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[摘要]：文章对桥梁岩溶区的地质情况、施工特点和施工过程中的控制措施及桩基终孔质量控制等进行了分析研究。
[关键词]：公路桥梁 岩溶区特点 桩基施工 控制措施
中图分类号：F54 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）32- 0146 -02
一、 工程及地质情况简介
该桥梁全长9.924km，按高速公路标准设计，双向六车道，设计速度80km/h。中心桩号为K18+086.425。左幅54跨，长1696.75m，右幅55跨，长1726.75m。左幅54号台和右幅55号台为扩大基础，其余墩台均为钻孔灌注桩基础。全桥共有桩基232根，以端承桩为主，端承桩入岩深度不小于3m，还设计少量摩擦桩，平均桩长20m。本区段地质构造主要为北东向及北北东向、北西向、东西向和南北向断裂。北东向及北北东向断裂为压扭性断裂，两侧岩石片理化明显；东西向断裂以压扭性为主；南北向断裂为压扭性断裂。高架桥0号台至47号墩（K17+223.05～K18+509.8）下卧基岩为大理岩化灰岩，溶洞发育。47号墩至高架桥终点（K18+509.8～949.8）下卧基岩为花岗岩。岩溶区域地面高程为20.0～30.6m，基本上呈东高西低走势，溶洞顶板底最大高程为18.4m（34#-1桩），溶洞底板顶最小高程为-11.92m（16#-3桩）。一般位置均有多层溶洞发育，溶洞发育层数较多的桩位有7#-1桩（5层）、16#-3和19#-1桩（6层）、20#-1桩（8层）。
二、 桥梁基础形式与成孔机械的选择
2.1 桥梁基础形式的确定
岩溶地区桩基宜采用端承桩，摩擦桩应慎用。因为溶岩地区往往地下水丰富，随着季节变化，地上降水量的大小影响地下水位变化。因此，岩溶上覆盖的土体密实度较低，提供的摩阻力就较小，如有裂隙发育或未填充的空洞，会导致桩周土体流失，损失摩阻力；桩周边附近的勘探孔也因未用水泥砂浆填充密实，导致桩周土体流失进入溶洞，引起摩阻力损失，进而降低承载力。由于岩溶发育毫无规律性，实际入岩高程和设计高程经常会有较大的偏差，此情况下需根据现场采集的各项数据和指标综合判断调整桩端高程。对于提前入岩的孔，须按原设计高程终孔；对于入岩较设计延迟的孔，则加长桩长，直至满足设计的边界条件为止。对位于岩溶区的桥梁桩基，按端承桩进行设计时，桩长应满足桩端支撑力的要求，为结构安全和桩基补强预留一定的安全储备。
2.2 成孔机械的选择
岩溶地区成孔宜选择冲击钻，主要原因有以下几个方面：
1）穿越溶洞时，一般会出现漏浆现象，漏浆速度、流失量与溶洞大小、溶洞贯通情况、溶洞内有无填充物以及填充物的密实情况有关。如遇较大或贯通发育的溶洞，泥浆会大量流失，很快造成塌孔，仅靠回填粘土造浆是难以奏效的，必须同时回填一定级配的片石，用冲击锤采用小冲程（50～70cm）反复冲击，并边冲击边回填片石和粘土，将泥石挤入溶洞，达到内外平衡而使孔壁稳定。这是快速有效处理漏浆和塌孔的方法。成孔设备如采用旋转钻机，在不平整的片石面上研磨，速度慢且易卡钻，同时无法将片石和粘土充分挤入溶洞，难以达到有效的护壁堵漏效果。
2）溶岩发育区域地质条件复杂，溶洞、溶沟、溶槽的产状是三维的，尤其是溶洞发育為蜂巢状时，钻进过程中会经常遇到不平整的岩面和不连续的介质，用旋转钻机很容易卡钻，而用冲击钻则很容易解决该问题。由于溶岩强度相对较低，遇倾斜的岩面时容易偏孔，回填强度较高的片石，使冲锤作业面强度均匀一致，小冲程冲击就很容易解决偏孔问题。
3）当设计桩长较长，有多层溶洞出现，且不同的地质非连续跳跃出现时，用旋转钻机极易出现偏孔和卡钻现象，甚至掉钻。用冲击钻成孔，穿越溶洞时小冲程缓慢钻进可有效避免偏孔和卡钻现象。
三、 桩基终孔质量控制
3.1认真研究、比对地勘资料，充分补堪
该桥共有桩基232根，桩位地质勘探孔有215个（不含补勘孔），地质资料显示存在溶洞的孔位有61个，实际施工中出现溶洞的孔位有142个，尚存在勘探资料有溶洞而实际施工过程中未显现溶洞的特点或特点不明显的孔位。本桥地质资料柱状图中揭示较大的溶洞为土洞，内有密实的填充物；而无填充物的溶洞则层高较小。实际施工过程中出现的漏浆、塌孔、砼超灌等现象和地质柱状图有较大的差别，说明钻探资料不能完全准确地反映桩位处地质构造的空间情况。通过施工也暴露出该区域岩溶发育十分复杂，空间分布毫无规律性，地下岩溶形成了溶洞、溶槽、陡坎、倾斜的裂隙、石笋等多种产状。地质勘探资料和施工暴露出的地质特点不相符，如遇陡坎、裂隙和石笋还会出现更大差异，这是十分正常和普遍的。由于地质勘探资料的有限性和局限性，仅根据地勘资料进行桩基终孔判断，势必会有偏差甚至产生错误，这就需要在桩基开工前搜集有关资料，认真研究、比对设计提供的和现场搜集到的地质资料，对地质复杂的段落提出增加补堪孔的意见。地质钻探原则是一桩一孔，即使如此也是无法准确对地下溶洞、溶槽、溶蚀裂隙及溶蚀区作出空间的分析和判断。桩基施工时，岩溶特别发育区的墩台位置应采用管波探测或一桩多点钻孔等方法进一步查明岩溶在桩底的空间分布与规模，避免出现对陡坎、裂隙、石笋等地质判断失误。地质勘探孔孔深应控制在进入连续的微风化岩层5～8m，以备地质勘探资料和钻进资料存在较大差异时进行分析、比对，进而调整桩基终孔高程。因此，施工准备阶段，参建各方应对地质勘探资料进行认真分析推断，对勘探孔孔深孔数不足、孔位和桩位有偏差、相邻孔位地质情况变化大、差异大的孔位提出补充及加密勘探的要求，以便尽可能准确地掌握地质特点和相关参数，并应用于施工控制中，避免因地质资料不充分或分析比对不足导致工程延误或出现质量隐患。
四、 岩溶特点及施工过程控制措施分析
4.1 岩溶特点
该桥桩基从2008年11月1日开始施工到2009年6月5日共完成226根桩的砼浇筑。另外6根桩进行了两次施工，其中有4根桩因设计持力层基岩厚度不足，还有2根成桩后因砼急剧下降挤入溶洞造成废桩。将桩基成孔和水下砼灌注表现出的特点与地质勘探资料进行对比分析，该区域溶岩有如下突出特点： 1）下卧基岩的溶洞位置，施工钻孔记录和地质勘探资料绝大部分是吻合的，只有少量桩位有出入。
2）溶洞发育贯通性不可预见，溶洞填充土体有较高的压缩性。具体表现在以下几方面：①钻进成孔过程中，地质资料显示有较大溶洞的孔位，钻进正常，漏浆现象不明显或漏浆量不大，而资料显示无溶洞或有小溶洞的孔位反而出现了大量的漏浆甚至塌孔； ②大部分有溶洞的孔位均不同程度地出现砼超灌现象，根据现场灌注记录，平均超灌量达到50%；③22#-2桩在桩基砼灌注完成后，砼面缓慢下沉，后经补灌砼得已成桩，该桩超灌量达到164%。地质资料显示有密实填充物的溶洞或层高较小的空洞溶洞，出现的超灌现象是由砼挤入溶洞所致。
3）少量桩位成孔记录资料和地质勘探资料有差异，即同一桩位不同点位的勘探资料和地质补勘资料有较大的差异，说明岩溶发育程度高、变化快，可能出现了陡坎、石笋或倾斜角度大的岩面，具有不可预见性。
4）在水下砼灌注过程后，22#-1和19#-1桩因砼快速下降导致侧壁泥土塌落，废弃重新成孔。这说明此处有较大的空洞或不密实的土洞，溶洞贯通发育。
5）41#-1桩成孔过程中，工作面下陷，桩机倾斜，回填片石和粘土，重新成孔。其原因可能是土洞塌陷或溶洞顶板塌落。
4.2 施工过程的控制要点
1）施工过程中严格控制造浆粘土的质量，并辅助投放工业用纯碱和水泥，以保证护壁泥浆的质量，提高成孔工效。
2）施工现场要备置充分的粘土、水泥和片石，施工中出现塌孔和漏漿等现象时及时进行补救。备用的片石粒径不得大于50cm，并有一定的级配，保证处理塌孔和穿越溶洞时能较好地挤入侧壁，达到封堵、护壁的效果。
3）地表层土质松软和靠近道路及居民区的桩基施工，要视具体情况埋置长度不小于5m的钢护筒，保证周围安全。
4）增加桩机底部支垫滚筒的数量，分散应力，防止因溶洞而地表塌陷，保证施工机械、人员和周边构筑物的安全。
5）穿越溶洞时要减小桩锤的冲程，尽量控制进尺速度，用片石和粘土反复充填挤压溶洞，减少砼超灌数量。
6）46#-4和47#-1桩靠近燃气管道，为防止因溶洞塌孔危及燃气管道安全，采用钢筋砼护壁人工挖孔至岩面后用钻机小冲程冲进，顺利成桩。
五、 几点结论
1）在岩溶地区桥梁基础施工存在较大困难，基础选型非常关键，从本实例可以看出岩溶地区桥梁桩基础采用端承桩是安全可靠的。
2）岩溶地区桩基施工时，如遇地下管线或结构物，采用人工挖孔与机械钻孔相结合施工比较合适，以挖孔的加筋砼护壁代替预埋长护筒，可有效防止桩孔坍塌，保护地下管线和结构物。
3）为确保岩溶地区桩基施工的安全、质量和进度，施工单位必须对桩机选型、护壁泥浆及片石填充料的粒径和级配、护筒（壁）的埋深、桩锤的冲程和冲进速度进行严格控制。
[关键词]：公路桥梁 岩溶区特点 桩基施工 控制措施
中图分类号：F54 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）32- 0146 -02
一、 工程及地质情况简介
该桥梁全长9.924km，按高速公路标准设计，双向六车道，设计速度80km/h。中心桩号为K18+086.425。左幅54跨，长1696.75m，右幅55跨，长1726.75m。左幅54号台和右幅55号台为扩大基础，其余墩台均为钻孔灌注桩基础。全桥共有桩基232根，以端承桩为主，端承桩入岩深度不小于3m，还设计少量摩擦桩，平均桩长20m。本区段地质构造主要为北东向及北北东向、北西向、东西向和南北向断裂。北东向及北北东向断裂为压扭性断裂，两侧岩石片理化明显；东西向断裂以压扭性为主；南北向断裂为压扭性断裂。高架桥0号台至47号墩（K17+223.05～K18+509.8）下卧基岩为大理岩化灰岩，溶洞发育。47号墩至高架桥终点（K18+509.8～949.8）下卧基岩为花岗岩。岩溶区域地面高程为20.0～30.6m，基本上呈东高西低走势，溶洞顶板底最大高程为18.4m（34#-1桩），溶洞底板顶最小高程为-11.92m（16#-3桩）。一般位置均有多层溶洞发育，溶洞发育层数较多的桩位有7#-1桩（5层）、16#-3和19#-1桩（6层）、20#-1桩（8层）。
二、 桥梁基础形式与成孔机械的选择
2.1 桥梁基础形式的确定
岩溶地区桩基宜采用端承桩，摩擦桩应慎用。因为溶岩地区往往地下水丰富，随着季节变化，地上降水量的大小影响地下水位变化。因此，岩溶上覆盖的土体密实度较低，提供的摩阻力就较小，如有裂隙发育或未填充的空洞，会导致桩周土体流失，损失摩阻力；桩周边附近的勘探孔也因未用水泥砂浆填充密实，导致桩周土体流失进入溶洞，引起摩阻力损失，进而降低承载力。由于岩溶发育毫无规律性，实际入岩高程和设计高程经常会有较大的偏差，此情况下需根据现场采集的各项数据和指标综合判断调整桩端高程。对于提前入岩的孔，须按原设计高程终孔；对于入岩较设计延迟的孔，则加长桩长，直至满足设计的边界条件为止。对位于岩溶区的桥梁桩基，按端承桩进行设计时，桩长应满足桩端支撑力的要求，为结构安全和桩基补强预留一定的安全储备。
2.2 成孔机械的选择
岩溶地区成孔宜选择冲击钻，主要原因有以下几个方面：
1）穿越溶洞时，一般会出现漏浆现象，漏浆速度、流失量与溶洞大小、溶洞贯通情况、溶洞内有无填充物以及填充物的密实情况有关。如遇较大或贯通发育的溶洞，泥浆会大量流失，很快造成塌孔，仅靠回填粘土造浆是难以奏效的，必须同时回填一定级配的片石，用冲击锤采用小冲程（50～70cm）反复冲击，并边冲击边回填片石和粘土，将泥石挤入溶洞，达到内外平衡而使孔壁稳定。这是快速有效处理漏浆和塌孔的方法。成孔设备如采用旋转钻机，在不平整的片石面上研磨，速度慢且易卡钻，同时无法将片石和粘土充分挤入溶洞，难以达到有效的护壁堵漏效果。
2）溶岩发育区域地质条件复杂，溶洞、溶沟、溶槽的产状是三维的，尤其是溶洞发育為蜂巢状时，钻进过程中会经常遇到不平整的岩面和不连续的介质，用旋转钻机很容易卡钻，而用冲击钻则很容易解决该问题。由于溶岩强度相对较低，遇倾斜的岩面时容易偏孔，回填强度较高的片石，使冲锤作业面强度均匀一致，小冲程冲击就很容易解决偏孔问题。
3）当设计桩长较长，有多层溶洞出现，且不同的地质非连续跳跃出现时，用旋转钻机极易出现偏孔和卡钻现象，甚至掉钻。用冲击钻成孔，穿越溶洞时小冲程缓慢钻进可有效避免偏孔和卡钻现象。
三、 桩基终孔质量控制
3.1认真研究、比对地勘资料，充分补堪
该桥共有桩基232根，桩位地质勘探孔有215个（不含补勘孔），地质资料显示存在溶洞的孔位有61个，实际施工中出现溶洞的孔位有142个，尚存在勘探资料有溶洞而实际施工过程中未显现溶洞的特点或特点不明显的孔位。本桥地质资料柱状图中揭示较大的溶洞为土洞，内有密实的填充物；而无填充物的溶洞则层高较小。实际施工过程中出现的漏浆、塌孔、砼超灌等现象和地质柱状图有较大的差别，说明钻探资料不能完全准确地反映桩位处地质构造的空间情况。通过施工也暴露出该区域岩溶发育十分复杂，空间分布毫无规律性，地下岩溶形成了溶洞、溶槽、陡坎、倾斜的裂隙、石笋等多种产状。地质勘探资料和施工暴露出的地质特点不相符，如遇陡坎、裂隙和石笋还会出现更大差异，这是十分正常和普遍的。由于地质勘探资料的有限性和局限性，仅根据地勘资料进行桩基终孔判断，势必会有偏差甚至产生错误，这就需要在桩基开工前搜集有关资料，认真研究、比对设计提供的和现场搜集到的地质资料，对地质复杂的段落提出增加补堪孔的意见。地质钻探原则是一桩一孔，即使如此也是无法准确对地下溶洞、溶槽、溶蚀裂隙及溶蚀区作出空间的分析和判断。桩基施工时，岩溶特别发育区的墩台位置应采用管波探测或一桩多点钻孔等方法进一步查明岩溶在桩底的空间分布与规模，避免出现对陡坎、裂隙、石笋等地质判断失误。地质勘探孔孔深应控制在进入连续的微风化岩层5～8m，以备地质勘探资料和钻进资料存在较大差异时进行分析、比对，进而调整桩基终孔高程。因此，施工准备阶段，参建各方应对地质勘探资料进行认真分析推断，对勘探孔孔深孔数不足、孔位和桩位有偏差、相邻孔位地质情况变化大、差异大的孔位提出补充及加密勘探的要求，以便尽可能准确地掌握地质特点和相关参数，并应用于施工控制中，避免因地质资料不充分或分析比对不足导致工程延误或出现质量隐患。
四、 岩溶特点及施工过程控制措施分析
4.1 岩溶特点
该桥桩基从2008年11月1日开始施工到2009年6月5日共完成226根桩的砼浇筑。另外6根桩进行了两次施工，其中有4根桩因设计持力层基岩厚度不足，还有2根成桩后因砼急剧下降挤入溶洞造成废桩。将桩基成孔和水下砼灌注表现出的特点与地质勘探资料进行对比分析，该区域溶岩有如下突出特点： 1）下卧基岩的溶洞位置，施工钻孔记录和地质勘探资料绝大部分是吻合的，只有少量桩位有出入。
2）溶洞发育贯通性不可预见，溶洞填充土体有较高的压缩性。具体表现在以下几方面：①钻进成孔过程中，地质资料显示有较大溶洞的孔位，钻进正常，漏浆现象不明显或漏浆量不大，而资料显示无溶洞或有小溶洞的孔位反而出现了大量的漏浆甚至塌孔； ②大部分有溶洞的孔位均不同程度地出现砼超灌现象，根据现场灌注记录，平均超灌量达到50%；③22#-2桩在桩基砼灌注完成后，砼面缓慢下沉，后经补灌砼得已成桩，该桩超灌量达到164%。地质资料显示有密实填充物的溶洞或层高较小的空洞溶洞，出现的超灌现象是由砼挤入溶洞所致。
3）少量桩位成孔记录资料和地质勘探资料有差异，即同一桩位不同点位的勘探资料和地质补勘资料有较大的差异，说明岩溶发育程度高、变化快，可能出现了陡坎、石笋或倾斜角度大的岩面，具有不可预见性。
4）在水下砼灌注过程后，22#-1和19#-1桩因砼快速下降导致侧壁泥土塌落，废弃重新成孔。这说明此处有较大的空洞或不密实的土洞，溶洞贯通发育。
5）41#-1桩成孔过程中，工作面下陷，桩机倾斜，回填片石和粘土，重新成孔。其原因可能是土洞塌陷或溶洞顶板塌落。
4.2 施工过程的控制要点
1）施工过程中严格控制造浆粘土的质量，并辅助投放工业用纯碱和水泥，以保证护壁泥浆的质量，提高成孔工效。
2）施工现场要备置充分的粘土、水泥和片石，施工中出现塌孔和漏漿等现象时及时进行补救。备用的片石粒径不得大于50cm，并有一定的级配，保证处理塌孔和穿越溶洞时能较好地挤入侧壁，达到封堵、护壁的效果。
3）地表层土质松软和靠近道路及居民区的桩基施工，要视具体情况埋置长度不小于5m的钢护筒，保证周围安全。
4）增加桩机底部支垫滚筒的数量，分散应力，防止因溶洞而地表塌陷，保证施工机械、人员和周边构筑物的安全。
5）穿越溶洞时要减小桩锤的冲程，尽量控制进尺速度，用片石和粘土反复充填挤压溶洞，减少砼超灌数量。
6）46#-4和47#-1桩靠近燃气管道，为防止因溶洞塌孔危及燃气管道安全，采用钢筋砼护壁人工挖孔至岩面后用钻机小冲程冲进，顺利成桩。
五、 几点结论
1）在岩溶地区桥梁基础施工存在较大困难，基础选型非常关键，从本实例可以看出岩溶地区桥梁桩基础采用端承桩是安全可靠的。
2）岩溶地区桩基施工时，如遇地下管线或结构物，采用人工挖孔与机械钻孔相结合施工比较合适，以挖孔的加筋砼护壁代替预埋长护筒，可有效防止桩孔坍塌，保护地下管线和结构物。
3）为确保岩溶地区桩基施工的安全、质量和进度，施工单位必须对桩机选型、护壁泥浆及片石填充料的粒径和级配、护筒（壁）的埋深、桩锤的冲程和冲进速度进行严格控制。