不良地质条件下桥梁桩基施工及问题处理措施不良地质条件下桥梁桩基施工及问题处理措施摘要：桥梁的桩基是桥梁的重要组成部分，承载着桥梁的全部重量，是桥梁安全的重要保证尤其是在不良地质条件下，不仅会加大桥梁桩基施工的难度，而且在施工的过程中还会遇到各种各样的问题影响着整个桥梁工程的施工状况本文以湖南某城市道路桥梁桩基施工为例，重点介绍在不良地质条件下，通过采取相应技术措施，解决了施工中遇到护筒滑落、偏孔、坍孔、卡钻、断桩、沉渣上反等难题关键词: 桥梁桩基; 岩溶地质; 护筒滑落；偏孔；卡钻；断桩；坍孔埋钻；沉渣1 工程概况1.1 桥位桥型湖南某城市道路桥梁全长 560m，净宽为 18+2×1.5m；桥面为两联 5 孔一连和一联 4 孔一连的桥面连续，大桥上部结构采用 14 跨 40m 的等截面单箱后张法预应力砼简支箱梁；下部结构均为钢筋砼钻孔灌注桩其中，普通墩为单排双根桩，桩径为 2.2m，平均桩长为 30.62m，共 22 根；4#及 6#均为双“品”字型群桩；桥台为双排双根桩，桩径均为 2.0m，平均桩长为 21.38m，共 20 根1.2 地质特征根据地质钻孔资料， 可知本桥地质状况比较复杂。
桥位区北向南基岩为石炭系中统黄龙组灰岩、白垩系下统石溪组粉砂岩和石炭系下统华山岭组砂岩在1#～7#墩处地质最为复杂，存在灰岩和砂岩两种岩体的断层，灰岩存在溶蚀，并有溶洞、溶隙发育断层处存在破碎带，有裂隙发育，另外在全风化钙质砂岩中夹有承载力很低的粘土夹层(σ0=100kPa～200kPa)，且层厚较深2#～7#墩处有一深槽，覆盖层较厚，达 29m，是灰岩与砂岩断层分界处；8#～14#墩处为淤泥质粉砂岩或钙质砂岩地质段;9#～10#墩处覆盖层很薄1.3 工程特点该大桥设计时曾制定了几套桥址方案， 但最终确定的最佳方案仍然要面对断层、破碎、岩溶发育等不良地质条件，主要体现在1#～7#墩处，地质变化较大，桩基底部均为石灰岩地质，有溶洞，且初步地质勘探证明溶洞比较发育另外7#～12#墩之间虽然地处红砂岩地质地段，但均为深水施工，平均水深约为 6m所以，本工程的重点和难点是桩基础的施工2 桩基础施工2.1 主要施工方案和施工工艺 2.1.1 成孔工艺由于实际地质状况复杂，持力层为红砂岩和灰岩，存在溶洞、断层、破碎带等不良地质，河床覆盖层中夹杂大量砾石和漂石，针对这些现场条件，采用冲击钻工艺成孔是比较理想的。
2.1.2 施工顺序该河道属四级航道，每年 6、7、8 月为主汛期，10 月至次年 3 月为枯水期，桩基的施工直接影响工程的总体进度，因此，7#～12#墩处于水中施工，安排在枯水期施工；1#～7#墩处于河滩中，安排在正常水位时施工；而两个桥台桩和13#墩安排在汛期施工2.1.3 水中桩施工措施水中施工采取筑岛围堰的方法，两岸分别施工，这样既符合现场条件，又能够节约成本2.1.4 砼灌注因该桥为单桩单柱简支桥，桩径、桩长都比较大( 墩桩直径为 2.2m，桥台桩直径为 2.0m，设计桩长平均为 30m，从 18m 到 50m 不等)，单桩砼数量最大达 200m3， 为保证砼灌注质量和降低断桩风险， 采用集中拌和、 地泵输送的方案2.2 施工准备充分的施工准备是工程顺利进行的重要基础， 更是确保工程质量和施工安全的有效手段，在施工前，我们主要进行了以下几个方面的准备工作2.2.1 现场准备2.2.1.1 拌和站的修建考虑到桥梁的主要工程量在河道内，下部和基础工程主要在非汛期完成， 将砼拌和站安置在河滩内比较理想， 最终设在 10#墩左侧，安置 2 台 JS500 型强制搅拌机，出料口直接合并对准地泵进料口，砂石储料斗在现场加工制作。
2.2.1.2 搭建材料库在 0#桥台后和进场便道右侧搭建钢材库和水泥库，这样既可以防止汛期材料不受影响， 又便于进场材料的卸货和方便二次倒运( 必要时考虑直接运到现场，在短时间内用完，这样可减少二次倒运)2.2.1.3 修建临时道路进场道路利用桥梁起点至现有老路之间已经修建厚约 1m 的路基，进行必要的加固( 主要是雨季期间) ;场内道路的修建主要用于材料周转、机械设备的移动等，利用河滩内现成的砂砾石和外购片石进行加固 2.2.1.4 临时给水在预制场设置简易水塔一座，打水井一口;在河堤上设蓄水池一座，在 0#墩附近打水井一口，通过输水管道供给生产用水2.2.1.5 临时供电在 1#～2#墩之间的河堤上游处安装一台 420kVA 的变压器，并配备 120kW 的发电机一台，动力线路沿桥纵向布设 1km(从 14#台至预制场)2.2.1.6 筑岛围堰按照总体施工组织计划安排，根据进度情况逐次进行筑岛，修建土石施工平台，便于基础和下部构造施工作业，筑岛材料主要利用河床内的砂砾， 注意在桩位 2d 直径范围用粘土填筑，防止冲孔过程中出现坍孔现象，筑岛过程中用推土机和压路机平整压实2.2.2 技术准备审核图纸，制定施工方案，研究施工方法，对控制点 ( 导线点、水准点)复测和加密，组织教育培训等。
2.2.3 设备准备组织施工所需的设备进场和进场后的调试工作现场所需设备主要有: GCF型冲击钻机 8 台( 两种冲击锤分别为 6t 和 8t，在厂家订做) ；JS500 强制搅拌机2 台；JZC350 搅拌机 1 台( 备用)；420kVA 变压器 1 台；120kW 柴油发电机 1台( 备用) ；25t 吊车 1 台；HTB 砼输送泵 1 台；输送管 400m；挖掘机、推土机、压路机、装载机各 1 台，自卸汽车 4 台；钢筋加工等小型机具根据需要配置2.2.4 材料准备钢筋、水泥等主材和砂、碎石、片石、粘土等地材，另需购置一定数量的膨胀土2.2.5 溶洞处理措施准备根据地质特点， 对可能出现的溶洞进行必要的技术方案准备和设施、材料的准备，如制定常见情况的处理措施和预案，准备需要的片石等材料2.2.6 地质勘探对岩溶地区桥梁桩基的施工， 进行详细的地质勘探是非常必要的，地质勘探不仅能够充分了解溶洞分布的规律，为修正设计提供可靠数据，更有利于指导施工方案的制定，确保生产安全和工程质量，同时可有效降低施工成本开孔前，首先对桥位范围做了物探，逐桩进行了地质勘查补钻，根据补钻数据，在设计上进一步完善，特别是在 2#～6#桩位溶洞发育明显段，增加了设计桩长，其中 2#桩长增加到 64m，这样虽然增加了施工难度，但对单桩、单柱桥而言，能够有效地保证桥梁安全。
2.3 施工中遇到的问题及处理措施 2.3.1 护筒冒水在 3#- 1 桩基施工进尺 5m 左右时，出现坍孔、钻机倾斜和护筒滑落的情况，钻机手立即停钻， 向技术人员汇报 现场研究分析认为， 由于尚未进尺到灰岩层，产生的原因主要是该桩位没有进行筑岛作业，桩位也就没有回填黏土，地层中砂砾含量较大， 护壁效果不理想，以及在泥浆的冲刷作用下导致护筒后填土流失滑落孔内，进而引发坍孔针对这些原因，采取了回填粘土- 重新埋设护筒- 钻机定位恢复施工的方案在这个过程中注意了几点 : 一是埋设护筒要进行初步定位，减少空心偏位；二是护筒后的填土一定要夯实；三是增加泥浆浓度，并适当加入膨胀土；四是注意进尺速度控制由于措施有力，恢复施工后不但未出现上述情况，且恢复至原标高也较快，重要的是还为其他孔的施工提供了经验2.3.2 偏孔在 4#、5#、6#桩的钻进过程中，技术人员在例行的检查中，均通过钢丝绳偏位发现了偏孔现象，钻渣中的主要成分为灰岩颗粒，结合事先的地质勘探报告分析，说明已经出现溶洞造成地质结构不均匀，引起偏孔，按照这种分析，采取回填片石、粘土混合物，静置 2h 后，控制进尺恢复施工的方法修正，如一次不能修正，照此法反复三次以内基本上都能修正。
2.3.3 卡钻7#桩位处于断层上，是地质条件最差的地段在逐桩进行地质钻探时，发现断层和破碎带存在，还勘探出红砂岩和玄武岩两种地质结构且都在桩长的范围内，玄武岩层厚较小，位于上层，对岩样抗压试验的结果，其强度高达 95MPa，7#- 1 孔冲进过程中，进尺到玄武岩底层结构时，由于没有及时发现，冲击锤被夹住，出现卡钻现象，在尝试几次强力快速上提失败后，没有再贸然行事，以防拉断钢丝绳，出现无法挽救的情况，于是采取第二套方案: 进行水下爆破，由于该桩嵌岩较早，深度较深，水下爆破不会对成孔部分造成影响，故将两个电雷管放置于桩底，向上拉紧钢丝绳，起爆雷管，获得一次性成功在该桩随后的冲孔过程中，通过采取慢速钻进的方法，再未出现卡钻现象2.3.4 断桩7#- 1 桩成桩后，采用预埋的声测管进行超声波无破损检测时，发现在桩顶7m～8m 以下部位的砼强度与设计强度相差较大，虽没有形成明显的断层，但也属于断桩事故后经询问现场施工人员得知: 在成孔后的灌注过程中，由于砼输送管比较长和 1 罐砼的和易性较差等原因， 出现了地泵管卡管现象， 在处理完后，间隔时间稍长，砼灌注导管在上拔时埋深超出允许范围( 尚未完全拔出) ，经深入分析，造成断桩就是这个原因，但是导管口已经拔到封底砼位置，使其不能继续上返，出现了低强度桩段。
因为该桩是单桩单柱式，又因断桩部位处在河床下不足 1m 处，受力(弯矩)较大，接桩、加桩都不能达到原设计的理想受力效果，因此，最终确定处理方案为: 在原桩位将成桩冲完，重新灌注，因为使用冲击钻 施工，处理起来也是比较便捷的，将原桩中的钢筋用电磁铁吸上，用此法处理仅用七昼夜就进尺到原设计标高，比初次冲孔时间还短 ( 因开始遇到岩层更为坚硬)断桩事故对工程进度和施工成本造成了影响， 对这种人为的失误造成的断桩事故应吸取教训2.3.5 坍孔埋钻对于桩基这种水下隐蔽工程的施工作业， 很多情况是难以预料的，在岩溶地质中，这种情况表现得更为明显，因毕竟地质勘探的直径比较小在施工中，有的桩位溶洞较多，施工中却没有反映出来，有的桩勘探没有发现溶洞，偏偏溶洞很多，这是地质复杂的具体体现，增加了施工难度在 2#- 2 孔的钻进过程中，多次遇到漏浆、斜孔等问题，在进尺到43m 深时( 设计桩长 64m)，出现了最为严重的漏浆坍孔导致埋钻故障，泥浆急速消失、孔口坍塌、护筒滑落、钻机严重倾斜( 前半部悬空) 、锤被埋住等情况，经研究判断为溶洞较大，顶板被击破所致，此情况出现后，施工人员根据事先制定的预案， 迅速调集设备， 进行补浆， 以遏制进一步坍孔， 然后回填粘土重新埋设护筒，调正钻机，而后进行提钻工作，由于冲击锤埋置较深，强行提钻明显不可取，为了减少时间耽搁，果断采取用高压水沿钢丝绳方向冲稀孔内填充物，减少锤上压力， 待稀释后再提钻的方法， 最终获得了成功。
为了保证孔的完整性和继续钻进，在随后的钻进中制定了两套方案: 一是向孔内回填粘土，重新冲击，如出现孔内泥浆大量流失，不能继续钻进时，说明遇到的溶洞比较大；不能回填或遇到地下河等情况，需要采取第二方案: 用钢护筒对溶洞实行隔离，再钻进最终该桩用第一套方案完成终孔，期间未出现其他情况2.3.6 沉渣上反困难2#- 2 孔由于桩长、砼数量大，灌注时间长，原本清孔比较干净，但在灌注到距桩顶 10m 左右时，发现沉渣浓度逐渐增大，上反困难针对这种情况，现场采取了用清水稀释的方法，将水管插入孔内 ( 注意控制方向，以防冲坏孔壁)辅助稀释 在这个过程中要注意量测灌注导管的埋管深度和水管的插入深度，水管水压也不能过大，这样对细节的控制能够保证桩基的灌注质量事后证明，这种简单的方法还是很有效的3 结语桥梁的桩基施工质量要得到良好控制， 首先必须保证施工方案的科学性、可行性和易操作性对于岩溶发育地质条件下的桥梁基础施工， 探明地质情况非常必要，因为一方面可以弥补设计的不足，保证桥梁建成后桥梁的安全使用，另一方面，对指导施工， 制定经济实用的施工方案和应急处理措施也非常具有指导意义其次必须 做好施工前的各项准备工作和施工技术交底工作。
再次必须实行施工全过程、全方位严格的管理和监督，降低人为因素造成的不必要的损失另外还应提高施工人员的综合素质和质量意识， 让每一位参与施工的人员都能理解施工质量和施工每一个环节的重要性，以预防为主，对各种可能出现的情况，制定应对措施和解决方案，对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工只有这样，才能有效地降低桩基施工的风险，既定的进度、质量、安全和效益等目标才能得以实现参考文献［1］刘涛，余伟，胡鹤．复杂地质条件下桥来公路超深桩基设计与施工技术［J］ ．公路交通科技，2008， （2） ． ［2］骆伟，覃文明．对于岩溶复杂地址下的高速公路桥梁桩基施工技术研究研究［J］ ．四川建材，2010， （3） ． ［3］习康，鲁浩．复杂地质条件下桥梁桩基施工质量控制［J］ ．中国公路工程，2005， （1）［4］黄良正．有关桥梁嵌岩桩设计的研究［J］ ．公路科技杂志， ，2003， （1） ． 。