巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)

譚勇

（湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，長沙 410000）

1 引言

大跨度橋梁是連接江河海灣兩岸的關(guān)鍵，通過大跨度橋梁的施工，為兩岸人們交流提供了便利[1]。大跨度橋梁施工過程較為復(fù)雜，確定與不確定性因素會影響施工質(zhì)量與施工安全性。大跨度橋梁主要分為斜拉橋、懸索橋、連續(xù)梁橋以及拱橋4種。其中，斜拉橋是大跨度橋梁的主要類型，跨度較長，通行車輛較多[2-3]。在跨越江河峽谷等不易修建樁基的位置時，往往會采用斜拉橋，利用其橋面承力體系，保證橋梁的抗壓性能。

在巖溶地區(qū)進(jìn)行大跨度橋梁施工時，橋梁樁基下方經(jīng)常出現(xiàn)溶洞。當(dāng)水位變化較大時，溶洞周圍的應(yīng)力狀態(tài)會出現(xiàn)變化，影響橋梁樁基的穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響橋梁施工質(zhì)量[4]。因此，本文研究了巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)，旨在為大跨度橋梁的安全施工提供建議。

2 巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)

2.1 分析溶洞發(fā)育情況

溶洞的基礎(chǔ)物質(zhì)是可溶性巖石，水質(zhì)條件是溶洞的媒介，兩種物質(zhì)共同存在時，才會形成溶洞。因此，在分析溶洞發(fā)育情況時，可以從兩方面來分析，一方面是通過地下水活動來分析；另一方面是通過溶洞中有無填充物來分析[5]。當(dāng)水位變化較大或者出現(xiàn)承壓水時，溶洞周圍的應(yīng)力狀態(tài)就會出現(xiàn)變化，影響橋梁樁基的穩(wěn)定性。同時，在溶洞中如果出現(xiàn)軟流塑性土、煤渣、巖石等充填物質(zhì)，以上填充物會為溶洞內(nèi)壁提供一定的徑向應(yīng)力，會改變?nèi)芏吹膽?yīng)力穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)同時出現(xiàn)承壓水與填充物時，即可證明溶洞發(fā)育良好。

為了進(jìn)一步分析橋梁施工的可行性，溶洞需要現(xiàn)場勘查，通過分析該地區(qū)的巖溶狀態(tài)、規(guī)模、密度，以及空間分布規(guī)律等，得出溶洞的位置、高程、尺寸、延伸方向等條件。具體勘查過程如圖1所示。

圖1 溶洞勘查流程

在進(jìn)行現(xiàn)場勘查時，需要按照施工要求勘查，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡孛舶l(fā)展史、溶洞所處位置，以及水文條件等，充分分析溶洞可能存在的填充物。采用鉆探勘查的方式，進(jìn)行清孔勘查，得出巖洞發(fā)育情況，進(jìn)而完成一次勘查。

2.2 處理溶洞頂板與填充物

在了解到溶洞中的基本情況之后，首先對溶洞頂板進(jìn)行處理。溶洞頂板是橋梁施工穩(wěn)定性與質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在處理過程中，需要將頂板擊穿。當(dāng)溶洞中不存在填充物時，頂板的處理時，需要進(jìn)行科學(xué)測量，并對每一個位置進(jìn)行精準(zhǔn)地計算，再利用吊車固定樁基，最大限度地保證樁基的穩(wěn)定性[6]。溶洞頂板與填充物處理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 溶洞頂板與填充物處理結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)溶洞中存在填充物時，需要分為兩方面處理，一方面是填充物處理，另一方面是頂板處理。填充物的處理過程較為復(fù)雜，需要將溶洞中填充物的狀態(tài)進(jìn)行分析，如果填充物已經(jīng)充滿了整個溶洞，則需要進(jìn)行開孔作業(yè)，向孔內(nèi)投入黏土，將內(nèi)部填充物固定，進(jìn)而提高溶洞填充物的密度。當(dāng)溶洞中不存在填充物時，則需要向孔內(nèi)投入黏土、混凝土、片石等物質(zhì)進(jìn)行填充，保證溶洞內(nèi)密度。當(dāng)溶洞填充物處理完成后，則可進(jìn)行頂板處理。

2.3 實(shí)現(xiàn)巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞的安全處理

為了實(shí)現(xiàn)巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞的安全處理，確定溶洞發(fā)育情況至關(guān)重要，只有了解到溶洞內(nèi)部情況，才能更好地處理填充物與頂板。對于小型溶洞與多層溶洞而言，可以采用挖孔的形式進(jìn)行；對于大型巖洞而言，挖孔的形式強(qiáng)度不足，很難將溶洞填充滿，影響橋梁樁基施工效果。因此，大型溶洞處理需要施工沖擊鉆，并準(zhǔn)備好大量的片石與黏土，直接施工裝載機(jī)進(jìn)行溶洞填充處理。在接近洞頂?shù)膮^(qū)域時，可以施工挖孔的形式進(jìn)行，使溶洞處理安全性得到保證。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

為了驗(yàn)證本文設(shè)計的技術(shù)是否具有實(shí)用價值，本文以某大跨度橋梁工程為例，對設(shè)計技術(shù)進(jìn)行實(shí)例分析驗(yàn)證。該大跨度橋梁工程是某市高速公路的一段，具有連接市區(qū)的功能。該橋梁總長度約204.32 m，線路樁號為K37+583.52～K40+608.43。大跨度橋梁下的地質(zhì)條件屬于巖溶平原，場地相對平整，地面標(biāo)高約29.42m。具體施工示意圖如圖3所示。

圖3 大跨度橋梁施工示意圖

如圖3所示，在進(jìn)行大跨度橋梁工程施工之前，施工人員在該區(qū)域布設(shè)了6個鉆孔，鉆孔的標(biāo)號為ZM_Y_1～6。其中，在ZM_Y_3孔的-35.12～30.02 m處發(fā)現(xiàn)一個溶洞，其中存在煤渣、黏土、灰?guī)r碎塊等充填物。該巖洞距離樁端約5.32 m，縱向深度較大，如圖4所示。如圖4所示，巖洞內(nèi)巖石發(fā)育完整，溶洞、溶槽陡坎已形成臨空面，對于該大跨度橋梁樁基的長期穩(wěn)定性不利。因此，亟須進(jìn)行溶洞處理。在溶洞處理后，需要進(jìn)行危險性評估計算，計算公式如式（1）：

圖4 巖洞情況

式中，Ahazard為危險性評估指標(biāo)；Hcon為施工危險；Mni為危險處理指標(biāo)；Frisk為危險系數(shù)。在計算出危險性評估指標(biāo)后，即可了解溶洞處理效果。

3.2 應(yīng)用結(jié)果

本文在上述條件下，選取出大跨度橋梁施工可能出現(xiàn)的斜拉索、主梁、索塔、橋面鋪裝、吊索及索夾、抽濕系統(tǒng)、防雷排空系統(tǒng)、主塔，以及立柱、吊桿與系桿等危險部位，利用式（1）計算出溶洞處理技術(shù)處理后的危險性評估指標(biāo)。一般情況下，危險性評估指標(biāo)與處理技術(shù)的處理效果成反比，即危險性評估指標(biāo)越高，證明溶洞處理效果越佳；危險性評估指標(biāo)越低，證明溶洞處理技術(shù)越差。在施工危險條件一致的情況下，危險性評估指標(biāo)超過0.850，才能保證施工安全性。將傳統(tǒng)處理技術(shù)處理后的危險性評估指標(biāo)，與本文設(shè)計技術(shù)處理后的危險性評估指標(biāo)進(jìn)行對比，具體結(jié)果如表1所示。

表1 應(yīng)用結(jié)果

如表1所示，傳統(tǒng)巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)處理后的危險性評估指標(biāo)較低，主梁與橋面鋪裝的危險性評估指標(biāo)低于0.850，危險性較高；其他危險性因素也僅僅達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，對于突發(fā)狀況的處理效果不佳。使用傳統(tǒng)巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)處理巖洞后，仍存在較多的不確定性因素，影響最終施工效果。而本文設(shè)計的巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)處理后的危險性評估指標(biāo)普遍較高，均高于0.995，甚至索塔與主塔的危險性評估指標(biāo)達(dá)到了1.000，施工安全性較高，其余施工危險同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.850的合格指標(biāo)。因此，本文設(shè)計的巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)，溶洞處理效果較好，施工安全性可以得到保證，符合本文研究目的。

4 結(jié)語

近年來，我國交通事業(yè)發(fā)展較為迅速，越來越多的公路與橋梁開始修建，為人們的生活與出行提供了便捷條件。大跨度橋梁是跨越江河海峽的關(guān)鍵，施工難度較大，施工質(zhì)量至關(guān)重要。由于大跨度橋梁在水上構(gòu)建，在巖溶地區(qū)的樁基位置很容易出現(xiàn)巖洞，影響橋梁構(gòu)建的穩(wěn)定性。因此，本文研究巖溶地區(qū)大跨度橋梁施工溶洞處理技術(shù)。通過分析溶洞發(fā)育情況，找出需要處理的頂板與填充物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大跨度橋梁施工溶洞的安全處理。并采用實(shí)例分析的方式，得出該處理技術(shù)的危險性更低，可以安全地處理溶洞。通過以上研究，旨在提高溶洞處理效果，為大跨度橋梁的安全施工提供保障。