穿溶洞后，补浆和回填混合物不及时，造成二根桩孔坍孔，经过近三个月才处理成功；因此，岩溶地区成孔的预防措施非常重要。
2、地质勘探必须有足够的深度和代表性，以保证提供准确的地质资料。原先提供的地质资料不充分，勘探单位只在02省道附近取孔钻探，未逐桩勘探，且深度比桩基浅，有的桩基达到设计标高后，桩底还有溶洞。为确保安全，后来对每根孔桩进行补钻探重新调整桩底标高，确定桩底距溶洞顶不少于7m作为终孔条件。
3、有溶洞的桩基（1000根）施工完成后经专业检测机构现场检测并出具检测报告，I类桩995根，II类桩7根，优良品率99.3%；灌注后的桩基扩孔率为1.2-1.4，证明桩基的成孔方法是成功的。全段没有采用全钢护筒施工方法，节省了大量费用。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部．JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2000。
[2]中华人民共和国交通部．公路工程国内招标文件范本(2003年版).(下册)．北京：人民交通出版社，2003。
[3]中华人民共和国交通部．JGT 80／-2004公路工程质量检验评定标准[s]．北京：人民交通出版社，2004。
[4]彭效援．最新公路與桥梁工程一级施工实用技术与管理[M]．吉林：吉林人民出版社，2003。