深水巖溶樁基快速施工技術(shù)研究

周 平

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建向莆鐵路沙溪特大橋位于三明市沙縣境內(nèi)，全長1799.28 m，設計中心里程DK349+092.24，橋梁設計范圍:DK348+192.600～DK349+991.885。全橋均為鉆孔樁基礎。該橋跨越沙縣境內(nèi)的沙溪河，河面寬度為362 m，水深4.2 m～9.8 m。其中39號墩～45號墩位于水中，跨河部分為懸臂灌注連續(xù)梁，跨度為48 m+80 m+80 m+48 m。本橋樁徑分別為125 cm，150 cm。

1.2 水文特征

地表水主要為沙溪河水，水位隨季節(jié)降水的變化而變化。根據(jù)沙縣水文站提供的水文資料，沙溪河十年一遇洪水位為107.92 m，由于沙溪河的水位高低主要取決于上游和下游水電站，根據(jù)降雨量調(diào)節(jié)水位高低，本橋水中墩圍堰施工時間為枯水季節(jié)，水位在103.0 m。地下水主要類型為第四系空隙潛水，基巖裂隙水和巖溶水，空隙潛水主要賦存于第四系砂礫卵石層中，屬孔隙承壓水，水量較豐富，基巖裂隙水主要賦存于粉砂巖裂隙硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁巖，屬裂隙潛水，含水量較弱。巖溶水主要賦存于灰?guī)r溶洞中，水量豐富，地下水主要受大氣降水和沙溪河地表水體補給。

1.3 不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)

橋址區(qū)巖溶發(fā)育，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，39號墩～45號墩下均存在溶洞，其中最大溶洞高為32 m，最小溶洞高為0.3 m，且溶洞與溶洞彼此相通，呈珠串狀，溶洞內(nèi)按其充填狀態(tài)分為空溶洞、全充填溶洞。充填物又分為粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾碎石及角礫、細角礫土等，充填物大部分呈軟塑或流塑狀，對橋梁基礎有較大影響。橋梁部分基礎位置處，河床覆蓋層較薄或無覆蓋層，為裸露狀堅硬巖層，給橋梁基礎施工帶來很大困難。

2 整體實施內(nèi)容

利用鋼管樁及貝雷梁搭設施工棧橋及鉆孔施工平臺，先行施工鉆孔樁基礎。在施工鉆孔樁基礎時，針對不同的巖溶地質(zhì)情況，采用回填土石混合料、鋼護筒跟進等不同措施及時處理鉆進過程中的問題以及利用泥漿除砂器進行清孔作業(yè)，加快鉆孔樁的成樁質(zhì)量及效率。

3 深水巖溶樁基快速施工技術(shù)

3.1 鋼護筒制作和埋設

由于樁基直徑為1.5 m，鋼護筒直徑選定1.8 m，采用δ=10 mm鋼板現(xiàn)場卷制，每節(jié)鋼護筒長度為1.5 m，在安裝孔口鋼護筒前將單節(jié)鋼護筒3節(jié)～4節(jié)組焊成長節(jié)，以利鋼護筒下放。

下放鋼護筒前在施工平臺上的樁基位置處留有用[16a槽鋼圍成的矩形井字孔洞，孔洞的尺寸較鋼護筒直徑大5 cm～10 cm，并在離水面50 cm處同樣焊接井字架，與平臺孔洞對齊，并在井字架四邊的中心處焊接鋼護筒的限位鋼板，保證上下垂直，制作好的鋼護筒沿此限位鋼板下放，保證鋼護筒垂直。

鋼護筒在樁位處采用汽車吊吊起，第一節(jié)下放到上口高出平臺50 cm左右時與平臺焊接固定，再吊裝第二節(jié)，與第一節(jié)對齊焊接接長，然后繼續(xù)下放，直至河床面。然后采用90 kW振動錘將鋼護筒振動下沉到河床面以下。直到每分鐘下沉量小于1 cm時，停止振動，割除高出平臺較多的鋼護筒(留30 cm)，鋼護筒安裝完成。

3.2 鉆孔、灌注施工

3.2.1 有充填物的較小溶洞鉆孔施工(溶洞高度小于6 m)

1)鉆機剛開始鉆進時，必須在護筒內(nèi)回填大量的粘土摻加少量的片石(土石比例4∶1)，一來可以造漿，二來可以將護筒底部的砂層與土石拌和形成較穩(wěn)的孔壁;開孔鉆機的鉆進沖程必須較小，一般不超過1 m，保證土石與砂層的充分拌和，并使鉆錘垂直鉆進，防止鉆錘偏斜掛擦護筒。鉆進深度達到5 m～6 m后，可用較大沖程(2 m)正常鉆進。因鋼護筒底部初期是支撐在砂層上的，在不斷鉆進過程中會出現(xiàn)護筒底部漏漿現(xiàn)象，為避免此現(xiàn)象發(fā)生，可在鉆進2 m～3 m時接長鋼護筒，采用振動錘振動下沉直至較為穩(wěn)定的粘土層或全風化粉砂巖土，此時就可正常鉆進。

2)鉆進過程中在孔位附近備大量粘土、片石和適當數(shù)量的袋裝水泥，設置兩個容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿，能及時補漿和回填樁孔。

3)在接近溶洞頂板1 m左右時，加大泥漿比重(泥漿比重為1.3 g/cm3～1.4 g/cm3)，小沖程沖擊(0.5 m ～1 m)，逐漸擊穿頂板，同時加強對孔內(nèi)泥漿面變化的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面明顯下降，立即提起鉆錘，及時回填粘土、片石和袋裝水泥(重量比為2∶1∶0.2)，停置一段時間(一般12 h～24 h)。在停置期間，若孔內(nèi)泥漿繼續(xù)下降，應隨時補充回填混合物和泥漿，待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后，方可繼續(xù)沖孔，采用小沖程沖擊投下的混合物，使其擠入溶洞中，堵塞溶洞通道。

4)在沖擊過程中，孔內(nèi)泥漿還會多次下降，每次泥漿下降，都要及時提起鉆錘，加填粘土、片石，并停止沖孔1 d，待穩(wěn)定后繼續(xù)沖孔。如此循環(huán)反復，直到樁孔不再漏漿穿越溶洞為止。

5)穿越溶洞進入的巖層為弱風化石灰?guī)r，沖程不宜過大，以免振坍溶洞已固結(jié)的護壁。

3.2.2 無充填物或較大溶洞的鉆孔施工(溶洞高度大于6 m)

1)在這種情況下采用內(nèi)套護筒跟進的方法施工。2)根據(jù)溶洞的層數(shù)提前確定采用幾層護筒，一般方法如下:有一層溶洞時外護筒直徑采用1.9 m，內(nèi)護筒采用1.7 m。兩層溶洞時外護筒直徑采用2.1 m，第二層護筒直徑采用1.9 m，第三層護筒直徑采用1.7 m，以此類推。3)每層溶洞鉆進時采用較大直徑的鉆錘(一般比護筒直徑大10 cm)。4)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料當鉆孔施工接近溶洞頂部時，采用小沖程(50 cm)，輕錘慢打，將孔壁鉆的比較圓滑，防止下護筒時卡碰，當溶洞頂被打穿后，來回提升鉆錘檢查孔壁的圓滑度，如果無明顯卡碰，說明孔壁較圓滑。方可將提前制作好的護筒采用吊車吊裝下放，下放過程中臨時固定接長，繼續(xù)下放，直至孔底，然后采用振動錘輔助下沉，直到溶洞底部。此時可繼續(xù)鉆進。

3.2.3 清孔

清孔是保證混凝土灌注質(zhì)量的關(guān)鍵工序，清孔好壞會直接影響樁基質(zhì)量，為此引進了泥漿專用的除砂設備，清孔時間由常規(guī)孔換漿方法所需時間的3 d縮短到5 h，并避免了在清孔過程中由于時間過長出現(xiàn)坍孔的危險。

3.2.4 下放鋼筋籠及二次清孔

下放鋼筋籠同一般鉆孔灌注樁施工方法，鋼筋籠下放完成后，利用專用的除砂設備進行二次清孔，保證含砂率小于2%，泥漿比重在1.2 g/cm3左右，適當加大泥漿比重可以防止縮孔和坍孔現(xiàn)象發(fā)生。

3.2.5 灌注混凝土

灌注水下混凝土與常規(guī)灌注不同的是，在灌注過程中根據(jù)鉆孔記錄和地質(zhì)資料，隨時掌握溶洞的標高，在混凝土面接近溶洞時開始加快混凝土的灌注速度，保證在最短的時間內(nèi)超過溶洞頂面，此時的導管盡量不要拆除，適當?shù)募哟髮Ч苈裆?可根據(jù)溶洞的大小確定導管埋深，一般為10 m～15 m)，這樣可以避免因溶洞處孔壁不夠堅實而產(chǎn)生的漏混凝土導致導管高出混凝土面發(fā)生斷樁的可能。但是要隨時利用鉆機上下活動導管，保持導管的上下自由?；炷撩娓叱鋈芏春筮m當放慢灌注速度，并密切觀察泥漿面的高度變化，如發(fā)現(xiàn)泥漿面有下沉現(xiàn)象必須加快灌注(不能提升和拆除導管)，待泥漿面穩(wěn)定后，方可拆除導管，按正常速度灌注。

4 結(jié)語

本施工技術(shù)根據(jù)溶洞的不同類型確定合理的鉆孔工藝，主要通過控制護筒的尺寸、不同施工階段采用的泥漿比重和砂率、溶洞回填物的合理比例、不同地層及部位的沖程參數(shù)等，確保了成樁質(zhì)量，同時采用先進的泥漿除砂設備，大大縮短了清孔時間，有效防止了孔壁坍塌，為類似的深水巖溶孔樁施工提供參考。

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