巖溶區(qū)鐵路橋梁鉆孔樁施工控制技術(shù)

摘要：以巖溶區(qū)某鐵路特大橋的鉆孔樁施工處理為實(shí)例，闡述巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工處理的工藝、處理方案，施工方法，為巖溶區(qū)鐵路鉆孔樁施工積累了新的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鐵路；巖溶；橋梁；鉆孔樁施工

1 工程概況

某鐵路特大橋，起訖里程為DK2+097.494～DK5+293.00，全長(zhǎng)3.196km?；A(chǔ)為φ1.25m鉆孔灌注樁，部分橋梁通過巖溶發(fā)育地段，部分樁基穿過溶洞，施工難度較大，為保證鉆孔順利進(jìn)行，采用沖擊鉆成孔，護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法。

2 鉆孔樁施工控制技術(shù)

巖溶區(qū)鐵路橋梁鉆孔樁施工見圖1，具體施工方法為：

2.1 鉆孔前的溶洞處理方法。開鉆前，設(shè)計(jì)單位未逐根鉆探的鉆孔位置用地質(zhì)鉆機(jī)補(bǔ)探，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應(yīng)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)。對(duì)填充物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對(duì)每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。對(duì)每種處理方案，都要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，施工前在橋位外進(jìn)行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導(dǎo)施工。根據(jù)巖溶發(fā)育程度，擬定六種處理方案。①對(duì)于已探明較小封閉型溶洞在鉆孔前可用注漿加固法處理。②對(duì)于遇到未探明巖隙：發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面較慢下降時(shí)采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配置5%的CMC外加劑并加入鋸木灰拌成軟塑狀，分批投入孔內(nèi)，再用1-1.5m小沖程進(jìn)行沖鉆，使鋸木灰和粘土擠入巖石裂隙，隔斷泥漿漏失的通道。③對(duì)于遇到未探明的小溶洞：如突然發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面較快下降，用小片石（直徑10～20cm）和粘土，按1：1的比例迅速回填，并用小沖程擠壓密實(shí)。同時(shí)迅速補(bǔ)水，直到泥漿面不再下降。④較大封閉型溶洞：先在孔口附近準(zhǔn)備好足夠的塊石、粘土、水泥。在洞頂打穿時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)漏漿，要迅速填堵，防止塌孔。一般溶洞洞頂擊穿后，樁孔中泥漿會(huì)迅速下降，此時(shí)要用鏟車及時(shí)將準(zhǔn)備好的塊石、粘土、水泥拋入孔中直到泥漿停止下降，并慢慢上升，此時(shí)可用沖錘進(jìn)行適當(dāng)擠壓，反復(fù)拋塊石、粘土、水泥，直至把樁基兩側(cè)的溶洞都填滿或堵死為止，最后補(bǔ)充滿泥漿再重新成孔。⑤對(duì)于單級(jí)串通型溶洞：采取用12mm厚鋼板加工成的雙護(hù)筒跟進(jìn)方法解決，大護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞頂巖石上，小護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞下0.5米，大護(hù)筒比設(shè)計(jì)孔徑大0.4米，小護(hù)筒比設(shè)計(jì)孔徑大0.2米.大小護(hù)筒需用等直徑鉆頭沖孔。⑥對(duì)于多級(jí)串通型的溶洞：同單級(jí)串通型溶洞處理方案類似，只是采用多級(jí)護(hù)筒跟進(jìn)方法解決，最內(nèi)側(cè)小護(hù)筒跟進(jìn)到最下層溶洞底以下0.5m。

2.2 護(hù)筒跟進(jìn)法施工要點(diǎn)。①巖溶地區(qū)鉆孔樁基礎(chǔ)施工工藝與一般地層區(qū)別極大，也困難得多。采用沖擊成孔工藝，以十字型鉆頭沖擊成孔，泥漿護(hù)壁，下沉與沖孔直徑相同的鋼護(hù)筒達(dá)基巖面，其作用是防止孔壁坍塌。當(dāng)進(jìn)尺接近溶洞頂部2m左右時(shí)，要求鉆機(jī)操作人員改用低沖程（1～1.5m）沖擊，以防止擊穿溶洞頂板時(shí)卡鉆，這是巖溶鉆孔的特殊性所決定的。②當(dāng)鉆穿巖溶頂板時(shí)暫停鉆孔，將小于上述鋼護(hù)筒直徑20cm的鋼護(hù)筒沉入巖溶層，并隨鉆孔跟進(jìn)至穩(wěn)定性巖面。小鋼護(hù)筒作用是防止溶洞中填充物涌入鉆孔，并為鉆孔過程中清碴和終孔后清孔創(chuàng)造較好條件（巖溶地層鉆孔時(shí)取碴和終孔后取碴清孔時(shí)極易塌孔，甚至導(dǎo)致墩位地表發(fā)生大塌陷）。最后，沖擊鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清孔、安放鋼筋籠、灌注水下混凝土，鋼護(hù)筒則留在巖溶地層中與水下混凝土結(jié)合成為一根“鋼護(hù)筒混凝土樁”。③跟進(jìn)的鋼護(hù)筒底要進(jìn)行加固處理：用舊鋼軌與鋼護(hù)筒底焊接牢固插打鋼護(hù)筒。④鋼護(hù)筒跟進(jìn)要安裝樁帽及樁錘，樁錘用B-3型復(fù)打氣錘。⑤錘擊鋼護(hù)筒下沉過程中，要嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒的傾斜度和錘擊貫入度，中心偏差不得大于5cm，斜度不得大于1%。⑥鉆孔內(nèi)投放的片石及粘土數(shù)量要作好記錄，鉆進(jìn)資料應(yīng)齊全完整，并應(yīng)有崗位負(fù)責(zé)人簽字。⑦鋼護(hù)筒跟進(jìn)先利用振動(dòng)錘打入，然后邊沖孔邊跟進(jìn)，直到穿過易坍塌的地層。護(hù)筒到位后，當(dāng)鉆頭鉆至護(hù)筒底腳以上0.5m時(shí)，投入15cm直徑以下塊石和優(yōu)質(zhì)粘土，在不掏渣的情況下鉆至護(hù)筒以下0.5m，掏出泥漿，再投入同樣數(shù)量的塊石和粘土，利用鉆頭的沖擊力將塊石和粘土造成一個(gè)高質(zhì)量的殼體孔壁，使護(hù)筒底腳與孔壁結(jié)合緊密。

2.3 巖溶區(qū)或溶洞處理后鉆進(jìn)成孔時(shí)注意事項(xiàng)。①?zèng)_擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行，一般等待時(shí)間為10d左右。②為防止意外，沖孔前應(yīng)有備用措施，備好材料，一旦泥漿泄露，及時(shí)向孔內(nèi)投放粘土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾粘土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使得沖鉆順利進(jìn)行。③加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿，當(dāng)缺少優(yōu)質(zhì)粘土?xí)r，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力。④當(dāng)巖面的傾斜較大時(shí)，鉆頭擺動(dòng)撞擊護(hù)筒或孔壁，這時(shí)，回填片石，使孔底出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)后再轉(zhuǎn)入正常沖孔或采取孔內(nèi)爆破。⑤接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。當(dāng)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求，檢孔合格后，即可進(jìn)行清孔、下鋼筋籠、下導(dǎo)管、混凝土水下灌注等工序。

2.4 孔及清孔。樁深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，還必須檢驗(yàn)樁徑、垂直度、泥漿厚度等指標(biāo)，并做好記錄，合格后進(jìn)行清孔換漿。樁徑、垂直度采用檢孔器檢查，檢孔器用鋼筋籠做成，其外徑等于設(shè)計(jì)孔徑，長(zhǎng)度等于孔徑的4-6倍。如發(fā)生彎孔、斜孔、縮孔等情況較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)重新鉆孔。清孔的目的是降低孔內(nèi)泥漿比重，減少沉碴厚度。保證混凝土灌注質(zhì)量，沉碴厚度必須控制在規(guī)范或設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。清至泥漿比重為1.05左右，測(cè)量沉碴厚度，合格后開始下鋼筋籠。

2.5 鋼筋籠制作安裝。按照設(shè)計(jì)圖紙及施工規(guī)范要求進(jìn)行鋼筋籠的制作，并在鋼筋籠四周對(duì)稱焊接耳朵或按設(shè)計(jì)要求設(shè)置圓形混凝土墊塊，保證鋼筋籠的定位并有足夠的保護(hù)層，并在頂節(jié)鋼筋籠上焊接至少4根加長(zhǎng)鋼筋，以固定鋼筋籠。鋼筋籠的綁扎及焊接工藝，施工中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范執(zhí)行。鋼筋籠制作完成后，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，利用鉆架及時(shí)吊放鋼筋籠也可移開鉆機(jī)用吊車放鋼筋籠。為保證成孔質(zhì)量，必須縮短下籠時(shí)間，盡可能增大鋼筋籠的長(zhǎng)度，較長(zhǎng)鋼筋籠分節(jié)制作，每節(jié)長(zhǎng)度不大于15m，鋼筋籠接頭采用直螺紋套筒連接，以減少下籠時(shí)間。為了防止鋼筋籠放置偏心，以及保證混凝土保護(hù)層的厚度，每隔2m設(shè)一組定位鋼筋或綁扎圓形墊塊。鋼筋籠吊放時(shí)按掛牌編號(hào)逐節(jié)起吊骨架就位。先兩點(diǎn)水平起吊，待骨架立直后由上吊點(diǎn)吊入孔內(nèi)。（5）水下混凝土灌注?；炷凉嘧⒉捎孟聦?dǎo)管水下灌注，導(dǎo)管采用壁厚6mm無縫鋼管，底部距孔底30～50cm，導(dǎo)管要有足夠的剛度和強(qiáng)度，導(dǎo)管使用前和使用一個(gè)時(shí)期后應(yīng)做壓水試驗(yàn)，并試驗(yàn)隔水栓能否順利通過。水密試驗(yàn)時(shí)的水壓不小于孔內(nèi)水深的1.3倍壓力；壓水試驗(yàn)根據(jù)施工中可能出現(xiàn)的最大壓力確定。導(dǎo)管自下而上作標(biāo)尺和編號(hào)，灌注前還要進(jìn)行升降試驗(yàn)。混凝土灌注要及時(shí)進(jìn)行，若時(shí)間過長(zhǎng)須再測(cè)沉渣，沉渣厚度超過設(shè)計(jì)要求需重新清孔。混凝土必須具有良好的和易性，配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定。為防止水下混凝土在灌注過程時(shí)間較長(zhǎng)，混凝土凝固而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，混凝土中可摻入高效緩凝減水劑以延緩凝結(jié)時(shí)間，改善混凝土的和易性及節(jié)約水泥?；炷良袛嚢瑁盟蜐仓?。首批混凝土灌注前精確計(jì)算首盤混凝土方量，制作足夠容積的封底用漏斗，確保封底順利，確認(rèn)封底成功后，進(jìn)行正常澆注。灌注過程嚴(yán)格依照規(guī)范進(jìn)行，隨時(shí)進(jìn)行混凝土質(zhì)量、導(dǎo)管埋置深度等各項(xiàng)檢測(cè)以保證整個(gè)灌注過程的順利。澆注開始時(shí)，要連續(xù)有節(jié)奏地進(jìn)行，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿時(shí)，徐徐地澆注，防止在導(dǎo)管內(nèi)造成高壓氣囊，壓漏導(dǎo)管。導(dǎo)管底端要始終埋入混凝土面以下2～6m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管提出混凝土面。混凝土澆筑過程中注意觀察鋼筋籠是否上浮，否則采取加固措施。在澆注將近結(jié)束時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高度相對(duì)減少，導(dǎo)管內(nèi)混凝土壓力降低，而導(dǎo)管外井孔的泥漿稠度增加、比重增大。若出現(xiàn)混凝土頂升困難，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，減少泥漿比重，使?jié)沧⒐ぷ黜樌M(jìn)行。灌注結(jié)束后，用測(cè)繩準(zhǔn)確測(cè)出樁頂?shù)幕炷撩鏄?biāo)高，并按規(guī)范要求考慮超灌余量。

3 結(jié)束語

采用上述施工方法，順利安全地完成了該鐵路橋梁巖溶區(qū)鉆孔樁的施工，對(duì)樁的完整性采用超聲波無破損法檢測(cè)、靜載抗壓試驗(yàn)、全長(zhǎng)鉆孔取樣試驗(yàn)等檢測(cè)，均滿足規(guī)定要求，表明采用的施工控制技術(shù)是成功的，可供同類工程施工參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：溫懷理（1986，10-），男，助理工程師，主要從事路基、橋梁施工技術(shù)管理。