论文部分内容阅读
摘要：本文对岩溶地质的桥梁桩基处理施工进行总结，结合工程实例，对桥梁桩基施工岩溶地质处理的措施进行阐述，对于以后的岩溶地质的桥梁桩基处理提供一些借鉴的经验。
关键词：桥梁桩基; 岩溶地质处理
Abstract: in this paper, the karst geological bridge pile foundation construction treatment to carry on the summary, combined with practical engineering, the bridge pile foundation construction karst geological processing measures is expounded, the karst geological for the future of the bridge pile foundation treatment provide some references for the experience.
Keywords: bridge pile foundation; Karst geological processes
中图分类号： K928文献标识码：A 文章编号
目前，在岩溶发育地区进行桥梁桩基施工，由于溶洞分布的不规则性，在施工过程中会遇到一些不可预见的地质情况，给施工带来很大困难, 如处理方法不当,会造成经济损失和工期延误。针对这些突发情况的处理方案，下面就我们遇到的两个桥梁桩基施工的事例，总结一下溶洞帷幕注浆法与钢护筒跟进回填法的应用。
一、新田大桥3—1#桩基溶洞帷幕注浆
1、桩基地质分析与施工实验方案的拟定
新田大桥3-1#钻孔灌注桩基础，桩经1.5m，设计桩长25.5m,井口标高188.541m,桩底标高161.103m。桥位区不良地质主要表现为岩溶发育，地表以溶蚀裂隙、溶孔为主，地面以下则以溶沟、溶洞为主。溶洞溶沟埋深在标高149—186米之间，呈不规则状分布，规模大小不等，洞高在0.5~16.7米。根据专家们对地质报告和工程现状的分析，提出了两种常规做法：一是下钢护筒；二是目前常用的注浆固化形成帷幕法。第一种方法，由于施工方在3—1#，3—2#，4—1#，4—2#号桩上都已经施工不同深度（总计深度34.8M）至岩石层面，其中3—1#号桩施工已至溶洞顶板50cm，已有14.3m深。再穿过8.0m溶洞，入岩层4.6m，将基本成孔的事实，下钢护筒较为困难，势必要废弃原有洞口进行扩孔。重新制作钢护筒，再下入溶洞，碰上溶洞中、底部位突出的奇石或成倾斜角度岩石，不可避免地发生护筒倾斜，处理难度很大、工期加长。与之相比，第二种方法，设备比较简单，操作简便，工艺不复杂，施工过程较容易控制，适应范围广，治理效果好。因此，专家们提出了帷幕注浆处理方案。帷幕注浆法治理溶洞的机理就是在钻孔桩施工之前，沿桩基孔壁外侧1.0M左右的地方,对称布置地质钻孔,钻孔深度以达到最底层溶洞底板为宜,通过向地质钻孔内压注水泥浆,使溶洞内原有和后续充填物固相化,以达到桩基成孔时孔壁稳定,避免钻孔施工过程发生垮孔、埋钻、卡钻事故，确保桩基施工质量和进度。以达到不耽误工期，切实可行，又尽可能节约建设资金的目的。
二、湖南桂武高速武水河大桥5-4#桩基溶洞钢护筒跟进回填
1、桩基地质情况与施工处理的过程控制
该桩地层由上而下为素填土、耕植土、淤泥、粘土、全风化粉砂质页岩、全风化炭质页岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩。该桩有四层溶洞呈串珠型分布，上面两个溶洞较小，分别为0.8m、1.2m和1.6m。该桩护筒顶标高为11.005m，设计孔底标高-35.5m，应钻深度46.505m.采用冲击钻成孔，钻头直径2.10m（加大钻头直径，使成孔直径不小于2.1m，为下放钢护筒做准备，钢护筒直径2.09m），钻头质量4000Kg，后换为7000Kg原装钻头。本桩钻孔深度40.3m。上部松软地层厚度9.29m，钻进速度较快。泥浆颜色灰黑色，且有臭味。上面两个溶洞较小，分别为0.8m和1.2m，中间间隔只有10cm，两溶洞已基本联为一体。钻头钻至最上一层溶洞溶顶以上0.6m时，向孔内抛投片石高度0.5m，以平衡钻头，防止穿破溶洞时出现孔斜。冲程控制在0.8m，平稳冲砸。经仔细观察钻头穿破溶洞后钢丝绳无摆动，孔位無偏斜。钻进溶洞后，无漏浆，钻头进尺稍微加大。为保证固壁良好，向孔内投放片石1.5m，以0.6m的小冲程钻进，钻进1m后，再次投放片石1.5m，其中夹杂投入粘土，钻进时进尺较小，并加大冲程至1m，钻进过程中无异常现象发生。溶洞内钻进时，泥浆比重为1.6。就在钻孔钻到离桩底高程约3米的位置时，突然发生钻头掉下去8米多深，泥浆瞬间大量流失，筒内水头不能保持；因是突发情况，施工单位准备的片石和粘土不足，发生了塌孔，钻头被埋在里面。业主立即组织有关技术专家对桩基探查和处理，查地质资料，勘察资料中没有发现桩位下部有如此大的溶洞。估计是把桩位邻近有大溶洞，打桩时打穿了。于是，对桩基用粘土、袋装水泥、片石回填，用小冲程冲击筑壁。并采用全程钢护筒跟进的方法进行钻孔。然而，这个桩基的施工一波三折，施工队在安放的护筒不够垂直，钻孔在钻到溶洞位置时，钻头卡住了提不上来。这样反复好几次后，工期拖了好几个月。最后，重新对溶洞回填，采用钢护筒全程跟进和片石回填相结合的方法，保证了施工的顺利进行。
三、归纳与总结
根据以上的经验，我们想对岩溶地质的桥梁桩基岩溶处理方案比选和施工控制要点，做一个总结和归纳，已供今后施工参考借鉴使用。
施工方法 回填法、钢护筒跟进回填法 帷幕注浆法
适用范围 （1）回填片石和粘土的方法：此法适合小型溶洞处理：当溶洞不高（小于3米），半填充或无填充时，存在严重漏水，护筒内水头不能保持，可采用片石、粘土、水泥回填筑壁法。
（2）全程钢护筒跟进法适用于大型溶洞的处理（大于3米），如果溶洞内无填充物，需要下钢护筒与回填片石相结合。 （1）当溶洞高度较高，覆盖层大于8米，采用冲桩深度比较深后发现的漏浆、筒内水头不能保持的溶洞地质，采用增加钢护筒，扩孔耗时长，可考虑用帷幕注浆法。
（2）对不好的桩基地质情况进行预处理也可用此法。
优缺点 （1）此种方法造价偏高，但对于加快工程进度有其优势。
（2）如事先没有采用钢护筒跟进，扩孔下放钢护筒到桩基下部比较费时。 （1）优点:设备简单,操作简便,工艺不复杂,施工中容易控制,适应范围广,治理效果好.特别是对已成孔部分后续溶洞处理可不需扩孔,不延误工期。
（2）缺点：相对其他方案而言，注入浆液耗量不确定因素较高，费用控制较难掌握。
1、回填法、钢护筒跟进回填法施工注意要点总结：
（1）钻孔至距溶洞顶部1米左右时，减小冲程，控制在1米至1.5米范围内变化，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐将溶洞击穿，防止因冲程过长导致卡钻。在击穿洞顶前，须有专人负责观察护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，迅速补充水或泥浆，同时及时提钻，以防塌孔埋钻。回填粘土和片石（必要时投入整包的水泥），进行冲砸堵漏，只有当泥浆面稳定后方可转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。对于不漏水的溶洞，在击穿溶洞后，也应如此反复处理，形成坚固密实的孔壁。
(2）钻头钻至溶顶时，为防止由于溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而出现斜孔，除采用抛填片石平衡钻头外，也可采用质量较大的钻头处理。
（3）对于溶洞内充填物为软弱粘土、亚砂土的溶洞，进入溶洞后，也应向孔内投入粘土、块石混合物（比例为1：1）或整包的水泥，冲砸固壁。充填物的溶洞采用抛填物的方法处理是可行的，但为了避免发生缩孔，可采用大塊片石。 溶洞内泥浆浓度要大，比重不小于1.6.，如孔内泥浆不是大量流失，粘土可不装袋投入。 如溶洞内为流塑状粘土，即使孔内不漏浆，为加大泥浆浓度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土3:1的比例加入。
(4）当处理漏浆时或到达溶洞位置但不漏浆，要向孔内抛填片石及粘土进行固壁，小冲程反复冲砸，使抛填片石充分挤入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量过大，保证成桩质量。溶洞处理时，速度稍微放慢一些或稍停一段时间，可促使片石和粘土的固结利于固壁。
(5)粘土片石筑壁结合钢护筒施工时，钢护筒必须穿透砂砾层及卵石层等透水层，坐落在不透水的亚粘土层上，这样可以防止溶洞漏水，水头急剧下降引起的塌孔。
（6）处于岩溶发育地区，岩层倾向不确定，经常遇到桩锤落下的时候倾斜，这样如果继续施工必将造成桩基倾斜。有一个经济较好的处理方法，就是回填一些较硬的大块的片石重新冲孔，直到桩锤下落后不出现倾斜为止。
2、帷幕注浆法施工注意要点总结
（1）注浆布孔要呈梅花形布置，大孔隙地层和裂隙岩体中多采用渗透性注浆，辅以脉状注浆方式，如无填充物还需回填一些片石和粘土。
（2）注浆孔钻孔的施工钻孔深度以达到最底层溶洞底板为准。
（3）初拟浆液配合比：注浆主要材料可采用普通硅酸盐水泥 PO32.5和水玻璃，纯水泥浆或水泥—水玻璃浆液，视各桩位具体地质情况而定。注浆量可根据各桩基溶洞大小、数量、规模、层厚、有无充填物及选择的注浆方案、终注压力、要求达到的治理效果等因素综合确定注浆量。
（4）合理地选择注浆终注压力是确保桩基溶洞治理效果的关键，一般浆液浓度和注浆量大，注浆压力高，治理效果好。在桩基钻孔施工前进行注浆工艺施工，可适当提高注浆压力，不存在由于注浆压力大而导致桩基孔壁垮塌现象的发生。3-1#溶洞规模较大，8m深，注浆半径初拟定为1.0m，注浆压力1.2Mpa,注浆半径以桩基周围形成帷幕状为最理想。达到不垮孔、不漏浆、孔壁完全固化。注浆压力按照最大1.0MPa控制，最好不要超压，如果超压要注意泄压，及时提管，保证工序连续进行，同时防止中断施工。
（5）注浆结束标准与养护
注浆终压与终量：在正常条件下，每次注浆中，注浆压力由小逐渐增大，浆液流量由大到小，当注浆压力达到设计终压要求时，稳定20-30min即可结束注浆。当大裂隙岩层注浆时，经过浆液浓度的变换仍达不到终压与终量标准，但又接近设计的注浆量时，应停止注浆，养护24小时后复注，直至符合上述结束标准为止。
注浆后的保养龄期：注浆后通常保养期为七天左右，待所注水泥浆达到固化一定强度后，方可进行桩基钻孔施工。
（6）钻孔位置需设置护桩，并保证注浆工作与钻孔工作同步，不得将成孔空闲时间过长。钻孔采用隔行跳打，作好钻孔记录，不得漏钻，钻孔尽量采用干法钻孔，要求孔壁垂直。钻孔时，根据地质条件及时调整钻速，控制节奏，防止卡钻，钻到水加淤泥的地质条件时，尽量少采用潜孔钻钻孔。
参考文献
[1] 李明生等. 佛山一环桂和路立交岩土勘察报告，天津市市政工程设计研究院，2004
[2] 石祥锋. 岩溶区桩基荷载下隐伏溶洞顶板稳定性研究[博士学位论文].武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，2005
[3] 常士骠、张苏民主编，工程地质手册（第四版），中国建筑工业出版社，2007
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：桥梁桩基; 岩溶地质处理
Abstract: in this paper, the karst geological bridge pile foundation construction treatment to carry on the summary, combined with practical engineering, the bridge pile foundation construction karst geological processing measures is expounded, the karst geological for the future of the bridge pile foundation treatment provide some references for the experience.
Keywords: bridge pile foundation; Karst geological processes
中图分类号： K928文献标识码：A 文章编号
目前，在岩溶发育地区进行桥梁桩基施工，由于溶洞分布的不规则性，在施工过程中会遇到一些不可预见的地质情况，给施工带来很大困难, 如处理方法不当,会造成经济损失和工期延误。针对这些突发情况的处理方案，下面就我们遇到的两个桥梁桩基施工的事例，总结一下溶洞帷幕注浆法与钢护筒跟进回填法的应用。
一、新田大桥3—1#桩基溶洞帷幕注浆
1、桩基地质分析与施工实验方案的拟定
新田大桥3-1#钻孔灌注桩基础，桩经1.5m，设计桩长25.5m,井口标高188.541m,桩底标高161.103m。桥位区不良地质主要表现为岩溶发育，地表以溶蚀裂隙、溶孔为主，地面以下则以溶沟、溶洞为主。溶洞溶沟埋深在标高149—186米之间，呈不规则状分布，规模大小不等，洞高在0.5~16.7米。根据专家们对地质报告和工程现状的分析，提出了两种常规做法：一是下钢护筒；二是目前常用的注浆固化形成帷幕法。第一种方法，由于施工方在3—1#，3—2#，4—1#，4—2#号桩上都已经施工不同深度（总计深度34.8M）至岩石层面，其中3—1#号桩施工已至溶洞顶板50cm，已有14.3m深。再穿过8.0m溶洞，入岩层4.6m，将基本成孔的事实，下钢护筒较为困难，势必要废弃原有洞口进行扩孔。重新制作钢护筒，再下入溶洞，碰上溶洞中、底部位突出的奇石或成倾斜角度岩石，不可避免地发生护筒倾斜，处理难度很大、工期加长。与之相比，第二种方法，设备比较简单，操作简便，工艺不复杂，施工过程较容易控制，适应范围广，治理效果好。因此，专家们提出了帷幕注浆处理方案。帷幕注浆法治理溶洞的机理就是在钻孔桩施工之前，沿桩基孔壁外侧1.0M左右的地方,对称布置地质钻孔,钻孔深度以达到最底层溶洞底板为宜,通过向地质钻孔内压注水泥浆,使溶洞内原有和后续充填物固相化,以达到桩基成孔时孔壁稳定,避免钻孔施工过程发生垮孔、埋钻、卡钻事故，确保桩基施工质量和进度。以达到不耽误工期，切实可行，又尽可能节约建设资金的目的。
二、湖南桂武高速武水河大桥5-4#桩基溶洞钢护筒跟进回填
1、桩基地质情况与施工处理的过程控制
该桩地层由上而下为素填土、耕植土、淤泥、粘土、全风化粉砂质页岩、全风化炭质页岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩。该桩有四层溶洞呈串珠型分布，上面两个溶洞较小，分别为0.8m、1.2m和1.6m。该桩护筒顶标高为11.005m，设计孔底标高-35.5m，应钻深度46.505m.采用冲击钻成孔，钻头直径2.10m（加大钻头直径，使成孔直径不小于2.1m，为下放钢护筒做准备，钢护筒直径2.09m），钻头质量4000Kg，后换为7000Kg原装钻头。本桩钻孔深度40.3m。上部松软地层厚度9.29m，钻进速度较快。泥浆颜色灰黑色，且有臭味。上面两个溶洞较小，分别为0.8m和1.2m，中间间隔只有10cm，两溶洞已基本联为一体。钻头钻至最上一层溶洞溶顶以上0.6m时，向孔内抛投片石高度0.5m，以平衡钻头，防止穿破溶洞时出现孔斜。冲程控制在0.8m，平稳冲砸。经仔细观察钻头穿破溶洞后钢丝绳无摆动，孔位無偏斜。钻进溶洞后，无漏浆，钻头进尺稍微加大。为保证固壁良好，向孔内投放片石1.5m，以0.6m的小冲程钻进，钻进1m后，再次投放片石1.5m，其中夹杂投入粘土，钻进时进尺较小，并加大冲程至1m，钻进过程中无异常现象发生。溶洞内钻进时，泥浆比重为1.6。就在钻孔钻到离桩底高程约3米的位置时，突然发生钻头掉下去8米多深，泥浆瞬间大量流失，筒内水头不能保持；因是突发情况，施工单位准备的片石和粘土不足，发生了塌孔，钻头被埋在里面。业主立即组织有关技术专家对桩基探查和处理，查地质资料，勘察资料中没有发现桩位下部有如此大的溶洞。估计是把桩位邻近有大溶洞，打桩时打穿了。于是，对桩基用粘土、袋装水泥、片石回填，用小冲程冲击筑壁。并采用全程钢护筒跟进的方法进行钻孔。然而，这个桩基的施工一波三折，施工队在安放的护筒不够垂直，钻孔在钻到溶洞位置时，钻头卡住了提不上来。这样反复好几次后，工期拖了好几个月。最后，重新对溶洞回填，采用钢护筒全程跟进和片石回填相结合的方法，保证了施工的顺利进行。
三、归纳与总结
根据以上的经验，我们想对岩溶地质的桥梁桩基岩溶处理方案比选和施工控制要点，做一个总结和归纳，已供今后施工参考借鉴使用。
施工方法 回填法、钢护筒跟进回填法 帷幕注浆法
适用范围 （1）回填片石和粘土的方法：此法适合小型溶洞处理：当溶洞不高（小于3米），半填充或无填充时，存在严重漏水，护筒内水头不能保持，可采用片石、粘土、水泥回填筑壁法。
（2）全程钢护筒跟进法适用于大型溶洞的处理（大于3米），如果溶洞内无填充物，需要下钢护筒与回填片石相结合。 （1）当溶洞高度较高，覆盖层大于8米，采用冲桩深度比较深后发现的漏浆、筒内水头不能保持的溶洞地质，采用增加钢护筒，扩孔耗时长，可考虑用帷幕注浆法。
（2）对不好的桩基地质情况进行预处理也可用此法。
优缺点 （1）此种方法造价偏高，但对于加快工程进度有其优势。
（2）如事先没有采用钢护筒跟进，扩孔下放钢护筒到桩基下部比较费时。 （1）优点:设备简单,操作简便,工艺不复杂,施工中容易控制,适应范围广,治理效果好.特别是对已成孔部分后续溶洞处理可不需扩孔,不延误工期。
（2）缺点：相对其他方案而言，注入浆液耗量不确定因素较高，费用控制较难掌握。
1、回填法、钢护筒跟进回填法施工注意要点总结：
（1）钻孔至距溶洞顶部1米左右时，减小冲程，控制在1米至1.5米范围内变化，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐将溶洞击穿，防止因冲程过长导致卡钻。在击穿洞顶前，须有专人负责观察护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，迅速补充水或泥浆，同时及时提钻，以防塌孔埋钻。回填粘土和片石（必要时投入整包的水泥），进行冲砸堵漏，只有当泥浆面稳定后方可转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。对于不漏水的溶洞，在击穿溶洞后，也应如此反复处理，形成坚固密实的孔壁。
(2）钻头钻至溶顶时，为防止由于溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而出现斜孔，除采用抛填片石平衡钻头外，也可采用质量较大的钻头处理。
（3）对于溶洞内充填物为软弱粘土、亚砂土的溶洞，进入溶洞后，也应向孔内投入粘土、块石混合物（比例为1：1）或整包的水泥，冲砸固壁。充填物的溶洞采用抛填物的方法处理是可行的，但为了避免发生缩孔，可采用大塊片石。 溶洞内泥浆浓度要大，比重不小于1.6.，如孔内泥浆不是大量流失，粘土可不装袋投入。 如溶洞内为流塑状粘土，即使孔内不漏浆，为加大泥浆浓度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土3:1的比例加入。
(4）当处理漏浆时或到达溶洞位置但不漏浆，要向孔内抛填片石及粘土进行固壁，小冲程反复冲砸，使抛填片石充分挤入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量过大，保证成桩质量。溶洞处理时，速度稍微放慢一些或稍停一段时间，可促使片石和粘土的固结利于固壁。
(5)粘土片石筑壁结合钢护筒施工时，钢护筒必须穿透砂砾层及卵石层等透水层，坐落在不透水的亚粘土层上，这样可以防止溶洞漏水，水头急剧下降引起的塌孔。
（6）处于岩溶发育地区，岩层倾向不确定，经常遇到桩锤落下的时候倾斜，这样如果继续施工必将造成桩基倾斜。有一个经济较好的处理方法，就是回填一些较硬的大块的片石重新冲孔，直到桩锤下落后不出现倾斜为止。
2、帷幕注浆法施工注意要点总结
（1）注浆布孔要呈梅花形布置，大孔隙地层和裂隙岩体中多采用渗透性注浆，辅以脉状注浆方式，如无填充物还需回填一些片石和粘土。
（2）注浆孔钻孔的施工钻孔深度以达到最底层溶洞底板为准。
（3）初拟浆液配合比：注浆主要材料可采用普通硅酸盐水泥 PO32.5和水玻璃，纯水泥浆或水泥—水玻璃浆液，视各桩位具体地质情况而定。注浆量可根据各桩基溶洞大小、数量、规模、层厚、有无充填物及选择的注浆方案、终注压力、要求达到的治理效果等因素综合确定注浆量。
（4）合理地选择注浆终注压力是确保桩基溶洞治理效果的关键，一般浆液浓度和注浆量大，注浆压力高，治理效果好。在桩基钻孔施工前进行注浆工艺施工，可适当提高注浆压力，不存在由于注浆压力大而导致桩基孔壁垮塌现象的发生。3-1#溶洞规模较大，8m深，注浆半径初拟定为1.0m，注浆压力1.2Mpa,注浆半径以桩基周围形成帷幕状为最理想。达到不垮孔、不漏浆、孔壁完全固化。注浆压力按照最大1.0MPa控制，最好不要超压，如果超压要注意泄压，及时提管，保证工序连续进行，同时防止中断施工。
（5）注浆结束标准与养护
注浆终压与终量：在正常条件下，每次注浆中，注浆压力由小逐渐增大，浆液流量由大到小，当注浆压力达到设计终压要求时，稳定20-30min即可结束注浆。当大裂隙岩层注浆时，经过浆液浓度的变换仍达不到终压与终量标准，但又接近设计的注浆量时，应停止注浆，养护24小时后复注，直至符合上述结束标准为止。
注浆后的保养龄期：注浆后通常保养期为七天左右，待所注水泥浆达到固化一定强度后，方可进行桩基钻孔施工。
（6）钻孔位置需设置护桩，并保证注浆工作与钻孔工作同步，不得将成孔空闲时间过长。钻孔采用隔行跳打，作好钻孔记录，不得漏钻，钻孔尽量采用干法钻孔，要求孔壁垂直。钻孔时，根据地质条件及时调整钻速，控制节奏，防止卡钻，钻到水加淤泥的地质条件时，尽量少采用潜孔钻钻孔。
参考文献
[1] 李明生等. 佛山一环桂和路立交岩土勘察报告，天津市市政工程设计研究院，2004
[2] 石祥锋. 岩溶区桩基荷载下隐伏溶洞顶板稳定性研究[博士学位论文].武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，2005
[3] 常士骠、张苏民主编，工程地质手册（第四版），中国建筑工业出版社，2007
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。