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桥梁桩基溶洞探测及处理技术研究随着我国高速公路建设的迅猛发展，溶岩地区修建的公路桥梁越来越多。溶岩为石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等可溶性岩层经常年水流侵蚀作用，逐渐溶蚀形成的溶槽、溶沟或溶洞，其分布无规律可循。石灰溶岩地区桥梁桩基的持力层为石灰岩，岩质一般较坚硬，岩层中裂隙、溶洞、溶槽、石笋发育，岩面倾角大且不规则，给施工带来很大的困难，若处理不当，往往会造成掉钻、卡钻、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，甚至威胁桥梁运营安全。因此充分了解桥梁桩位所处地区溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物性状等，进而评价岩溶地基的稳定性，并在施工过程中采取稳妥地防治措施，才能保证施工顺利进行、桥梁运营安全。一、溶洞探测技术溶岩地区桥梁桩基施工，应充分了解桩位溶洞分布规律等基本情况。目前较常采用的方法是超前钻探、地球物理勘探、电磁波层析CT探测、三高测量技术等。1.超前钻探在工程地质勘测工作中，钻探是广泛采用的一种最重要的勘探手段，科韵获得深部底层的可靠地质资料，因此在施工首根桩时，如果发现地质情况与设计资料出入较大，应该采用逐桩超前钻探，并按照设计桩底标高在完整基岩内加深5m，确保桥梁的安全可靠性。通过超前钻探，揭示溶岩的发育情况、溶洞的分布位置、地下水特征等。在施工中应该注意以下事项：（1）每根桩必须用地质钻机钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方，按提供详实依据；（2）对充填物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为以后处理提供依据；（3）根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的处理方案、成孔方法及施工措施。2.地球物理勘探地球物理勘探简称物探，是以各种土、石物理性质的差别为基础，采用专门的仪器，观测天然或人工的物理场变化，来判断地下地质情况的方法。在工程地质勘探中，与调查测绘、挖探、钻探配合使用，对指导地质判断、合理布置钻孔、判断溶岩地区的地质状况有很大的作用。目前常用的物探方法有：电法勘探、地震勘探、声波探测、重力勘探、磁力勘探、放射性勘探与地质雷达等，恰当地运用多种物探方法，相互配合，进行综合物探，效果会更好。南昆铁路在施工过程中考虑到岩溶为不规则三维形体，空间组合复杂，为较为精确的查清岩溶的位置、形态及埋深，选用了直流电测深法和地质雷达探测法为主进行勘探，个别路段辅以联合剖面法、充电法和四极对称剖面法；在具备网格状布孔的条件下，采用孔内无线电波透视法。电测探法点距为5m，异常地段加密至2.5m，AB/2从1.5m变至50m，MN/2=0.5m；地质雷达探测法采用连续追踪剖面观测，为兼顾勘探深度和精度，采用了100MHz和300MHz两种对空屏蔽天线进行施测采样点为512点扫描，记录长度为30010-9~65010-9s；孔内无线电波透视法采用定发、定接及同步等多种方式观测。通过采用综合物探方法，相互印证，取长补短，取得了良好的勘探效果。3.电磁波层析CT探测电磁波层析CT探测方法是80年代发展起来的一门新技术，将医学CT的原理运用于地学，派生出一系列的层析成像技术。目前国际上发展了3种井间层析探测技术：地震波井间层析探测技术、电磁波层析成像和电阻率成像。在地基勘探中钻孔是最基本的手段之一，它虽然能给出详细直接的地层信息，但不能代表钻孔之间大范围的地下结构状况，常规一桩一孔的方法难于查明桥墩位下方的溶洞分部件情况。今年发展起来的地学CT成像技术可以弥补这方面的不足。井间电磁波层析透视探测方法应用可控发射源，在两个钻孔之间进行发射与接收，对比发射与接收之间的差异，可重建两钻孔之间的结构图像。在肇庆大桥的建设过程中采用电磁波层析成像，工作频率采用32MHz，探测结果表明：该法能直观地勾画出墩位下方溶洞的分布形态和延伸状况，为大桥设计提供了较可靠的地质资料。总体而言，电磁波透视层析成像法在岩溶发育地带是一种有效而经济的探测方法，只要有足够多相互交错的探测剖面对桩进行控制，有助于正确判断溶洞在水平和垂直方向的延伸范围，减少漏判和误判，结合初勘钻孔进行电磁波透视CT探测，可以大量减少重复的财力和物力消耗。此外，根据水平切面溶洞分布图计算不同深度桩的实际有效摩擦面积，进而推算桩的承载力。4.三高测量技术三高测量即高精度、高密度、高分辨率。三高测量采用GDT高分辨率地质探测仪，对探测地质体的分辨率高，可达3%（层厚与埋深之比）。该技术是将单个的GDS测点以一定的密度，即点距等于极距差，测出的数据有高密度DS电测深曲线图、高密度电阻率等值线图（常规高密度）、高密度GDS曲线图，三种图形呈等深度的正方或长方形排列，不同于常规的倒梯形或三角形。其中高密度GDS曲线，对探测地质体的分辨率高，在探测岩溶石可以明显而直观的反映出岩溶发育分布情况及形态等特征。在采取各种措施，对溶洞位置及各种情况进行探测后，能最大限度的降低施工风险。但是在实际施工过程中，不可避免的要对溶岩、溶洞采取一定的措施，来增加施工安全性，确保桥梁的运营安全。二、溶洞处理技术在溶岩地区选线，要想完全绕避是不可能的，尤其是在我国南方部分溶岩分布广泛的地区，难度更大，因此采用适当的措施对溶岩或溶洞进行处理就显得十分必要。根据溶洞发育特点，将其分为三类：一般小溶洞、溶槽、裂隙，封闭大型溶洞，复杂溶洞。根据其特点采用相应的处理及施工方案。1.一般小溶洞、溶槽、裂隙的处理措施钻孔施工过程中，经常遇到一些不明情况的小溶洞、溶槽、裂隙，设计提供的地质资料也不一定有注明，这时准确的判断就非常必要，以便及时处理，从而可避免损失。比如，在冲孔的过程中，发现泥浆冒气泡或者浑水，泥浆面缓慢下降，可判断桩底遇到了一般的小溶洞、溶槽、裂隙。对此，立即投放小直径片石和袋装粘土，反复冲压，以填塞小溶洞、溶槽、裂隙，效果不明显时加投袋装粘土包裹锯木屑或短草根甚至整袋水泥，进行堵漏，同时向孔内不断补充泥浆，直至孔内情况稳定，然后再缓慢进尺，穿过岩溶区，再恢复正常。此法操作简单，经济实用，在广州西二环高速公路巴江河特大桥的施工中对较小的溶洞均采用此方法，效果理想。2.封闭大型溶洞的处理措施一般情况下，依据设计的地质资料，可以判断大型溶洞的大致位置。具体做法是，当进尺接近溶洞顶部约2m时，要求钻机操作人员改用低冲程(1～1.5m)冲击，以防止迅速击穿岩壳时而卡钻，同时加强对进尺深度的测量和对钻孔情况的观察，发现异常情况及时处理。与此同时，在附近准备好大量的片石、袋装粘土，安排1台挖掘机在该桩附近待命，并备好大量的泥浆。在钻进过程中，操作人员如发现孔内浆面冒气泡，且泥浆面迅速下降，说明此时钻头已击穿了溶洞顶壳，应立即停止钻孔并将钻头提出孔外，并迅速开启泥浆池中的泥浆泵，不断往孔内加注泥浆及补水，以尽量保持孔内的水头差；另一方面立即组织附近的挖掘机向孔内投放片石、袋装粘土及膨润土进行回填。当泥浆面下降比较缓慢时，再用钻头进行反复冲压，将沉碴挤入溶洞，并边冲边回填直至孔内情况稳定，恢复正常为止。巴江河特大桥13-64桩-13.56~-27.26m溶洞采用以上措施，顺利完成施工。对于较大的溶洞，若洞内无填充物或半填充时，则需要首先打设钢护筒穿透砂层，最好达到岩层表面，防止钻孔时打穿溶洞顶板后，泥浆迅速下落，导致上部钻孔坍塌。钢护筒打设完成后进行冲孔。溶洞顶板打穿后，向孔内填充片石及粘土至溶洞顶板，灌注泥浆后继续冲孔。如漏浆太快则应重复上述操作，直至泥浆不再下降为止。若溶洞深度不大，可采用打长钢护筒(或预制钢筋混凝土护筒)，采取边冲孔、边振沉钢护筒的方法穿过溶洞，在溶洞处套上钢套管的主要作用是防止混凝土流进溶洞。3.复杂溶洞的处理复杂溶洞主要是指联通型溶洞，依据设计提供的地质资料，若同一墩台桩基较大溶洞位置大致相同，则很可能为串通型溶洞。若钻孔至溶洞，孔内泥浆面迅速下降，向孔内投放片石、袋装粘土及膨润土，较长时间回填土面持续下降，不能稳定，就可以判断该溶洞为串通型溶洞或地下河。串通型溶洞可能在同一墩位的桩与桩之间相互串通，也可能串通到其他墩位。此时应根据地质资料进行处理，若溶洞不大，可灌注混凝土，阻隔两孔，使之无法串通；若溶洞较大，可填充片石、卵石、漂石等石料，使其形成具有一定强度和厚度的护壁，防止施工过程中的漏浆、塌孔。如巴江河特大桥桩28—141和桩28—143，在冲孔过程中，发现桩位溶洞联通，开始填充片石和粘土，还是无法阻隔；最后在28—143孔内灌注混凝土，封住溶洞孔，24h后再进行冲孔。4.压浆法处理该方法是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻穿岩层溶洞，确定位置后，用高压泥浆泵等高压发生装置，使水泥浆液成为高压喷射流，从注浆管底部、侧面喷出。同时钻杆以一定的速度提升，不断以强力冲击溶洞内。浆液经一定时间凝固后，即在溶洞内形成一个固结体这样便起到充填溶洞的作用。1）设计要求（1）布孔：当溶洞面积小于2m时，在溶洞中央布一个孔；当面积大于2m，按2m间距布孔。（2）孔深：钻至溶洞底0.5m以上为限。（3）注浆材料及配比：浆液以水泥为主剂，为提高灌浆速度掺用水玻璃、减水剂，主要可以采用42.5号普通水泥。2）施工工艺（1）布孔钻进：根据勘探资料，了解溶洞位置、深度，进行布孔及确定钻孔深度，然后进行钻孔，并控制钻进深度、垂直度。（2）试喷：钻孔到预定深度后，清孔，保证孔内无沉碴后安装注浆设备，起拔钻具，下注浆管，达到一定深度后，开泵试喷。（3）注浆：根据成孔地质情况，了解渗透系数大小，确定各孔段浆液配比、灌注速度，配比根据效果而定，遵循由稀到浓的原则，逐级逐段改变，直至把整个溶洞灌满。灌注过程中如遇多层溶洞，先灌注底层溶洞，再提升钻杆，逐级灌注上层溶洞。（4）清洗：起拔注浆器封孔，刷洗注浆管，以便畅通。（5）在处理完后，再进行钻探，以探明岩溶、溶洞水泥浆充填情况，固结是否良好，有无空隙。三、结语在溶洞地区施工桥梁桩基是比较困难的，本文针对目前较常采用的溶岩检测方法和溶洞处理技术进行了总结，希望能够对在相关地区的工程施工提供参考。参考文献：1.伍法权，中国21世纪若干重大工程地质与环境问题[J]，工程地质学报，20019（2），P115~1202.李坚，综合物探法在南昆线岩溶复查工作中的应用[J]，地质与勘探，1998年9月第34卷第5期P42~473.张腊根，刘基，高密度电法在岩溶地区路基勘察中的作用[J]，土工基础，2006年10月第20卷第5期，P69~714.赵峰，三高测量技术探测岩溶[J]，山西建筑，2003年2月第29卷第2期P76~775.郭贵安，魏柏林，井间电磁波CT技术在溶洞探测中的应用[J]，华南地震，1999年12月第19卷第4期P28~346.魏刚，李波，压浆处理桥梁基础溶洞[J]，湖南交通科技，2002年3月第28卷第2期P62~637.李海涛，吴初平，特大桥主桥多溶洞群处理技术[J]，湖南交通科技，2006年3月第32卷第1期，P95~978.张海健，谷永煌，杜来秋，浅谈岩溶地区桥梁桩基础施工技术及质量控制[J]，建筑与工程，2007年第22期P90~91作者简介：徐洪磊（1975-），男，山东济南人，学士，路桥工程师，主要从事公路、桥梁建设施工。（简介：1975-3-29出生，学历为：大学本科，于1998年7月毕业于重庆交通学院（现重庆交通大学）公路与城市道路工程专业，工作单位为：山东省路桥集团有限公司华南分公司，现任职务为华南分公司总工程师）