橋梁樁基特大溶洞處理方法的研究與應(yīng)用

彭勇鋒

（中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 十堰 442012）

橋梁樁基特大溶洞處理方法的研究與應(yīng)用

彭勇鋒

（中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 十堰 442012）

介紹了湖南省郴寧高速公路水龍互通主線橋右幅32＃墩1＃樁基溶洞成功處理的工程實(shí)例.該樁地質(zhì)復(fù)雜，溶洞發(fā)育、埋深大、溶洞成串狀分布、最大高度21 m，通過分級注漿和分級下鋼護(hù)筒的方法，成功對其進(jìn)行處理，成樁后，現(xiàn)場聲測結(jié)果表明，該樁為I類樁.

鉆孔灌注樁；溶洞處理；分級注漿；分級下鋼護(hù)筒

0 引言

樁基具有承載力高，沉降速率低，沉降量小而且均勻、施工方法簡單、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于公路、市政橋梁及其它工程領(lǐng)域.而影響灌注樁施工質(zhì)量的因素很多，其中溶洞處理就是重要的一項(xiàng)工作，若處理不當(dāng)，就會在灌注中產(chǎn)生質(zhì)量事故，小到塌孔松散、縮孔，大到斷樁報廢，不但造成重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響工期并對整個工程質(zhì)量產(chǎn)生不利影響.所以，必須要先了解鉆孔灌注樁施工過程中可能出現(xiàn)的溶洞的各種情況，并根據(jù)各種情況制定相應(yīng)的處理方法，盡量避免發(fā)生事故及減少事故造成的損失，以利于工程的順利進(jìn)展.

鉆孔樁常用處理溶洞的方法有：向孔內(nèi)拋填片石、粘土、水泥及回填混凝土、壓力注漿及采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)等方法.對于特殊溶洞，單一處理措施明顯滿足不了要求，需要采取多種措施特殊處理，并需要改進(jìn)施工方法，本文介紹了分級帷幕注漿和分級下鋼護(hù)筒對特大溶洞進(jìn)行綜合處理的方法.

1 工程概況

本工程為廈門至成都國家高速公路湖南段郴州至寧遠(yuǎn)高速公路項(xiàng)目，是廈蓉高速與京珠高速互通立交，主線橋2 009 m／1座（分離式雙幅），匝道橋2 263.28 m／7座.線路區(qū)主要巖石為：錫礦山組灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r.對工程影響的不良地質(zhì)主要有巖溶、滑坡、紅粘土等，樁基溶洞特別發(fā)育，90%樁基出現(xiàn)溶洞.

主線橋右幅32＃墩1＃樁基，原設(shè)計(jì)樁長42 m（位于溶洞內(nèi)），樁徑φ1.8 m，經(jīng)過補(bǔ)勘地質(zhì)狀況如圖1所示（P154），溶洞成串狀布置，且上、下兩個較大溶洞之間僅有0.3 m弱風(fēng)化灰?guī)r相隔.地下水豐富，下部三個溶洞漏水，溶洞為半填充（砂礫），其巖溶發(fā)育深度共計(jì)43.9 m.設(shè)計(jì)變更調(diào)整樁長為74 m.

該樁從方案制定到溶洞處理，直至砼澆筑完成，全后歷時372 d，項(xiàng)目技術(shù)人員隨時在工地解決施工過程中出現(xiàn)的不同情況，為此樁成功處理付出了辛勤的勞動.

2 溶洞處理方案的比較與選擇

2.1 施工難度分析

由于該樁溶洞較多、共5層，且溶洞較大，并且成串狀分布，最高21 m且與上層溶洞之間僅有0.3 m巖石、埋深大，處理困難，上覆粘土層厚達(dá)20多米，如果處理不好，一旦沖擊成孔至溶洞層出現(xiàn)泥漿漏失，在地下水影響下造成全孔漏失，易出現(xiàn)孔壁坍塌，樁位偏斜，地面塌陷，沖錘被埋等情況.

圖1 地質(zhì)柱狀示意圖Fig.1 Schematic geological column

成孔階段由于泥漿比重較輕，可能暫時穩(wěn)定住孔壁，但在澆注水下砼時混凝土比重大，樁芯砼重力有可能擠破孔壁而使砼流入溶洞造成事故.

2.2 施工方案選擇

針對以上情況，經(jīng)過多次研究和方案比較，確定如下處理方案：

（1）為在鉆孔時能順利成孔，采用帷幕注漿進(jìn)行預(yù)處理，使填充物和流砂固化結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度以后再鉆孔施工.

（2）根據(jù)地下水豐富、溶洞成串狀、孔深超過70 m實(shí)際情況，如果采用一次鉆孔至溶洞底部注漿，鉆孔和注漿難度非常高且失敗風(fēng)險大，要保證注漿效果，循序漸進(jìn)從上至下分三層依次注漿；

（3）雖然進(jìn)行了帷幕注漿，但深地層局部注漿加固效果無法預(yù)測.而且，即使注漿施工能滿足成孔要求，但加固強(qiáng)度有限，在澆注水下砼時砼比重大，有可能發(fā)生混凝土漏失塌孔事故，為確保成孔及水下混凝土澆注等一系列施工工序的萬無一失，成孔后采用下鋼護(hù)筒方式進(jìn)行再處理；

（4）由于此樁過深，為方便施工，根據(jù)成功率高、安全性好的原則，分兩段下入鋼護(hù)筒.

3 溶洞處理方案設(shè)計(jì)

3.1 注漿設(shè)計(jì)

樁基地質(zhì)因素、注漿壓力、重復(fù)注漿次數(shù)是能否使水泥漿液在溶洞充分排水、填充、密實(shí)的三個要素.根據(jù)這三個要素，我們確定采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分三段注漿”的注漿方法：第一次注漿深度為0～37.5 m，第二次注漿深度為37.5 m～50.8 m，第三次注漿深度為50.8 m～73.0 m，即利用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔至注漿溶洞處，先對溶洞上部進(jìn)行注漿治理，治理完畢后再對溶洞下部進(jìn)行注漿.

3.1.1 注漿范圍

由于該溶洞較大、埋深較深，要保證施工順利，確定對設(shè)計(jì)的樁孔外圍6 m范圍內(nèi)注漿形成帷幕，從樁中間開1個孔，外側(cè)1.0 m開始，分兩環(huán)布孔，第一環(huán)布4個孔，第二環(huán)布4個孔，以梅花形布孔，共布9個孔.如圖2所示（單位：m）.

3.1.2 注漿孔結(jié)構(gòu)（圖3，P155）

每個孔分三層進(jìn)行注漿，第一層注漿孔鉆孔孔徑為φ135 mm，下φ120 mm注漿管，第二層注漿孔鉆孔孔徑為φ110 mm，下φ89 mm注漿管，第三層注漿孔鉆孔孔徑為φ75 mm，下φ50 mm注漿管，在注漿層范圍內(nèi)注漿管四周鉆5 mm滲漿孔，注漿孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示.

圖2 注漿孔平面布置示意圖Fig.2 Grouting hole layout diagram

圖3 注漿孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 Schematic design of grouting holes

3.1.3 漿液選擇和注漿工藝

本溶洞治理材料分兩種：正常情況下，注漿用水泥，水灰比：0.5∶1～1∶1.在注漿量過大，不起壓力時，采用注水泥-水玻璃雙漿液的方法處理，直至通道堵塞為止，改性水玻璃模數(shù)2.9～3.1，波美度30～40.

采用隔孔注漿法，注完一個鉆孔后隔開跳到另外一個注漿孔壓注.

無壓力注漿→注漿壓力0.5～1 Mpa→注漿壓力1.5～2.0 Mpa→注漿壓力2.5～3 Mpa.

3.2 下鋼護(hù)筒樁孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足該樁下鋼護(hù)筒要求，鉆孔孔徑比鋼護(hù)筒直徑大10 cm～20 cm：第一次從孔口采用φ2.50 m直徑?jīng)_孔，下入φ2.40 m鋼護(hù)筒至38.5 m（超過溶洞底1 m）；第二次采用φ2.2 m直徑?jīng)_孔，下入φ2.0 m鋼護(hù)筒至73.5 m（超過溶洞底0.5 m）.上部護(hù)筒長38.5 m，下部護(hù)筒長35 m.由于溶洞較深，為了確保順利下至樁底，鋼護(hù)筒厚度δ＝12 mm，樁鉆孔結(jié)構(gòu)如圖4.

4 溶洞處理施工

4.1 注漿施工

鉆孔統(tǒng)一編號，做好施工記錄，及時整理資料，以便指導(dǎo)注漿施工，注漿初期采用低壓、限流、限量、間歇注漿的方法.

（1）工藝流程：場地清理→安設(shè)地質(zhì)鉆機(jī)→開孔→埋設(shè)井口套管→換小一級鉆頭繼續(xù)鉆孔→安設(shè)水泥漿攪拌站→布設(shè)注漿管→壓清水→壓漿→固結(jié).

（2）鉆孔：由于鉆孔深度較大，穿過溶洞，因此需要套管跟進(jìn).地質(zhì)鉆機(jī)安裝完畢，按設(shè)計(jì)孔徑進(jìn)行鉆孔，下入鋼套管，鉆孔施工過程隨時注意進(jìn)尺快慢，孔口出水量變化情況，作好詳細(xì)記錄.

（3）注漿施工：使用雙液泵，采用隔孔注漿法，注完一個鉆孔后隔開跳到另外一個注漿孔壓注.注漿時由溶洞底向上壓漿.在吸泵量大，不起壓力時，可采用注水泥-水玻璃雙漿液的方法處理，直至通道堵塞為止.

每次灌注結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿達(dá)到分級壓力時不再升壓，注入量小于一定數(shù)值時停止灌注.

圖4 樁孔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of pile holes

4.2 樁基成孔下鋼護(hù)筒工藝

樁基成孔采用普通沖擊鉆機(jī)，由于分級下鋼護(hù)筒，鉆孔也隨著分級，開孔前，孔口旁備足足夠的片石、粘土、水泥，以備應(yīng)急之用.

鋼護(hù)筒制作：鋼護(hù)筒提前在工廠用厚12 mm鋼板卷制而成，標(biāo)準(zhǔn)長度每6 m一節(jié)，現(xiàn)場每下一節(jié)對焊一節(jié).

下放鋼護(hù)筒：當(dāng)φ2.50 m沖孔到第一個大溶洞底部灰?guī)r時（標(biāo)高38.5 m時），停止沖孔，采用吊車起吊φ2.4 m鋼護(hù)筒下放，放入一段6 m后，現(xiàn)場焊接下一段6 m，直至下放到底部（標(biāo)高38.5 m），然后繼續(xù)鉆孔，用φ2.2 m沖錘繼續(xù)沖孔到樁底到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止沖孔，采用吊車起吊φ2.0 m鋼護(hù)筒下放直到底部（標(biāo)高73.5 m），由于鋼護(hù)筒長，摩阻力大，每下一節(jié)對焊后用振動錘振動輔助下放.鋼護(hù)筒下沉?xí)r，用兩臺經(jīng)緯儀在兩個垂直的平面內(nèi)監(jiān)測傾斜度，以便隨時調(diào)正.施工工藝流程如下：

5 結(jié)束語

經(jīng)過以上措施成孔后，進(jìn)行清孔檢測，各項(xiàng)指標(biāo)滿足灌樁要求，如下表1.

表1 檢測指標(biāo)Table 1 Detection of indicators

在灌注砼15 d后，經(jīng)過聲波檢測，該樁為I類樁.證明對該樁基特殊溶洞制定的處理方案是可行的和成功的.

盡管安全通過了此處溶洞，并且此次處理方案也直接為以后的特大溶洞的處理提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，但是有兩點(diǎn)還是要重視：一是鋼護(hù)筒與巖面的接觸不嚴(yán)密，容易造成泥砂流失，護(hù)筒傾斜，因此，如果局部注漿效果不好時，一定要拋投定量片石、粘土，用鉆頭反復(fù)打密溶洞處形成石壁；二是加強(qiáng)地質(zhì)鉆探，對溶洞地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，以便提前研究處理方案，忽視任何一個細(xì)節(jié)，可能會造成方案失敗.

另外，如何對超深地層局部注漿加固效果進(jìn)行檢測和驗(yàn)證的問題，還有待于進(jìn)一步深入研究.

［1］ 交通部第一公路工程局.公路施工手冊（橋涵）［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］ JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［3］ 吳堂林，楊俊池.廣和大橋主橋基礎(chǔ)溶洞處理［J］.華東公路，2002（3）：14-16.

Research and Application of Treatment for Bridge Foundation Large Cave

PENG Yong-feng
（ChinaRailway11thBureauGroupCo.，thethirdproject，Shiyan442012，China）

This article describes the Hunan Chen-ning Shui-long exchange-Ningbo Expressway mainline bridge pier right hand side 32＃1＃pile cave successful treatment of the Project.The geological complexity of the pile，cave development，depth large，cave-like distribution of clusters，the maximum height of 21m.Classification and grading by grouting steel casing under way，the success of its treatment，the acoustic field results show that the pile for the Class I pile.

Bored；Cave handle；Classification grouting；Classification under the steel casing

U44

A

0253-2395（2011）S2-0153-04

2011-08-20

彭勇鋒（1967-），男，高級工程師，長沙鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè).