浅议复杂地质条件下桥梁桩基施工的技术难点处理

浅议复杂地质条件下桥梁桩基施工的技术难点处理

随着社会的不断发展，市场经济的深化和城市化进程的不断深化，为我国经济发展奠定了坚实的基础。当然我国道路建设技术也进入了一个新阶段，桩基工程作为桥梁工程中的关键部分，占据着重要的地位。在施工过程中，桥梁桩基都埋在地表下，并且桩基所在的地区，地下水丰富。项目管理人员必须根据实际情况，制定出一套完整、合理的施工方案。其次要加强桩基工程施工过程中的监管，确保桩基施工完成后质量过关。文章结合了惠州范和港大桥主桥桩基施工的工程实例，分析了在复杂地质条件下的桩基础施工过程中，遇到的技术难点以及解决方案，对今后架桥技术的改进有一定的借鉴意义。

标签：地质条件；桥梁桩基；技术难点处理

1 惠州范和港大桥工程简介

惠州范和港大桥总长度是2741M，桥跨组合为：（40+2×50+40+20×50）mPC 连续箱梁+（152+300+152）mPC斜拉桥+（19×50）mPC连续箱梁。其中主桥长度为604m，主桥2个主墩共有桩基32根，直径2.8m；2个辅助墩共有桩基12根，设计为变截面桩，直径φ2.8-2.5m。主桥桩基设计为摩擦桩，但入中、微风化岩层深度均大于6m，是传统意义上的嵌岩桩。主桥桩基均设有φ3000*22mm 永久钢护筒，一般穿过淤泥层，少部分到达全风化或强风化岩层。

2 惠州范和港地域的地质情况

根据勘探报告，该大桥的主墩施工区域主要是由微风化灰岩、砾砂夹卵石、粉土、粉质粘土夹碎石、微风化大理岩等组成的地质，地质条件十分复杂。同时，地勘方共完成钻孔55个，其中在21个钻孔中遇见溶洞，3个钻孔见土洞，一般溶洞多发育于微风化灰岩及微风化大理岩中，洞高约0.4～9.5m，大部分有粉质粘土或粉土及砂卵石充填，一般1个钻孔见1～2层溶洞，个别钻孔见有3～4个溶洞呈串珠状分布，见洞率约为35%，属岩溶强发育区；土洞多见于基岩与第四系覆盖接触部位，洞高2.7～4.5m，充填流塑粘土。

3 惠州范和港大桥主桥桩基施工技术难点分析

惠州范和港大桥的桩基建设，在整个施工过程中，主要涉及了三个方面的技术难点：

（1）嵌入岩层强度硬度高，影响钻进速度。全桥基岩品质指标RQD值从0至90%，分布范围很宽，岩体质量等级从Ⅱ至Ⅴ级不等。岩石单轴抗压强度41～116.6Mpa，最大值达198MPa。

（2）基岩岩溶发育，溶洞密布，溶槽、溶隙纵横交错，增加了成孔风险。溶洞高度最大达8m，部分溶洞竖向呈串珠状排列，横向、前后或左右互相连通，

形成若干浆液流通的网络系统，钻孔施工过程中一旦进入溶洞，造成泥浆快速大量流失，孔内外液柱压力失衡，易导致上部覆盖层孔壁垮塌，甚至危及海上施工平台的稳定。

（3）部分桩基岩面倾斜，极易导致斜孔、倒锤、卡钻等孔内事故。

工艺选择：主桥嵌入基岩6～15m不等，综合考虑嵌岩量大、岩面陡立、溶洞密布等因素，我们选择了冲击钻孔、泥浆正循环钻进的工艺。桩端的持力层为中风化大理岩，单轴抗压强度为41.0-116.6Mpa，故选用溜放式冲击钻机，并配备原装钻头，该钻机具有以下几个方面的优点：（1）对软硬地层、裂隙发育的破碎岩层以及致密坚硬的完整岩层都有较强的适应性。（2）在处理岩面倾斜和溶洞等不利地质条件方面，优于回旋钻。（3）冲击钻头以钢丝绳与钻机柔性连接，遇有孔内紧急情况时，可将钻头快速提到地面，防止情况恶化。

4 复杂地质条件下的钻孔技术处理措施

4.1 溶洞处理

（1）合理安排桩基施工顺序

以主桥27#主墩为例，桩多洞密，其2-4桩已探明溶洞高9.7m，并有可能与相邻的2-3、2-5、3-4桩的溶洞相连通。故在安排桩基施工顺序时，将其周边的2-3、2-5、3-3、3-4各桩安排在2-4桩之前完成。且在施工2-3、2-5、3-3、3-4各桩溶洞时，回填大量粘土和片石并以冲锤反复冲挤，部分回填料沿溶洞、溶槽等联系通道进入2-4桩的溶洞。因其周边6条桩全部灌注成桩，所有外泄通道基本封闭，故2-4桩施工十分顺利，仅用12天便完成了该桩孔的施工，全孔未发生大的漏浆情况，确保了主墩的顺利、安全施工。

（2）溶洞填堵

本工程施工前曾组织行业专家和工程技术人员研讨溶洞的处理方案，曾考虑用钻孔注浆、高压旋喷等方法对溶洞进行预处理，后几经比较，最后确定用粘土和片石回填法来处理。该方法具有以下两个优点：一是结合桩孔施工，遇洞堵洞，无需另外打孔，省时省工省料；二是粘土、片石能就地取材，极大地降低了施工成本。回填片石在二次钻进时冲孔吃力，进尺慢，钻头磨损大，若单纯回填粘土，没有片石作骨架材料，人工孔壁很难稳定，在小溶洞和溶槽中挤入的粘土，经水浸泡后软化，在泥浆”激动压力”作用下易流失，从而造成钻过溶洞后再次漏浆。故无论溶洞大小，处理时须用片石和粘土冲锤冲挤，建造人工孔壁和井筒。本工程中粘土和片石的比例为2∶1，且选择以粉粒胶体成分为主的粘土（粒径≤0.005mm），因为这种粘土具有低孔隙比，高胶体性，土粒间粘结力强，与片石结合造出的人工孔壁才能经得起清孔、灌注作业中的冲洗和压力的反复考验。当溶洞横向尺寸较大，一次回填处理不能成功时，需要反复回填，并用冲锤反复冲击向四周推挤，逐渐将回填物挤压密实，以形成具有满足后续几道工序所要求强度的人造井筒。

溶洞堵漏采用在投入粘土后再投入适量的袋装水泥的方法，用冲锤反复冲击搅拌，静置8～10小时后再恢复钻进。这种方法主要是利用水泥中的钙离子，造成“钙侵”泥浆，使泥浆处于流塑状，堵漏效果较好。

4.2 裂隙处理

由于桥位存在大量不整合及破碎地层，导致桩基施工经常遇见裂隙。裂隙在地质钻探资料中很难体现，在桩基钻孔时主要表现为漏浆。裂隙大小不一，一般延伸很长，个别联通溶洞。一般的裂隙通过桩锤挤压即可封闭。较严重的裂隙会造成持续漏浆，需采用片石夹粘土反复回填冲实，直至不再漏浆。

4.3 斜岩处理技术

本工程位于角度不整合的泥盆系大理岩，受构造作用和溶蚀作用影响，其岩面起伏很大，不仅容易造成倒锤、卡锤等孔内事故，而且易导致桩孔偏斜影响成桩质量。类似案例在主墩和北引桥桩基施工中频频出现，在如此陡峭的岩面上冲击钻进，施工难度相当大。地质钻孔只能探明岩面位置，需结合现场钻孔情况判断斜岩分布情况。冲锤将在何时何处何种深度接触岩石，全凭桩机操作者和现场技术员的细心观察。施工时主要观察每次落锤和提锤时，钢丝绳在泥浆面的径向摆动情况，钢丝绳距离桩中心的摆幅越大，说明岩面倾角越大，冲锤倾倒的角度也就越大。其次，需要桩机操作者细心观察，需发现冲锤到达孔底第一落点后，是否伴有继续下坠，滑落的征兆。一旦发现斜岩，立即投入片石将斜岩面填平，用冲锤进行修整，反复进行多次，直至钻头全断面接触孔底基岩。

斜岩还可能以另一种形式出现。部分溶洞与桩孔相交形成半岩半洞。钻头的工作对象是半边软半边硬，同样会导致孔斜。施工时仍需要反复回填片石修整岩面，以保证桩孔的垂直度。

5 结束语

在复杂的地质条件下，实行钻孔灌注桩成孔的质量是相当不稳定的，其中涉及的因素有很多。文章从溶洞处理、裂隙处理、斜岩处理技术等方面进行了分析，相信可为以后在类似地质情况下，可以在类似的施工情况下，起到指导和借鉴的作用，进而促进我国桥梁施工技术的进步。