南方岩溶地区桥梁基础方案比选

黄政，欧阳旺，曹俊益，郭相利，唐文文

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100000）

可溶性岩层受水的化学溶蚀和物理侵蚀作用形成洞穴和沟壑，形成了岩溶地基，岩溶地基对桥梁工程危害极大（王海波，2005），因此，在特殊的岩溶地质环境中，桥梁基础形式的选择以及科学的施工过程是保证岩溶地区桥梁施工质量的前提（孙志刚，2009）。

工程隶属于东黄山国际小镇基础设施PPP项目，特殊的项目模式使得该工程可以勘探、设计和施工并行，使项目决策更为灵活。本文以麻川河桥梁工程为例，重点罗列了桥梁基础方案比选过程以及施工注意事项，为该区域类似的工程提供工程实例借鉴。

1 工程概括

1.1 设计概括

谭家桥镇位于皖南山区腹地，是黄山的东大门，干子路东西走向，项目西起谭家桥南路，东至滨河路，规划为城市次干路，全长1938.905 m。拟建桥梁位于干子路东段跨麻川河（图1），桥梁上部结构为（20+30+30+20）m现浇箱梁。

1.2 地质条件及溶洞分布

拟建工程位于谭家桥山间谷地，岩土层自上而下分别为：人工堆填层、第四纪全新世冲洪积层、寒武纪西阳山组地层、寒武纪荷塘组地层。物探资料显示，在0#台基础埋深 5m～7m，5m～7m、5m～6m 处有连续溶洞分布。

1.3 水文气候

图1 拟建桥位置

图2 测线反演后的电阻率剖面（溶洞分布）

谭家桥镇地处北亚热带湿润季风气候区，域内山势陡峭，沟谷幽深，独特的地貌使该区域具有明显的小气候特征。全年日照时数2000～2300 h，年均日照时数为2163.3 h，平均无霜期为256 d。域内雨水充沛，年降水量1609.8 mm，降雨多集中于春夏汛期，平均年降水日数182d，连续最长雨期为40d。该区域属于长江流域上游麻川河径流区，麻川河为域内主要河流，麻川河是黄山区内最大的河流，由黄山风景区南大门的汤岭诸多溪水汇集而成。途经黄山区的汤口镇、谭家桥镇、三口镇、仙源镇、新明乡，绵延49km，后流入太平湖。麻川河水流量与降雨关系密切，春夏季流量大，秋冬季因降水少而流量小。

2 南方岩溶地区桥梁基础方案比选

在0#台的溶洞（图2）被探测出来后，设计单位给出了以下两种基础方案。

方案一：扩大基础方案，该方案考虑到0号台溶洞埋深较深、范围大的特点，采用开挖换填的方式将影响范围内的溶洞全部处理，开挖面49×60 m（顺桥×横桥），挖深6 m。

图3 0号台扩大基础方案

方案二：根据详勘0号台基底下有两层溶洞，基底距离第一层溶洞顶板3.079 m，溶洞深0.3 m，基底距离第二层溶洞顶板4.269 m，溶洞深3 m，此处桥梁基础形式采用桩基方案，采用护筒跟进方式。溶洞是中风化灰岩，单轴抗压强度58 MPa，桩基（1.5 m桩径）入岩不小于2 m，桩长8.7 m。

图4 0号台端成桩方案

下部结构方案 扩大基础 桩基础适用范围 地质条件较好 适用于各种地质条件受力特点 形式简洁，传力明确 形式简洁，传力明确，承载力大，沉降小施工时间 降水和开挖量大，需较长施工时间 与地至条件有关经济性 造价偏大 造价较低影响范围 开挖范围大，影响范围广 影响范围有限

通过对两种桥梁下部结构方案的适用范围、受力特点、施工时间、经济性和影响范围等5个方面进行对比，最终采用桩基方案，既节省了施工成本，也最大程度推进了施工进度，减小对当地原生环境的影响。

3 围堰方案的确定

本桥梁工程的2号墩基础和3号墩基础需要涉水施工，针对桥梁施工工作面空间有限，干子河水流季节性变化大的特点，桥梁下部结构施工分为两个阶段，相应的围堰施工也分为两个阶段。第一阶段围堰，为涉水的2#墩扩大基础和临时钢管柱（用于临时支撑）基础施工创造条件；第二阶段围堰，在第一阶段围堰基础之上，保留原围堰半幅通流，为3#墩扩大基础和钢管柱基础施工创造条件。在保证河道的通流的同时，节约了围堰施工材料用量，也保证了施工进度。

4 桩基施工技术及注意事项

4.1 影响熔岩地区桩基施工的因素

熔岩地区进行桩基施工，必须对各项影响因素进行逐一分析，确定影响该区域施工的主要因素，进而想成具有针对性的施工工艺。影响因素如下。

①溶洞的发育性。溶洞的发育程度决定了穿越溶洞的方式，在成孔过程中，发育程度高的溶洞易出现钻孔弯管、夹管或假收锤现象（张豪，2002）。

②地下水位。在穿越溶洞顶板时，地下水位尤其是承压水位较高会导致孔内部突涌，易发生质量安全事故。

③溶洞内的填充物及性质。溶洞内的填充物流塑性质以及是否有填充物对桩基施工工艺选择有着重要影响。

4.2 桩基穿越溶洞的处理方式

在不采取相应工程措施的情况下，溶洞顶板被击穿后，泥浆迅速流失，孔内压力骤然下降，造成钻孔塌陷。因此，在成孔时，在传统的成孔方式基础之上，还需采取一些必要的辅助处理措施。当溶洞含有填充物时，采用灌砂注浆法；溶洞物填充物时，根据溶洞的高度采取相应的措施，洞高2 m以内时采用回填片石填充成孔；洞高2 m以上时采用全护筒跟进成孔。钢护筒跟进成孔法。对于大型溶洞，适用全护筒跟进法施工。护筒的刚度用以抵抗成孔孔侧壁土压力，施工过程中护筒与钻头并进，直至成孔。

图5 两阶段围堰平面图

①片石回填成孔法。回填片石分为回填片石和粘土以及补浆。在溶洞将要击穿前的1～2 m范围内，向孔内回填片石和粘土，小扬程冲击，将片石和挤压至孔侧壁，如此反复几次，在溶洞项板以上形成相对稳固的孔侧壁，以免击穿溶洞顶板时，孔侧壁土体随泥浆流失造成坍塌（谭现峰，2006）。在穿越溶洞后，泥浆液面会快速下降，造成孔内失压，需提前做好补浆的准备工作。

②注浆法。注浆法先进行灌砂处理，后在溶洞范围内开孔向溶洞内注浆，固结溶洞填充物和砂。固结完成后，在开展成孔、水下混凝土浇筑等一系列工序。

③灌注混凝土挤压法。该方法适用于桩基穿越洞高较高的桩基施工，向溶洞内容注入水下混凝土，待混凝土达到相应强度后，二次钻进，先期灌入的混凝土会形成围护结构，对孔壁形成有效支撑。

4.3 岩溶地区桩基施工注意事项

成桩过程中经常会发生掉钻、卡钻、漏浆和桩位偏移等问题。而经过处理的岩溶区域，其成孔方法与普通石层施工相同，本工程采用冲击钻成孔，总结出以下施工注意事项。

①动态监控钻渣情况。在钻头入岩以后，每隔0.5m捞取钻孔的钻渣与地勘报告进行对比。据此，可判断钻头逼近溶洞的状况。若钻渣情况与地勘报告不符，需立即报告设计部门及勘探部门会同解决。

②接近岩溶地段，冲击时需轻捶慢击，防止突然击穿溶洞顶板，出现卡钻和掉钻现象。

③提前备好投放材料（水泥、片石和粘土），出现泥浆泄露现象时，向孔内投放粘土、水泥和片石，保持孔内泥浆高度，确保已钻孔壁稳定。

④实时监测泥浆比重、含砂率和粘度指标，根据钻进进度，动态调整上述指标。必要的时候，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆胶体率和悬浮能力。

5 结语

熔岩地区桩基施工具有自身施工特点和难点，在施工过程中，一定要把握其施工特点，综合分析施工影响因素，确立合适的施工方案。在此基础之上，在施工过程中，注意施工重点难点，保证施工质量。