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摘要：在高速公路桥梁桩基施工中常常会遇到许多不利地质状况，特别在山区岩溶普遍发育，给施工带来许多困难。本文结合工程实例，分析了岩溶地区桥梁成桩施工存在的困难，并在合理选择施工方法的基础上，对桥梁桩基钻孔施工技术及溶洞处理措施与效果检测进行了详细阐述，并得出合理结论。
关键词：公路桥梁；岩溶地质，桩基施工；溶洞处理
1引言
在高速公路桥梁桩基施工中，岩溶现象普遍存在，给桥梁基础施工带来了较大的困难。岩溶根据其发育强度，可分为强烈发育，中等发育，弱发育，微弱发育4种，在岩溶强烈发育区，主要表现为大型暗河，廊道及较大规模的溶洞。对于这种岩溶地质，在地质勘探时容易发现，并会引起勘探人员及设计人员的高度重视，工程中将尽可能避免或采取其它特殊措施处理。其他三种发育强度的岩溶区存在更为普遍，多表现为溶蚀、溶沟、溶槽、中小型串球状洞穴或单个小型洞穴，裂隙较为发育等形态，而对于这种发育程度的岩溶区域，由于岩溶表现形式的多样性及规律性不强的特点，在目前的勘探手段及资金有限情况下，给勘探设计与施工带来很大的不确定因素。
2工程概况
湖南某高速公路九标段K200+160桥梁为3×13m钢筋砼空心板桥，桩基础，桩柱式桥台，基础为φ1.5m钻孔桩基础,工程地质条件如下:
覆盖层10-20m深，由上而下分为：①填土1.0-1.5m厚,②亚粘土,黄褐色,5-10m厚③亚粘土,黄褐色,厚6-8m,下伏为石灰岩,灰白色,桩基嵌岩深度要求1m。
由于该桥地质情况异常复杂，除0#台地质情况较为稳定，1#墩、2#墩、3#台桩基均位于旧河道上，覆盖层厚，地下溶沟、溶槽纵横交错，溶洞多达5-6层，有的相互连通，地下水量大，因此，工程进展缓慢，施工近4个月只完成桩基11根，占工程进度计划的20%，尽管先后采取了多种施工处理措施，但均未奏效，处于无法进展下去的困境，其施工进度已成为制约整个标段工程进度的瓶颈。
3桥梁桩基工程施工技术与处理措施
3．1前期已采取的措施
1）前期项目部采用人工挖孔，方法：3-5人一组，采用人工开挖，手摇卷扬机吊装，该方法成本低，施工机具少，简便灵活，但只适合地下水量小的桩基成孔，在0#台和1#墩、2#墩中共11根完成的桩基既采用该方法完成。
2）当开挖3#-6、3#-5桩基时，挖至16m后，就发生涌水，淤泥上涨，再次开挖，再次上涨，多次反复，始终无法向下进展，由于不断掏空淤泥、流沙，附近100-200m处的农田多处发生垮塌，说明该桥址处地下溶洞可能相互连通，在无法进展下去后，采取了以下一些措施：
①砼护壁
每向下挖0.5-1m，即浇砼护壁，標号C20，厚0.15m，配φ16钢筋，间距20cm，但护壁遭到推挤破坏，未能奏效。
②采用正循环旋转钻机钻进，钢护筒护壁
由于岩层倾斜，钻机就位不正，造成偏孔，无法进行。
③采用帷幕注浆
沿3#-6桩基外围设孔注浆，间距30-50cm，孔径100mm，水泥浆采用425#普通砼硅酸盐水泥，配合比：水:水泥=0.8:1.0
7天后，再采用人工开挖，也没有成功。
在此期间,建设方安排有关方面对地质情况重新进行了勘探,共布设钻孔6个,基本摸清了桥位处的地质情况,考虑到前期桩位已定,未对跨径再作调整,但确定桩长依据地质实际情况进行调整。
3．2合理选择钻孔设备
桩基成孔目前常用方法有人工挖孔，旋转钻机成孔，冲击钻进成孔，冲抓钻进成孔。人工挖孔，无需钻孔设备，造价低，灵活方便，但局限性大，只适合于无水或地下水量不大，孔深较浅，岩溶发育强度较弱的情况下采用；旋转钻机成孔（又可分为正循环旋转钻机成孔和反循环旋转钻机成孔）适用于黏性土，砂类土，含少量砂砾石的土（砂砾石含量少于20%，粒径小于钻杆直径的2/3），孔径为80-250cm，孔深30-100m；冲击钻成孔适用于黏性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、较软岩石，孔径80-200cm，孔深小于50m；冲抓钻适用于淤泥、腐殖土、密实黏性土、砂类土、砂砾石，孔径100-200cm，孔深适宜20m以下。
总结前期施工的经验教训，综合分析本桥地质情况后认为，本桥位溶岩情况复杂，流砂强，岩石强度较高，应采用大型冲击钻。
在确定方案后，项目部立即采取果断措施，调进两台大型冲击钻，昼夜施工，3#--6，3#-5，顺利下钻成孔，采用冲击钻后，施工顿时变得顺利，进度迅速赶了上来。
3．3岩溶地区泥浆的制备和使用
泥浆一方面起到护壁，防止钻孔垮塌的作用，另一方面，起到浮渣作用，一般应选用塑性指数Ip＞10，黏性土或膨润土，不同的土层泥浆相对密度可按下表1数据选用：
表1 泥浆性能指标
对于岩溶地区钻孔，泥浆相对密度应取较大值，本桥施工中采用表1中的性能指标，在钻进过程中，由于存在溶沟、溶洞、泥浆极易损失，应及时补充，并采取必要的措施。
3．4漏浆及溶洞的处理
在溶蚀带的岩溶地质，往往裂隙发育，溶沟、溶槽、溶洞错纵复杂，本桥在3#-5钻进至20m时，突然发生漏浆，在15min内，孔内水位下降了1.8m，由于孔内水位骤降，钻孔周围约2m范围内地面出现了裂缝，有可能造成大的塌孔。在这种情况下，笔者根据以往经验，立即组织施工人员向孔内投放水泥，这一措施效果显著，30分钟后，水位下降得以控制，水位完全稳定后再加大泥浆浓度，在控制钻进速度的措施下，继续缓慢钻进。
如果存在较大的溶洞可按如下方法处理，参见图1：
1）在孔口附近准备足够的小片石和粘土，最好配备一台ZL50型装载机，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时大量补水。
2）当钻至离溶洞顶部附近时，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，比例回填粘土和片石，仍采用小冲程轻砸，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后，并且泥浆漏失现象全部消失后正常钻进。
3）当漏浆严重，回填粘土和片石没有作用时，可采用直接灌注水下混凝土的措施。方法如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至已钻孔底0.3m-0.5m，灌注水下混凝土，至溶洞填充完毕，判断标准以灌注混凝土面超过溶洞洞顶1m左右且混凝土不再下降为准，待混凝土强度达到30%-50%左右后，重新钻进。
也可采用钢护筒穿过溶洞或采用帷幕防渗技术,以保证钻进的顺利进行,防止漏浆、塌孔。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃,灌浆孔平面布置见图2。
图2灌浆孔平面布置及剖面图
3．5 终孔的判别
本桥设计时依据的地质勘测资料粗陋，不完善，设计桩长15m-21m，且均为柱桩，由于地质情况发生了变化，桩长相应作了调整，3#-6桩长29m，柱桩；3#-5桩长23.9m，柱桩；3#-1改为摩擦桩，桩长30.6m。
如果为柱桩，应尽量探明桩底以下有无溶洞，使桩承载于整体岩层并嵌入岩内0.5m-1.0m，摩擦桩则应达到设计桩长，实际施工中可从以下几方面综合判断：
1）以设计钻孔柱状图提示岩面高程作为参考。
2）查阅钻机施工记录，可将基岩进尺速度，0.1m-0.2m/h 为进入全岩面的控制速度.
3）采用钎锤触探, 锤头触岩时,会出现轻微反弹。
4）捞取钻渣,岩屑含量50%-70%,且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。
3．6 水下混凝土灌注过程中流失的处理
岩溶地区水下混凝土的灌注量一般超过设计数量较多，其中本桥3#-6超过28%，3#-5超过37%，3#-1超过23%。对此，一般应采取如下措施：
1）加大首盘混凝土数量，通常首盘混凝土数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要,计算公式为：
V≥πD2(H1+H2)/4+ πd2 h1/4
式中:V—灌注首批混凝土所需数量（M3）；
D—桩孔直径；
H1—桩孔底至导管底端间距,一般为0.4m;
H2—导管初次埋置深度(m);
d—导管内径;
h1—桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m);
一般在公式计算的基础上增加20%-30%。
2）灌注过程中加大导管埋深，我们将导管埋深由通常的2m-4m提高至3m-6m，灌注时应勤于测量混凝土面的高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断。
3）对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时就加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5m-2.0m，避免在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成短桩。
4 桥梁桩基检测
桩基检测主要有钻芯取样法，超声波法，机械阻抗法，水电效应法等无破损法。无破损法检测桩基砼的质量，效率高、操作简便、成本低，桩基质量检测中，比较普遍使用，但不能检测桩基底基岩的状况。在岩溶区施工的桩，宜加大钻芯检测的频率，对于未在地质钻孔位置的桩，特别是在钻进过程中出现了如漏浆等异常情况的桩，宜作钻芯检测，且宜钻至桩底4-5m以下，以探明桩底岩基情况。
5 结论
本高速公路桥梁后期施工，由于加强了地质勘探，施工方法得当，处理措施及时，只用了短短两个月时间就完成了全部桩基施工，扭转了进度落后的不利局面，收到了较好效果。因此，在岩溶地区进行桥梁桩基钻孔施工，应根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、精心组织设计与施工，并加强检测，确保施工进度与施工安全。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：公路桥梁；岩溶地质，桩基施工；溶洞处理
1引言
在高速公路桥梁桩基施工中，岩溶现象普遍存在，给桥梁基础施工带来了较大的困难。岩溶根据其发育强度，可分为强烈发育，中等发育，弱发育，微弱发育4种，在岩溶强烈发育区，主要表现为大型暗河，廊道及较大规模的溶洞。对于这种岩溶地质，在地质勘探时容易发现，并会引起勘探人员及设计人员的高度重视，工程中将尽可能避免或采取其它特殊措施处理。其他三种发育强度的岩溶区存在更为普遍，多表现为溶蚀、溶沟、溶槽、中小型串球状洞穴或单个小型洞穴，裂隙较为发育等形态，而对于这种发育程度的岩溶区域，由于岩溶表现形式的多样性及规律性不强的特点，在目前的勘探手段及资金有限情况下，给勘探设计与施工带来很大的不确定因素。
2工程概况
湖南某高速公路九标段K200+160桥梁为3×13m钢筋砼空心板桥，桩基础，桩柱式桥台，基础为φ1.5m钻孔桩基础,工程地质条件如下:
覆盖层10-20m深，由上而下分为：①填土1.0-1.5m厚,②亚粘土,黄褐色,5-10m厚③亚粘土,黄褐色,厚6-8m,下伏为石灰岩,灰白色,桩基嵌岩深度要求1m。
由于该桥地质情况异常复杂，除0#台地质情况较为稳定，1#墩、2#墩、3#台桩基均位于旧河道上，覆盖层厚，地下溶沟、溶槽纵横交错，溶洞多达5-6层，有的相互连通，地下水量大，因此，工程进展缓慢，施工近4个月只完成桩基11根，占工程进度计划的20%，尽管先后采取了多种施工处理措施，但均未奏效，处于无法进展下去的困境，其施工进度已成为制约整个标段工程进度的瓶颈。
3桥梁桩基工程施工技术与处理措施
3．1前期已采取的措施
1）前期项目部采用人工挖孔，方法：3-5人一组，采用人工开挖，手摇卷扬机吊装，该方法成本低，施工机具少，简便灵活，但只适合地下水量小的桩基成孔，在0#台和1#墩、2#墩中共11根完成的桩基既采用该方法完成。
2）当开挖3#-6、3#-5桩基时，挖至16m后，就发生涌水，淤泥上涨，再次开挖，再次上涨，多次反复，始终无法向下进展，由于不断掏空淤泥、流沙，附近100-200m处的农田多处发生垮塌，说明该桥址处地下溶洞可能相互连通，在无法进展下去后，采取了以下一些措施：
①砼护壁
每向下挖0.5-1m，即浇砼护壁，標号C20，厚0.15m，配φ16钢筋，间距20cm，但护壁遭到推挤破坏，未能奏效。
②采用正循环旋转钻机钻进，钢护筒护壁
由于岩层倾斜，钻机就位不正，造成偏孔，无法进行。
③采用帷幕注浆
沿3#-6桩基外围设孔注浆，间距30-50cm，孔径100mm，水泥浆采用425#普通砼硅酸盐水泥，配合比：水:水泥=0.8:1.0
7天后，再采用人工开挖，也没有成功。
在此期间,建设方安排有关方面对地质情况重新进行了勘探,共布设钻孔6个,基本摸清了桥位处的地质情况,考虑到前期桩位已定,未对跨径再作调整,但确定桩长依据地质实际情况进行调整。
3．2合理选择钻孔设备
桩基成孔目前常用方法有人工挖孔，旋转钻机成孔，冲击钻进成孔，冲抓钻进成孔。人工挖孔，无需钻孔设备，造价低，灵活方便，但局限性大，只适合于无水或地下水量不大，孔深较浅，岩溶发育强度较弱的情况下采用；旋转钻机成孔（又可分为正循环旋转钻机成孔和反循环旋转钻机成孔）适用于黏性土，砂类土，含少量砂砾石的土（砂砾石含量少于20%，粒径小于钻杆直径的2/3），孔径为80-250cm，孔深30-100m；冲击钻成孔适用于黏性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、较软岩石，孔径80-200cm，孔深小于50m；冲抓钻适用于淤泥、腐殖土、密实黏性土、砂类土、砂砾石，孔径100-200cm，孔深适宜20m以下。
总结前期施工的经验教训，综合分析本桥地质情况后认为，本桥位溶岩情况复杂，流砂强，岩石强度较高，应采用大型冲击钻。
在确定方案后，项目部立即采取果断措施，调进两台大型冲击钻，昼夜施工，3#--6，3#-5，顺利下钻成孔，采用冲击钻后，施工顿时变得顺利，进度迅速赶了上来。
3．3岩溶地区泥浆的制备和使用
泥浆一方面起到护壁，防止钻孔垮塌的作用，另一方面，起到浮渣作用，一般应选用塑性指数Ip＞10，黏性土或膨润土，不同的土层泥浆相对密度可按下表1数据选用：
表1 泥浆性能指标
对于岩溶地区钻孔，泥浆相对密度应取较大值，本桥施工中采用表1中的性能指标，在钻进过程中，由于存在溶沟、溶洞、泥浆极易损失，应及时补充，并采取必要的措施。
3．4漏浆及溶洞的处理
在溶蚀带的岩溶地质，往往裂隙发育，溶沟、溶槽、溶洞错纵复杂，本桥在3#-5钻进至20m时，突然发生漏浆，在15min内，孔内水位下降了1.8m，由于孔内水位骤降，钻孔周围约2m范围内地面出现了裂缝，有可能造成大的塌孔。在这种情况下，笔者根据以往经验，立即组织施工人员向孔内投放水泥，这一措施效果显著，30分钟后，水位下降得以控制，水位完全稳定后再加大泥浆浓度，在控制钻进速度的措施下，继续缓慢钻进。
如果存在较大的溶洞可按如下方法处理，参见图1：
1）在孔口附近准备足够的小片石和粘土，最好配备一台ZL50型装载机，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时大量补水。
2）当钻至离溶洞顶部附近时，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，比例回填粘土和片石，仍采用小冲程轻砸，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后，并且泥浆漏失现象全部消失后正常钻进。
3）当漏浆严重，回填粘土和片石没有作用时，可采用直接灌注水下混凝土的措施。方法如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至已钻孔底0.3m-0.5m，灌注水下混凝土，至溶洞填充完毕，判断标准以灌注混凝土面超过溶洞洞顶1m左右且混凝土不再下降为准，待混凝土强度达到30%-50%左右后，重新钻进。
也可采用钢护筒穿过溶洞或采用帷幕防渗技术,以保证钻进的顺利进行,防止漏浆、塌孔。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃,灌浆孔平面布置见图2。
图2灌浆孔平面布置及剖面图
3．5 终孔的判别
本桥设计时依据的地质勘测资料粗陋，不完善，设计桩长15m-21m，且均为柱桩，由于地质情况发生了变化，桩长相应作了调整，3#-6桩长29m，柱桩；3#-5桩长23.9m，柱桩；3#-1改为摩擦桩，桩长30.6m。
如果为柱桩，应尽量探明桩底以下有无溶洞，使桩承载于整体岩层并嵌入岩内0.5m-1.0m，摩擦桩则应达到设计桩长，实际施工中可从以下几方面综合判断：
1）以设计钻孔柱状图提示岩面高程作为参考。
2）查阅钻机施工记录，可将基岩进尺速度，0.1m-0.2m/h 为进入全岩面的控制速度.
3）采用钎锤触探, 锤头触岩时,会出现轻微反弹。
4）捞取钻渣,岩屑含量50%-70%,且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。
3．6 水下混凝土灌注过程中流失的处理
岩溶地区水下混凝土的灌注量一般超过设计数量较多，其中本桥3#-6超过28%，3#-5超过37%，3#-1超过23%。对此，一般应采取如下措施：
1）加大首盘混凝土数量，通常首盘混凝土数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要,计算公式为：
V≥πD2(H1+H2)/4+ πd2 h1/4
式中:V—灌注首批混凝土所需数量（M3）；
D—桩孔直径；
H1—桩孔底至导管底端间距,一般为0.4m;
H2—导管初次埋置深度(m);
d—导管内径;
h1—桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m);
一般在公式计算的基础上增加20%-30%。
2）灌注过程中加大导管埋深，我们将导管埋深由通常的2m-4m提高至3m-6m，灌注时应勤于测量混凝土面的高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断。
3）对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时就加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5m-2.0m，避免在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成短桩。
4 桥梁桩基检测
桩基检测主要有钻芯取样法，超声波法，机械阻抗法，水电效应法等无破损法。无破损法检测桩基砼的质量，效率高、操作简便、成本低，桩基质量检测中，比较普遍使用，但不能检测桩基底基岩的状况。在岩溶区施工的桩，宜加大钻芯检测的频率，对于未在地质钻孔位置的桩，特别是在钻进过程中出现了如漏浆等异常情况的桩，宜作钻芯检测，且宜钻至桩底4-5m以下，以探明桩底岩基情况。
5 结论
本高速公路桥梁后期施工，由于加强了地质勘探，施工方法得当，处理措施及时，只用了短短两个月时间就完成了全部桩基施工，扭转了进度落后的不利局面，收到了较好效果。因此，在岩溶地区进行桥梁桩基钻孔施工，应根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、精心组织设计与施工，并加强检测，确保施工进度与施工安全。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。