深水溶蚀地质快速成桩技术研究
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作者:陆有传 马进 李明杰 黎振源
摘要：文章以柳州市凤凰岭大桥深水溶蚀地质桩基施工为例，对攻克钻孔灌注桩在溶蚀地质中施工关键难点的深水裸露斜岩处理技术、溶洞及溶蚀裂隙带处理技术进行了分析。研究成果在溶蚀地质桩基成孔中得到有效应用，实现了深水溶蚀地质桩基快速成孔的目标。
关键词：桥梁工程；快速成桩；钻孔灌注桩；溶蚀地质；裸露斜岩
中图分类号：U445.55+1-A-48-151-4
0 引言
我国现代化土木工程尤其是桩基行业，在交通运输加速发展的拉动下，随着道路交通网以及相关规范标准实施的持续优化，得到了迅猛发展。近年来，桩基础技术尤其是对桥梁钻孔灌注桩施工方法已轻车熟路，包括成桩施工、理论验算和桩的制造等方面都取得显著成果，但在深水溶蚀地质快速成桩施工方面技术仍有欠缺，突出表现在成桩效率缓慢，基桩完整性质量难以控制等。
由于我国各式桥梁的发展趋势迅猛，逐渐提高了对墩台基础成品质量、施工效率的要求，然而传统的钻孔灌注桩施工方法在深水溶蚀地质条件下出现的漏浆、塌孔、断桩等问题处治效率缓慢、效果差、成本偏高，无法突破施工效率低、桩基完整性合格率不高的瓶颈，这就直接衍生了深水溶蚀地质快速成桩技术的研究应用。钻孔灌注桩发展至今，其经验沉淀、工艺成熟、机械设备先进、泥浆制备质量提高，使钻孔快速成桩成为一种趋势。本文以柳州市凤凰岭大桥主桥水中桩基施工为背景，介绍并分析深水溶蚀地质快速成桩施工过程中的核心技术。
1 工程概况
柳州市凤凰岭大桥主桥与柳江斜交，设计5个主桥墩，其中3个位于水中，每个主桥墩基础采用18根1.8 m钻孔灌注桩，共计90根。桩端持力层为微风化白云质灰岩层，如图1所示，场区岩溶发育强烈，桩端须穿过浅层溶洞（槽）及溶蚀裂隙破碎带全断面进入完整的微风化白云质灰岩，施工水深为18～25 m。桥墩桩位处河床裸露无覆盖层，岩面大幅倾斜，呈不规则起伏现象，为裸露斜岩面。
2 地质特征与处治原则
典型深水溶蚀地质，其特征在于地质区域位于河流水深超过20 m处，岩面大幅倾斜且裸露无覆盖层，地层出现较大范围的溶蚀裂隙破碎带，岩体不连续，交替呈现岩石和裂隙充填物，岩块溶蚀张裂且发育强烈。主桥中墩桩位位于岩面裸露大幅倾斜段，地层裂隙、溶洞发育强烈的溶蚀地质，属于典型溶蚀地质，桩与桩之间溶洞溶槽大多为贯通现状，钻孔过程易发生漏浆塌孔现象。根据地质条件采用冲击钻成孔工艺，隔桩钻孔，加强泥浆配置与循环利用。
考虑桥位地质情况为典型的溶蚀地质，桩基施工从岩面到地层的钻进过程需严格执行深水裸露斜岩处理技术、溶洞及溶蚀裂隙带处理技术的处治原则，同时针对不同溶洞采用不同的处理方案（如表1所示）。
3 深水裸露斜岩处理技术
3.1 方案比选
方案一：采用弱爆破法对桥墩桩位处进行河床整平。
方案二：下放钢护筒，然后在水下安装钢模，在墩位河床底部浇筑混凝土，埋设钢护筒并填平河床面。
方案三：在桩位处通过移动冲击钻扩大范围锤击河床，将凸起岩层锤平，使桩位处较大范围内河床面平整，满足钢护筒定位固定要求。
深水裸露斜岩处理方案分析比选如表2所示，根据工程特点及地质特征，综合考虑成本效益、进度、安全质量等因素，最终选择“方案三：冲击钻移动整平法”为主，对于岩面高差较小的桩位，可选择“方案二：墩位河床底部浇筑混凝土或填筑片石”。
3.2 工艺流程（图2、图3）
3.3 方案实施
（1）墩位河床底部浇筑混凝土（图4）。
在钻孔平台搭设完成后，准确下放钢护筒；吊机配合潜水员在桥墩河床底部沿着钻孔平台四面内侧锚固桩安装水下钢模，并将钢模板与锚固桩固定；采用导管浇筑水下C30混凝土，利用混凝土的流动性，使河床底部填平，将钻孔桩钢护筒埋设并固定，有利于冲击钻锤头精准钻进；待混凝土终凝过后，进行钻孔作业。
（2）冲击钻移动整平法（图5）。
首先确定每个桩位河床面需冲击整平高度（即整平后高程），钻机就位后，移动钻机进行错位冲击，在四个方向分别锤平斜岩面至统一高程；然后进行钢护筒下放定位及固定；最后采用冲击钻完成钻孔桩成孔施工。
针对斜岩面，钻机可采用小冲程冲击斜岩，避免锤头偏位，可适当增加处理范围，以满足桩基钢护筒下放定位要求。
4 溶洞及溶蚀裂隙带处理技术
4.1 漏浆分析与措施
因桥址钻孔桩河床覆盖层较薄或没有，溶洞贯通且大多无充填物，地层裂隙破碎带发育强烈，这些因素都有可能导致钻孔桩孔内出现漏浆，无法进行泥浆循环。钻孔过程中出现漏浆现象可归纳为两种类型：（1）深水裸岩岩面漏浆；（2）溶洞及裂隙破碎带漏浆。
受深水裸露河床面影响，多数的钻孔桩钢护筒底端与岩面接缝处无覆盖，这就导致护筒底口与岩面间接缝易出现漏浆，无法形成泥浆循环，达到泥浆护壁的效果。对此，可在前期施工时，采用2.0 m锤头钻进，锤头带有一定的扩孔影响，基本可以满足钢护筒跟进；然后采用振动锤跟进钢护筒，至少跟进3 m，加黏土造浆冲进，可以保证钢护筒嵌入段不漏浆。
钻孔过程中的溶蚀裂隙破碎带造成孔内漏浆，主要概括为锤头在孔底遇到溶洞、裂隙等地质时，容易导致孔隙处漏浆，渗透速度较慢；若遇到空洞型溶洞，则泥浆会急剧泄漏，甚至引起塌孔。对此，可优先加入黄土堵漏，复冲以浓浆泥皮的形式填充溶洞裂隙，针对性加入片石复冲。若存在串孔或孔隙连通江水的情况，应选择回填拌和稻草纤维的弹性黏土进行复冲堵漏，并静置24 h后方可进行泥浆循环钻进。可视情况采取浇筑砂浆、混凝土进行堵漏处理。
4.2 钢护筒施工技术与指标
若仍无法有效处理漏浆问题，则可采取双层钢护筒跟进法，将内层钢护筒跟进至孔底，在外层钢护筒与内层钢护筒中间缝隙处填充软性混凝土。具体技术步骤为：（1）用2.0 m梅花锤冲击河床面，直至入岩3 m，后用振动锤将2.1 m钢护筒振至岩面以下3 m处，2.1 m钢护筒露出水面3 m，然后再将1.86 m钢护筒跟进至孔底；（2）在2.1 m护筒与1.86 m钢护筒中间缝隙处填充软性混凝土；（3）2.1 m钢护筒周边焊接箍筋，将袋装砂石绑在箍筋上跟随2.1 m钢护筒下至河床底部，将周围可能漏浆的地方填补；（4）设置泥浆循环系统，形成泥浆反循环法。钢护筒设计参数及安装工艺如下页表3所示。
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4.3 卡锤现象分析与措施
卡锤现象主要出现在钻孔过程中，锤头接触面为不完整岩层，而且是无充填物溶洞，锤头遇空洞地质情况时，落差较大，相当于锤头遇斜岩出现严重偏位情况。此外还有因复冲片石、滑落石头等因素导致卡锤情况。可采取的应用措施有：（1）研读桩基地质详勘资料，针对有较大范围或者深度较大区段的空洞地质时，钻孔应以小冲程钻进。（2）若遇卡锤现象，可采取人工操作钻机小冲程提锤，吊车配合振动提锤，潜水员清理障碍物提锤，孔内弱爆破等措施。针对反复卡锤缩孔位置，应采取回填片石复冲处理，或采取混凝土浇筑复冲处理。［2］
4.4 泥浆循环系统设置
合理设置沉淀池、泥浆池，制备优质泥浆，配合使用膨润土，改善泥浆质量，起到孔内循环护壁作用。严格控制钻孔施工的泥浆指标为：钻进过程中的泥浆比重为1.03～1.10，黏度值为17～20 Pa・s，含砂率＜2%，z体率＞98%。［3］
4.5 水下混凝土浇筑
桩基水下C35混凝土采用导管法浇筑，针对大直径桩基可采用双导管浇筑。统筹兼顾深水溶蚀地质的漏浆塌孔风险以及浇筑水下混凝土顺畅因素，导管埋深约为4～6 m，在规范值内选择低坍落度混凝土。严格控制导管埋深和混凝土流动性，预防漏浆塌孔带来的断桩质量问题。
柳州市凤凰岭大桥按照深水裸露斜岩处理技术、溶洞及溶蚀裂隙带处理技术成功解决了岩溶发育强烈、溶洞（槽）贯通及溶蚀裂隙破碎带发育完全等地质因素对钻孔灌注桩造成的成桩效率低、质量差的影响，缩短工期约45 d，直接节省成本约92万元。经桩基完整性检测，主桥桩基均为Ⅰ类桩，证明了该施工技术科学、高效、经济，适用于深水溶蚀地质条件下钻孔桩的成桩工艺处理。
5 结语
深水溶蚀地质快速成桩施工从地质勘探开始，每一步都需要分析控制，无论是地形地质勘察、斜岩面处理、溶洞及溶蚀裂隙带处理、泥浆循环控制、水下混凝土浇筑等每道工序都可能影响桩基成品质量，特别是从岩面到地层的深水溶蚀地质处理尤为关键。本文经技术研讨和分析深水溶蚀地质快速成桩技术工艺，提出了多种针对性的施工应用技术，有效地解决深水溶蚀地质桩基成孔效率低、质量差难题，对此类地质桩基施工具有应用价值，可为社会创造更多效益。
参考文献
［1］姚宏生，冯忠居，袁 展，等.岩溶发育区特大桥梁桩基础施工技术研究［J］.施工技术，2017（19）：130-133.
［2］彭少知.某大桥水上钻孔灌注桩施工要点［J］.黑龙江交通科技，2020，43（10）：78-79.
［3］许志林，刘宏丽，王 军，等.超深厚、大粒径、高含量卵碎石层中超长度、大直径灌注桩成孔施工难点及对策［J］.国防交通工程与技术，2012（S2）：54-55.
作者简介：
陆有传（1991―），助理工程师，主要从事桥梁工程技术研究工作。
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