岩溶地区桥梁桩基础

发布于：2022-10-31 09:45:31 来自：建筑结构/岩土工程 [复制转发]

岩溶地区桥梁钻（冲）孔灌注桩

3.1.1 适用条件

目前钻（冲）孔灌注桩在岩溶地区应用最为广泛，尽管其有费用高、对场地环境影响大等不足，但因其容许承载能力可达数千至数万kN以上，并能满足水平荷载要求等优点，在满足相对经济性、可靠性前提下大部分岩溶地区的桥梁均建议采用钻（冲）孔灌注桩，针对不同岩溶规模、地质情况等实际条件钻（冲）孔灌注桩可灵活选取相应的施工方法，溶洞高度在0~3m可以选用，溶洞高度大于10m时也可以选用。在岩溶发育、有多层溶洞且每层溶洞顶板厚度不均匀的地基，主要采用钻孔桩基础，使钻孔桩穿过多层溶洞，桩底置于基岩或有足够厚度的溶洞顶板上。

3.1.2 施工工艺

1）逐桩核对设计地质资料

由于岩溶地区地质情况的不确定性，在收到施工图后，对每根桩的设计地质柱状图进行分析核对，确定溶洞、溶穴的发育规模和走势；对缺少地质资料或地质资料有疑问的桩位及时进行补充钻探，根据钻探芯样分析绘制地质柱状图后，报请现场地质监理工程师签认并上报设计单位；设计单位根据补充钻探结果对原设计桩长进行验证或修改。根据桩位处地质资料逐桩细化钻孔方案和工艺，准备必要的机具和材料，确保能够顺利穿越溶洞、溶穴。

2）护筒埋设（图3-1）

护筒垂直度以及中心位置严格按照规范和验收评定标准进行控制。

3）冲击钻孔（图3-2）

钻进过程中，一方面及时捞取渣样并做好分析与记录，与设计提供的地质资料或地质钻探资料进行对比，如果发现有较大差异，及时报请设计单位到场进行会商论证；另一方面经常对孔位、孔径以及垂直度和孔底高程进行检查，保证钻孔质量。当冲击钻进至溶洞溶穴处时，按以下工艺进行钻进。

（1）在钻进至距溶洞、溶穴0.8 m处时，根据溶洞、溶穴的发育情况，对施工方案进行调整，对准备的材料或机具进行检查。当施工方案和准备的机具与材料能够满足溶洞、溶穴处理时，以0.8~ 1.2 m冲程冲击开溶洞、溶穴顶盖。

（2）对充填物为黏土的溶洞、溶穴，将块径为30 cm左右的坚硬片石投入钻孔中，每次投入量以超过顶盖0.6 m为宜，然后利用小冲程反复冲砸；对充填物为碎石的溶洞、溶穴，投入黏土块或水泥，每次投入量以超过顶盖0.4 m为宜，以小冲程反复冲砸，必要时可重复回填2~3次，确保回填物挤入孔壁。

（3）对无充填物且规模小于0.8 m的溶洞、溶穴，投入片石和袋装水泥，并掺加速凝剂，片石块径不大于30 cm，速凝剂掺量为水泥投入量的6%，水泥与片石投入量比例为1：0.4（体积比）；每次投入量以超过溶洞、溶穴顶盖1.0 m为宜，以小冲程反复冲砸，保证溶洞、溶穴处孔壁坚固圆顺。

（4）对无充填物且发育规模超过0.8 m的溶洞，将提前准备好的钢护筒沉入钻孔，护筒钢板厚度8 mm，护筒直径比设计桩径大4 cm，护筒的中心及垂直度应满足施工规范和验收标准的规定，护筒应穿过溶洞并嵌入其下部完整基岩面。冲击钻进通过溶洞、溶穴后，进行正常钻进，掏渣筒清渣，直至钻进至设计高程。

4）钻孔检验（图3-3）

钻进时除按常规对桩孔进行检验外，在钻孔达到设计高程后，应根据现场捞取的渣样与钻孔记录，绘制钻孔桩地质柱状图，报请设计单位和监理单位地质工程师，现场核对确认与设计相符后方可进行下道工序。

5）混凝土浇筑与分析（图3-4）

及时做好混凝土浇筑记录，特别是在浇筑至溶洞、溶穴部位时，要及时对混凝土用量进行分析，以确定溶洞、溶穴的处理情况，并为桩基检测分析提供必要的依据。混凝土浇筑完成后，在混凝土终凝前，应拔除内护筒。

6）桩基检测（图3-5）

桩基检测采用低应变法，对波形有疑问桩身部位的钻孔记录与混凝土浇筑记录进行分析，以便更好地分析扩径或缩径等现象，准确评价桩身质量。

综上所述，岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺流程如图3-6所示。

3.1.3 存在的问题

钻（冲）孔灌注桩存在的问题是孔底清渣困难，发育的溶洞给钻（冲）孔灌注桩施工带来困难，施工不当还容易诱发地面塌陷，施工时也会造成漏浆、塌孔、埋钻（锤）、偏孔、斜孔、卡钻（锤）、掉钻（锤）、沉渣超标、灌注混凝土超方等事故，造成施工成本高、质量差、效率低、工期长。

（1）漏浆、塌孔（图3-7）

岩溶冲孔桩施工时，经常出现孔内泥浆迅速流失孔内水头迅速下降（几分钟之内水头下降可能超过10m）的现象，即为漏浆，原因一是当岩层中存在贯通裂隙、小型溶槽等，裂隙可能与溶洞或地下水连通；二是遇到溶洞、溶穴、土洞等，护壁泥浆会沿这些通道流失从而形成漏浆。

（2）埋钻

当岩溶地区覆盖层较厚时，成孔过程中，因基岩附近覆盖土体多为疏松多孔，岩溶地下水沿裂隙涌入桩孔形成孔壁坍塌，或者当桩基施工至贯通的裂隙或溶洞时，洞穴顶板被意外揭穿或揭穿裂隙通道后，孔内会突然失水造成泥浆水头急剧下降，如补浆不及时，覆盖层形成负压，地下水从孔壁渗出，破坏了护壁泥皮，上部覆盖层由于护壁失稳而造成孔壁坍塌，严重者造成大规模孔口地面塌陷，造成埋钻。

（3）偏孔

偏孔指在施工钻孔过程中，孔位中心偏距超出“标准”允许范围。当桩侧或桩底发育有孤石、鹰嘴岩、半边岩、岩溶裂隙、起伏不平的岩溶面、倾斜岩层面、石笋等岩溶形态时，由于桩基横截面的不均匀性，钻头极易滑向较软的一边，从而造成偏孔。

（4）斜孔、弯孔

通过溶洞时未及时抛填黏土片石，洞位测量不准确，以至钻头沿着软弱部位往下滑，造成斜孔；隔层相向的探头石，在钻进时相互扩孔，使钻成的孔竖向成“S”型。

（5）卡钻、掉钻

当桩身存在溶沟、溶槽、溶洞或有半边溶洞侧壁侵入桩身，钻孔桩穿过这些岩溶形态时，钻锤极易被卡住，特别是在钻穿溶洞顶板后，形成探头石或台阶，或溶洞内的孤石、落石，会卡住钻头。掉钻一般多与卡钻时强行提拉导致钢丝绳超负荷断裂造成，当溶洞较大时，如突然钻穿，因重力和惯性力作用拉断钢绳也会产生掉钻的情况，有时钻头会顺溶洞滑走，无法找到。

（6）沉渣超标

岩溶地区桩基冲孔施工时，为了泥浆护壁的稳定性，往往加大泥浆的浓度，而在清孔时也不能轻易降低浓度，从而造成清孔困难，沉渣超标现象。当采用冲击钻机冲击成孔工艺，特别是桩径2.5m以上大桩基成孔后，怎样清孔达到沉渣厚度及泥浆性能指标要求是非常关键的环节。有时，换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低、粘度下降，又重新发生渗漏、塌孔的事故，这在以往桥梁桩基施工中发生较多。

（7）灌注混凝土泄漏、超方

对于洞高较大且填充物为流塑状的溶洞，由于洞高较高，在泥浆护壁作用下形成的临界平衡状态稳定性较差，灌注混凝土时，孔内侧压力增大可能导致护壁破坏而产生混凝土泄漏，或混凝土涌入溶洞，尤其是互相贯通的溶洞，混凝土严重流失必然造成灌注混凝土大量超方。

3.1.4 处理方法

（1）漏浆、塌孔的处理方法

当穿越多层溶洞时，钻（冲）孔灌注桩施工过程中漏浆、塌孔现象极易发生，针对这种情况可以采用全护筒跟进及内护筒处理的方法，在护筒开口与江水、水池等通连，采用清水钻进，可避免漏浆、塌孔事故。当不能采用全护筒时，泥浆池尽可能做大，保证有50m3以上贮浆量，同时准备足够的黄泥、粘土、块石等填充物，补水管网接至孔口。一旦发生漏浆，迅速补给泥浆、清水，同时大量填充。

对于特别难于处理的孔位，可采取埋置深护筒（约7～8m到粘土层）的措施，防止上部反复塌孔。因裂隙或泥浆置换后而少量漏浆的，采用抛填袋装水泥，用冲锤小冲程反复冲捣的办法，处理效果较明显。

（2）埋钻的处理方法

当埋钻上覆土体较少时，可用钻机硬拉，或者配合其他辅助设施进行硬拉；当硬拉不能解决问题时，可采用高压水或空压机冲刷清渣，把掩埋在钻具上的覆盖物经过导管冲刷出桩孔外，之后再拔出钻具；当覆盖物所剩无几时，仍无法拉动钻具，钻具很可能被石块卡死，可以采用小包炸药炸松钻具周围，之后再拔出钻具；假若以上方法均不能解决问题，可在桩孔内安放钢护筒，进行人工挖掘。

（3）偏孔的处理方法

首先向孔内抛填大量片石、泥块，理论上抛入量要比石质表面一般高出0.3～0.5m即可，抛填完成之后采取密击低锤的方式继续冲孔施工；若在多次抛填片石、泥块后，纠偏效果不明显则采用混凝土浇筑的方法纠偏，主要作用是在石质表面形成一个均匀紧密的平整面，如此可以把偏孔问题有效地解决，但此方法操作比较麻烦；假若是由于机械、人为原因导致的偏孔，且偏孔不严重时，可采用冲锤修边的方法，冲锤不能过猛且不能提锤过高，否则容易产生卡锤。

（4）斜孔、弯孔的处理方法

回填片石、粘土重钻，反复数次，逐渐截弯取直，该方法对于轻微的斜孔是行之有效的；灌注水下素混凝土至弯曲部分以上一定高度，待强度合格后重新施钻。

（5）卡钻、掉钻的处理方法

无论回转钻或冲击钻都应布置防掉钻、卡钻后的打捞环。打捞方法可采用偏心钩、钢绳套及潜水员打捞等常规方法。卡钻严重时，可采用“振动爆破法”处理。“振动爆破法”处理是将经过周密计算并结合经验所确定的一定药量的药卷用重铊或钢筋或请潜水员送至卡钻处，通过导线，接通电源起爆。在爆破振动力作用下，使钻具松动、扭转，可立即将钻头提起来。

（6）沉碴超标的处理方法

第一次清孔应彻底清干净，其方法：成孔后用打碴筒尽量将孔底沉碴打尽，采用专门清孔的气举反循环设备第二次清孔3～5h，后静置2～3h，再清孔一次，下完钢筋笼，浇注混凝土前进行第二次清孔。

（7）灌注混凝土超方的处理方法

对于能预计的小溶洞，成孔后直接灌注混凝土填充，有少量超方是正常的；当溶洞高度较高，体积较大时，为防止浇注超方过多或发生事故，应准确计算溶洞高程后，在钢筋笼的相应位置用薄铁板作包裹处理或在整个施工过程中钢护筒持续跟进。

岩溶地区桥梁人工挖孔桩

3.2.1 适用条件

人工挖孔灌注桩适用于基岩埋深较浅且地下水不丰富的地区。岩溶地区通常存在较丰富的地下水或软弱夹层，桩基开挖过程中易出现涌水、涌砂、掉入土洞等现象，所以人工挖孔桩在岩溶区的使用受到限制，一般仅在基岩浅埋的情况使用。在岩溶浅埋地区桥梁工程中，挖孔桩与钻（冲）孔桩相结合是较为常见的做法。

3.2.2 施工工艺

1）定位

开始挖孔前，布置好控制网，根据监理复核过的桩基位置，采用十字交叉法确定每一孔桩的位置，并在桩位处设置定位龙门桩。

2）护壁

根据桩身井口段土质情况将井口挖至1.0 m深时，即可立模浇筑壁厚20cm~30cm的第一节钢筋混凝土护壁。此节护壁在井口0.5 m~1.0 m高度范围内加厚至50 cm，这部分称为锁口，用来防止下节井壁开挖时井口沉陷。混凝土护壁施工采用两个半圆形钢模，用U形卡铰接。浇筑混凝土时拆上节，支下节，自上而下周转使用。

3）桩孔掘进

采取边挖边护的方法，一般每节挖深1 m左右后，沿井壁立模灌注一节钢筋混凝土护壁形成环形框架。

4）溶洞的确定与暴露

当挖孔进尺到岩层时，仔细研究地质超前钻探的结果，如无溶洞，则按正常爆破方法进行开挖。如有溶洞，必须先确定溶洞的埋置深度，根据溶洞埋深，确定开挖深度。挖至溶洞顶面1 m以上范围时，采用爆破法施工，爆破必须洞穿溶洞顶部（离溶洞较近后采用浅眼松动爆破法），将溶洞暴露。

5）检测溶洞内空气和水位

在溶洞部位开始施工前，应对孔内有毒有害气体情况用专业仪器进行检查；或用吊篮放下敏感的小动物（鸽子或活鸡等）进行检测，确定可安全操作时方可下洞施工。溶洞部位施工，首先要送风1 h左右，并检查孔内氧气是否充足。施工人员身上安全带要与井口上的挂梯或安全绳牢固联系，然后下去查看溶洞内是否有承压水，若有，人员则应迅速撤到地面等其自然排除，水位稳定后再进行抽水，然后继续开挖。

6）溶洞的处理

（1）若为空溶洞，首先将积水抽干；其次将作业人员用钢筋吊笼放入空溶洞中，用砖砌外围，且其要有足够的壁厚、刚度，以防止灌注混凝土时护壁被挤垮；然后立模板浇筑钢筋混凝土护壁。溶洞处理完成后，继续向下挖进。

（2）溶洞内有填充物，则根据填充物的种类分别采取不同的措施：填充物是中粗砂、粉细砂时，开挖应浅进尺，强支护，沿上层护壁外围每20 cm打入φ20的钢钎，然后钢钎上绑扎草袋作为防护。每节最大高度0.5 m。填充物为软塑状黏土、含碎石粉质黏土时，采用短柄铁锹进行开挖，每挖深0.5 m左右就及时护壁。挖孔穿越弱风化结晶岩和微风化结晶灰岩时须采用松动爆破的方式进行开挖。当进入爆破施工阶段，应让护壁混凝土有一定的强度后再进行另一个孔的爆破施工。

3.2.3 存在的问题

（1）人工挖孔灌注桩开挖过程中容易出现涌水、涌砂、掉入土洞等问题，轻则导致施工停顿，重则可能导致施工人员死亡；

（2）桩孔内混凝土护壁开裂、变形、下坠、塌落，造成坍孔现象；

（3）若地下水较发育，且水位较高，岩溶水易与地面径流、湖、塘水连通，大量抽水，导致地面大范围沉陷或无法降低孔内水位，使施工难以进行下去；

（4）溶洞内可能存在有害气体，对施工人员人身安全造成威胁。

3.2.4 处理方法

（1）采用注浆法封堵暗流、溶洞，解决涌沙或排水困难的问题。

（2）为防止溶洞内发生坍孔事故，在混凝土护壁内增加网状拉筋。

（3）挖孔如遇到涌水量较大的潜水层承压水时，可采用水泥砂浆压灌卵石环圈将潜水层进行封闭处理。

（4）溶洞内存在有害气体或挖孔深度超过10m时，应采取鼓风机等机械通风将孔内空气排出置换。

岩溶地区桥梁预应力管桩

3.3.1 适用条件

在岩溶地区采用预应力管桩，目前并不是常规方法，特殊情况下除外：

（1）岩溶不发育和地下有淤泥、土洞、流砂、溶洞连通暗河等情况；

（2）虽然基岩溶洞发育，微风化岩层埋深较深，但上覆土层较厚，能提供承载性能较好的持力层（标贯值大于25击），宜采用预应力管桩基础；

（3）在覆盖层较厚、持力层为强风化条件下，也适合采用预应力管桩。

在特定的条件下预应力管桩能实现较理想的效果，可避免钻孔桩施工时的漏浆塌孔等风险。一般采用预制预应力高强混凝土管桩（PHC桩）和钢管桩，通常设计为群桩基础形式，如图3-8所示。采用群桩可以缩短桩长，从而可避开溶洞，同时能增加基础抵抗水平力及弯矩的能力。施工中，应注意岩面是否倾斜等不利情况，倾斜岩面容易导致桩体倾斜甚至断裂。采用PHC桩时，桩底不能直接打到基岩面以避免桩体受损。