论文部分内容阅读
摘 要: 公路建设施工过程中，桥梁桩基的处理直接决定工程的质量和施工进度，结合公路段桥梁桩基的具体实际施工情况，针对所遇到的溶洞类型进行分析，提出了具体的溶洞处理措施，包括处理原则、处理方案、前期准备以及具体施工方法，确保桩基工程的顺利进行，对于其他溶洞处理工程具有借鉴意义。
关键词: 桥梁施工； 桩基工程； 溶洞处理
Abstract: During the construction of highway construction, treatment of bridge pile foundation directly determines the quality and the construction progress of the project, combined with the actual construction of the pile foundation for highway bridge, according to the analysis of the types of the cave, the cave treatment measures, including the processing principle, processing scheme, preparation and construction method, ensure that the pile foundation works smoothly, has the reference significance for other cave treatment engineering.
Key words: bridge construction; pile foundation; karst cave treatment
中图分类号:U445文献标识码：A文章编号
1.桥梁桩基施工中的溶洞处理
1. 1 溶洞处理原则
在处理过程中应综合分析设计资料和实际钻进情况，加强地质勘探，避免桩基底部悬空；合理确定桩基终孔高程，满足桩基作用荷载要求；确保覆盖层部
分桩孔孔位的稳定性、防止塌孔事故出现；根据不同的溶洞类型制定相应的处理方案，满足现场施工要求。对溶洞处理原则可简单概括为: 钻、填、报。即(1) 钻: 每孔记录详细的钻探地质状况，溶洞出现的高度、溶洞大小、溶洞内的填充物类型及其物理力学性能、成孔时间等，为进一步处理提供依据；(2)填: 掌握溶洞内所要填充物质的物理力学性能，为后续钻孔提供技术支持；(3) 报: 遇到溶洞特别是特大溶洞，必须请监理工程师和设计单位核查，明确并最终确定处理方案，报监理批准后实施，为以后变更计价做好准备。
2.溶洞处理方案
基于以上溶洞处理原则，提出如下的具体处理方案: ( 1) 当桩基地层中无较厚砂砾层且溶洞水位较低时，可采用挖孔桩施工；( 2) 当地层中有较厚的中砂层、风化严重的砾石和碎石，且地下涌水较大时，需要采用钻孔桩施工；( 3) 若溶洞上方有较厚的砂砾层时，为防止孔壁坍塌应采用护筒跟进法进行施工；( 4) 当地层判断不明、挖孔难以进行时，亦采用钻、挖结合方式进行施工。
2.1 溶洞处理前期准备
首先，结合设计勘探资料，预测可能出现溶洞的桩位，制定详细的施工方案和保障措施；预先准备粘土、片石等填充材料，确保穿越溶洞时的迅速补水、补浆，以防止进一步塌孔；对于较大的溶洞可准备水泥进行封堵；对出现重大地质变化的桩位，填充之后应进行补探，待取得详细资料后方可再行钻进；对现场出现的紧急情况( 如卡钻、掉钻头、急救等) 要有预案处理；同时预先准备一定数量的钢护筒，根据地质情况进行埋深。
2.2 溶洞处理施工方法
通常溶洞出现的地质构造中都存在覆盖层，其在一定程度上会反映出溶洞内填充物的性质( 以地质勘探资料为准)；结合地下水的情况，成孔桩位应优先选择溶洞低的较深处以及暗流的上水向区域，并以此向下水向进行；在成桩过程中密切注意水头变化、保持水头平稳，结合地质情况选择最佳的钻进方式进行施工。在本桩基工程中主要采用以下桩基础施工方式来进行溶洞处理。
2.2.1 挖孔桩
(1)孔壁支护采用混凝土护壁，对于地质条件较差的地段，可以选择钢筋混凝土护壁；浇注混凝土时采用拆上节、支下节、自上而下周转使用，厚度可为15～20cm，混凝土应采用人工或者机械搅拌、吊桶运输方式进行人工浇注。
(2) 对于不透水层以短柄铁锹进行井孔开挖，可进尺0.8～1.2m 深，混凝土跟进及时浇注；对于砾石、卵石等具有一定透水层地质条件，宜浅进尺(约0.4～0.8m) ，并及时进行混凝土浇注；对于砂层，每隔20cm 左右打入钢钎以确保施工安全，然后钢钎上绑扎草袋作为防护，抽水完成后马上进行浇注，同时保证每节高度不得大于0.5m。
(3) 當挖孔距离地面1m以上，应注意孔内通风，并对孔内气体进行测试；作业人员必须系安全带，若发现有渗水出现，作业人员立即撤出现场，经确认安全条件时方可进行下一步挖掘。
2.2.2 钻孔桩
(1)根据地质条件对可能造成塌陷的范围进行估算，钻机远离桩位，严禁直接支撑在孔口，钻机不得产生位移，应保持平稳。
(2)当钻至溶洞顶0.5 m 左右时，必须准备足够的片石和粘土，保证周围有充足水源，钻机要变换冲击、防止卡钻。
(3)对于钻机进尺情况，需安排专人进行观察记录泥浆面的变化，一旦下降，应迅速补充。
(4)对于特大型溶洞及溶洞上方有大量砂砾层存在的或半填充溶洞，为防止泥浆突然流失引起孔内静水压发生变化造成坍塌，应采用护筒跟进法进行施工。
(5)当遭遇多层溶洞时，为防止溶洞在压力变化的作用下相互贯通形成葫芦状，必要时可采用低标号混凝土进行填充，但必须注意的是必须等待混凝土具有一定强度下方可再钻进，一般至少需要3天。
3.溶洞处理关键施工技术
3.1喷射混凝土封闭掌子面
在未探明前方地质情况之前，为防止前方出现涌水突泥情况发生，首先保留并加固坍塌体，依靠坍塌体的支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面，厚度为30cm，掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面作用，坍体暂不挖除。
3.2施作套拱和超前大管棚
为保证施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物，从而形成复合稳定的固结体，使周围地层的力学性质得到改变，稳定性能加强；管棚尾端设钢格栅混凝土套拱，前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用。
首先在DK103+480位置施作导向墙。导向墙长3m，厚80cm，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用。在钢拱架上焊接37根1m长φ127的无缝钢管作为导向管，间距及外插角同大管棚，完成后浇注C25模筑混凝土。大管棚共37根，每根长20m，外插角为5°，大管棚环向间距为0.3m，注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力为0.8～1.0Mpa管棚钢管采用φ108无缝钢管，节长3m和6m两种，第一根钢管加工呈锥形，采用丝扣连接（丝扣长15cm，必须使用标准地质丝扣） 。同一横断面内接头数量不超过50%，相邻钢管的接头相错量不小于1m，机械顶进。钢管前部四周钻注浆孔，孔径15mm，孔间距15～20cm，呈梅花型布置，钢管尾部留1.5m的止浆段不钻孔。
3.3洞身开挖及支护
注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长3 ～ 5m，开挖后立即施做初期支护结构，并采用喷射混凝土立即封闭掌子面。初期支护采用加强支护参数。参数如下：全环设I20工字钢加强支护，钢架间距@＝0.6m，拱墙增设φ42小导管注浆加固溶洞充填物，每根长L=4m，间距为1m（纵向）×0.8m（环向） ，C25早强喷射混凝土厚度为25cm，φ8钢筋网网格20×20cm。溶洞处理段围岩大部分为溶洞充填物，采用人工配合挖掘机开挖；对于石质围岩部分则采用松动爆破开挖，以尽量减小对溶洞充填物的扰动，避免引发二次坍塌。
3.4边墙及基底加固处理
对桩基顶部进行注浆预加固处理仅保证桩基拱部开挖安全，边墙及基底围岩力学性能得不到改善，并且曾受到过扰动，极有可能会发生坍塌事故；另外，即使开挖安全通过溶洞段，也会因溶洞段与溶洞前后桩基底部不同，使后期桩基衬砌结构沉降不均，从而造成衬砌严重开裂，甚至影响行车安全。因此，必须对边墙及基底进行加固处理。
3.4.1边墙采用φ42超前小导管注浆加固溶洞充填物。小导管每根长L=4.5m，间距@=0.4m（环向）×2.4m（纵向） ，外插角α=25°，浆液采用1：1水泥单浆液，采用劈裂注浆方式，注浆压力为2.0MPa。
3.4.2基底采用φ75钢管桩对桩基底围岩注浆加固，加固范围为仰拱开挖轮廓线以下5m。钢管桩间距为1.0m，梅花形布置。钢管桩采用φ75mm、δ=6mm的无缝钢管加工制作，每根长L=5.5m，尾端50cm伸入仰拱支护结构内，同时为增强结构的纵向刚度，钢管桩尾端之间采用I16工字钢连接，以增强整体受力性能。浆液采用1：1水泥单浆液，亦采用劈裂注浆方式，注浆压力2.0MPa。
3.5拱部坍塌溶腔回填处理
为确保桩基衬砌结构安全，保证运营安全，需对拱部坍塌的溶腔进行回填处理。在综合考虑周边环境及溶洞状态，并结合桩基施工结构特点，采用C30泵送混土回填。为减小流塑态的泵送混凝土对支护结构的冲击力和侧压力，回填应对称、分次、分层施工完成，桩基支护结构两侧混凝土面每次施工高差不得超过0.5m，层厚不大于30cm，每次泵送混凝土厚度不得超過2m，且方量不超过50m3。
3.6监控量测
在洞身开挖施工过程中，每5m设一组围岩量测点，主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛，密切监视每一工况下桩基支护结构的变形情况并及时反馈，指导下一步施工。
4.结束语
通过处理措施的实施，不但安全解决了溶洞问题，而且此处理方案也直接为后面的几处溶洞的处理提供了借鉴经验，但是在今后的桥梁桩基施工中，必须加强超前地质预报及超前加深探孔工作，对桥梁前方桩基进行准确预测，并提前做好穿越溶洞的应急预案，防止突泥和突水的发生。需要引起广大业内人员注意的是，溶洞处理一般只注重结构的环向刚度的加强，较为忽视结构的纵向刚度的加强，这样会因溶洞前后侧结构基底刚度差异而导致后期运营时衬砌病害的产生。
参考文献:
［1］张琨，刘建民，邬欢，吴木平． 城市桥梁桩基穿越溶洞预注浆施工技术．施工技术，2011.
［2］刘辉，彭川，陈永贵，饶中．公路隧道穿越特大溶洞的施工监测研究．工业建筑，2010.
［3］赵占利，熊强，李锋．溶洞区桩基施工．施工技术，2008.
关键词: 桥梁施工； 桩基工程； 溶洞处理
Abstract: During the construction of highway construction, treatment of bridge pile foundation directly determines the quality and the construction progress of the project, combined with the actual construction of the pile foundation for highway bridge, according to the analysis of the types of the cave, the cave treatment measures, including the processing principle, processing scheme, preparation and construction method, ensure that the pile foundation works smoothly, has the reference significance for other cave treatment engineering.
Key words: bridge construction; pile foundation; karst cave treatment
中图分类号:U445文献标识码：A文章编号
1.桥梁桩基施工中的溶洞处理
1. 1 溶洞处理原则
在处理过程中应综合分析设计资料和实际钻进情况，加强地质勘探，避免桩基底部悬空；合理确定桩基终孔高程，满足桩基作用荷载要求；确保覆盖层部
分桩孔孔位的稳定性、防止塌孔事故出现；根据不同的溶洞类型制定相应的处理方案，满足现场施工要求。对溶洞处理原则可简单概括为: 钻、填、报。即(1) 钻: 每孔记录详细的钻探地质状况，溶洞出现的高度、溶洞大小、溶洞内的填充物类型及其物理力学性能、成孔时间等，为进一步处理提供依据；(2)填: 掌握溶洞内所要填充物质的物理力学性能，为后续钻孔提供技术支持；(3) 报: 遇到溶洞特别是特大溶洞，必须请监理工程师和设计单位核查，明确并最终确定处理方案，报监理批准后实施，为以后变更计价做好准备。
2.溶洞处理方案
基于以上溶洞处理原则，提出如下的具体处理方案: ( 1) 当桩基地层中无较厚砂砾层且溶洞水位较低时，可采用挖孔桩施工；( 2) 当地层中有较厚的中砂层、风化严重的砾石和碎石，且地下涌水较大时，需要采用钻孔桩施工；( 3) 若溶洞上方有较厚的砂砾层时，为防止孔壁坍塌应采用护筒跟进法进行施工；( 4) 当地层判断不明、挖孔难以进行时，亦采用钻、挖结合方式进行施工。
2.1 溶洞处理前期准备
首先，结合设计勘探资料，预测可能出现溶洞的桩位，制定详细的施工方案和保障措施；预先准备粘土、片石等填充材料，确保穿越溶洞时的迅速补水、补浆，以防止进一步塌孔；对于较大的溶洞可准备水泥进行封堵；对出现重大地质变化的桩位，填充之后应进行补探，待取得详细资料后方可再行钻进；对现场出现的紧急情况( 如卡钻、掉钻头、急救等) 要有预案处理；同时预先准备一定数量的钢护筒，根据地质情况进行埋深。
2.2 溶洞处理施工方法
通常溶洞出现的地质构造中都存在覆盖层，其在一定程度上会反映出溶洞内填充物的性质( 以地质勘探资料为准)；结合地下水的情况，成孔桩位应优先选择溶洞低的较深处以及暗流的上水向区域，并以此向下水向进行；在成桩过程中密切注意水头变化、保持水头平稳，结合地质情况选择最佳的钻进方式进行施工。在本桩基工程中主要采用以下桩基础施工方式来进行溶洞处理。
2.2.1 挖孔桩
(1)孔壁支护采用混凝土护壁，对于地质条件较差的地段，可以选择钢筋混凝土护壁；浇注混凝土时采用拆上节、支下节、自上而下周转使用，厚度可为15～20cm，混凝土应采用人工或者机械搅拌、吊桶运输方式进行人工浇注。
(2) 对于不透水层以短柄铁锹进行井孔开挖，可进尺0.8～1.2m 深，混凝土跟进及时浇注；对于砾石、卵石等具有一定透水层地质条件，宜浅进尺(约0.4～0.8m) ，并及时进行混凝土浇注；对于砂层，每隔20cm 左右打入钢钎以确保施工安全，然后钢钎上绑扎草袋作为防护，抽水完成后马上进行浇注，同时保证每节高度不得大于0.5m。
(3) 當挖孔距离地面1m以上，应注意孔内通风，并对孔内气体进行测试；作业人员必须系安全带，若发现有渗水出现，作业人员立即撤出现场，经确认安全条件时方可进行下一步挖掘。
2.2.2 钻孔桩
(1)根据地质条件对可能造成塌陷的范围进行估算，钻机远离桩位，严禁直接支撑在孔口，钻机不得产生位移，应保持平稳。
(2)当钻至溶洞顶0.5 m 左右时，必须准备足够的片石和粘土，保证周围有充足水源，钻机要变换冲击、防止卡钻。
(3)对于钻机进尺情况，需安排专人进行观察记录泥浆面的变化，一旦下降，应迅速补充。
(4)对于特大型溶洞及溶洞上方有大量砂砾层存在的或半填充溶洞，为防止泥浆突然流失引起孔内静水压发生变化造成坍塌，应采用护筒跟进法进行施工。
(5)当遭遇多层溶洞时，为防止溶洞在压力变化的作用下相互贯通形成葫芦状，必要时可采用低标号混凝土进行填充，但必须注意的是必须等待混凝土具有一定强度下方可再钻进，一般至少需要3天。
3.溶洞处理关键施工技术
3.1喷射混凝土封闭掌子面
在未探明前方地质情况之前，为防止前方出现涌水突泥情况发生，首先保留并加固坍塌体，依靠坍塌体的支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面，厚度为30cm，掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面作用，坍体暂不挖除。
3.2施作套拱和超前大管棚
为保证施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物，从而形成复合稳定的固结体，使周围地层的力学性质得到改变，稳定性能加强；管棚尾端设钢格栅混凝土套拱，前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用。
首先在DK103+480位置施作导向墙。导向墙长3m，厚80cm，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用。在钢拱架上焊接37根1m长φ127的无缝钢管作为导向管，间距及外插角同大管棚，完成后浇注C25模筑混凝土。大管棚共37根，每根长20m，外插角为5°，大管棚环向间距为0.3m，注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力为0.8～1.0Mpa管棚钢管采用φ108无缝钢管，节长3m和6m两种，第一根钢管加工呈锥形，采用丝扣连接（丝扣长15cm，必须使用标准地质丝扣） 。同一横断面内接头数量不超过50%，相邻钢管的接头相错量不小于1m，机械顶进。钢管前部四周钻注浆孔，孔径15mm，孔间距15～20cm，呈梅花型布置，钢管尾部留1.5m的止浆段不钻孔。
3.3洞身开挖及支护
注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长3 ～ 5m，开挖后立即施做初期支护结构，并采用喷射混凝土立即封闭掌子面。初期支护采用加强支护参数。参数如下：全环设I20工字钢加强支护，钢架间距@＝0.6m，拱墙增设φ42小导管注浆加固溶洞充填物，每根长L=4m，间距为1m（纵向）×0.8m（环向） ，C25早强喷射混凝土厚度为25cm，φ8钢筋网网格20×20cm。溶洞处理段围岩大部分为溶洞充填物，采用人工配合挖掘机开挖；对于石质围岩部分则采用松动爆破开挖，以尽量减小对溶洞充填物的扰动，避免引发二次坍塌。
3.4边墙及基底加固处理
对桩基顶部进行注浆预加固处理仅保证桩基拱部开挖安全，边墙及基底围岩力学性能得不到改善，并且曾受到过扰动，极有可能会发生坍塌事故；另外，即使开挖安全通过溶洞段，也会因溶洞段与溶洞前后桩基底部不同，使后期桩基衬砌结构沉降不均，从而造成衬砌严重开裂，甚至影响行车安全。因此，必须对边墙及基底进行加固处理。
3.4.1边墙采用φ42超前小导管注浆加固溶洞充填物。小导管每根长L=4.5m，间距@=0.4m（环向）×2.4m（纵向） ，外插角α=25°，浆液采用1：1水泥单浆液，采用劈裂注浆方式，注浆压力为2.0MPa。
3.4.2基底采用φ75钢管桩对桩基底围岩注浆加固，加固范围为仰拱开挖轮廓线以下5m。钢管桩间距为1.0m，梅花形布置。钢管桩采用φ75mm、δ=6mm的无缝钢管加工制作，每根长L=5.5m，尾端50cm伸入仰拱支护结构内，同时为增强结构的纵向刚度，钢管桩尾端之间采用I16工字钢连接，以增强整体受力性能。浆液采用1：1水泥单浆液，亦采用劈裂注浆方式，注浆压力2.0MPa。
3.5拱部坍塌溶腔回填处理
为确保桩基衬砌结构安全，保证运营安全，需对拱部坍塌的溶腔进行回填处理。在综合考虑周边环境及溶洞状态，并结合桩基施工结构特点，采用C30泵送混土回填。为减小流塑态的泵送混凝土对支护结构的冲击力和侧压力，回填应对称、分次、分层施工完成，桩基支护结构两侧混凝土面每次施工高差不得超过0.5m，层厚不大于30cm，每次泵送混凝土厚度不得超過2m，且方量不超过50m3。
3.6监控量测
在洞身开挖施工过程中，每5m设一组围岩量测点，主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛，密切监视每一工况下桩基支护结构的变形情况并及时反馈，指导下一步施工。
4.结束语
通过处理措施的实施，不但安全解决了溶洞问题，而且此处理方案也直接为后面的几处溶洞的处理提供了借鉴经验，但是在今后的桥梁桩基施工中，必须加强超前地质预报及超前加深探孔工作，对桥梁前方桩基进行准确预测，并提前做好穿越溶洞的应急预案，防止突泥和突水的发生。需要引起广大业内人员注意的是，溶洞处理一般只注重结构的环向刚度的加强，较为忽视结构的纵向刚度的加强，这样会因溶洞前后侧结构基底刚度差异而导致后期运营时衬砌病害的产生。
参考文献:
［1］张琨，刘建民，邬欢，吴木平． 城市桥梁桩基穿越溶洞预注浆施工技术．施工技术，2011.
［2］刘辉，彭川，陈永贵，饶中．公路隧道穿越特大溶洞的施工监测研究．工业建筑，2010.
［3］赵占利，熊强，李锋．溶洞区桩基施工．施工技术，2008.