淺談鐵路橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工中溶洞的處理措施

雷鴻

摘 要 ：通過在貴陽樞紐雙線鐵路客車外繞線工程沙沖2#大橋工程基礎(chǔ)施工中遇到的溶洞及處理過程，介紹了粘土和拋填片石填充、鋼護(hù)筒跟進(jìn)和溶洞注漿填充三種施工方法，綜合有效利用這三種溶洞處理方法，能夠很好的解決鐵路橋梁樁基施工一些喀斯特溶洞難題。

關(guān)鍵詞 ：鐵路橋梁；鉆孔樁；溶洞；處理措施

1 工程概況

沙沖2#大橋位于貴陽市花溪區(qū)境內(nèi)，是貴陽樞紐雙線鐵路客車外繞線工程貴陽南至龍里段間的一座鐵路雙線大橋，全橋長408.64米，客車設(shè)計(jì)速度160km/h。不良地質(zhì)為巖溶，弱至中等發(fā)育，部分墩臺巖溶較發(fā)育，最大溶洞深達(dá)27.6米。基礎(chǔ)形式為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)和鉆（挖）孔樁基礎(chǔ)。鉆孔灌注樁布置為3排，每排4孔，呈（梅花形）布置，孔徑分別為1.25m和1.5m，其中1.5m孔徑的鉆孔灌注樁樁長為45米。地下有充填溶洞、溶槽，是該橋施工質(zhì)量控制的重、難點(diǎn)。

2 出現(xiàn)問題及處理措施

2.1 原設(shè)計(jì)樁底巖層差

多次鉆孔快接近終孔標(biāo)高（或設(shè)計(jì)樁長）時(shí)），其巖樣不能滿足設(shè)計(jì)，不能終孔。

采取措施：需超前鉆取樣重新確定樁長（樁底標(biāo)高）后，繼續(xù)鉆孔施工。

2.2 意外漏漿

地質(zhì)資料揭示無溶洞或僅存在小溶洞時(shí)，孔內(nèi)泥漿迅速消失，發(fā)生漏漿。分析原因是：泥漿擊穿附近溶洞壁引起漏漿。

采取措施：多次向孔內(nèi)投放片石、粘土或整袋水泥，繼續(xù)鉆孔直到鉆孔順利通過巖溶區(qū)。

2.3 孔樁偏斜

鉆孔過程中，遇到傾斜巖面時(shí)，容易發(fā)生孔樁偏斜。

采取措施： 低錘輕沖擊、慢沖擊，多次拋塊石糾斜。

2.4 掉錘

在鉆孔工程中，遇到較大的土洞、空溶洞，或連體薄層深洞迅速跨塌，會出現(xiàn)掉錘。

采取措施：在接近溶洞頂板2m距離位置時(shí)，低錘輕沖擊、慢沖擊，減少溶洞大面積跨塌錘現(xiàn)象

2.5 樁孔澆筑砼超量

在灌注孔樁砼工程過程中，砼灌注量超過計(jì)算數(shù)量，分析是在砼灌注過程中，砼壓力擊穿泥漿護(hù)壁后溶洞聯(lián)通造成。

采取措施：在巖溶地區(qū)澆筑樁基砼施工前，砼拌合站備料充分，砼澆筑時(shí)必須連續(xù)施工至設(shè)計(jì)樁頂。

3 巖溶地區(qū)施工中常見問題分析及處理措施

3.1 設(shè)計(jì)地質(zhì)資料不準(zhǔn)確

設(shè)計(jì)地質(zhì)資料顯示有少量小溶洞，施工揭示中設(shè)計(jì)地質(zhì)與現(xiàn)場揭示出入大，造成鉆孔施工過程中發(fā)生過漏漿、地面塌陷等事故，增加難度且影響進(jìn)度。

處理措施：在樁基施工前，采用物探或其它如電磁波層析CT 探測等方法準(zhǔn)確探明溶洞的溶洞發(fā)育、分布、洞高、溶洞層數(shù)等具體情況。因此，在施工首根樁時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)資料出入較大后，選擇逐樁超前鉆探、確保橋梁的安全可靠性。

3.2 探明溶洞具體情況后施工方案的選擇

根據(jù)探明地質(zhì)情況，一般采用以下幾種處理方法：

（1）當(dāng)溶洞內(nèi)有充填物，是可塑或軟塑的亞粘土，溶洞不漏水，按照正常的地質(zhì)情況施工。

（2）拋填片石。溶洞內(nèi)為空腔無充填物或?yàn)榱魉苄缘陌氤涮钗铮芏吹慕^對高度不大（一般在3m以內(nèi)），但漏水較嚴(yán)重，護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持時(shí)，可采有片石加粘土（按1：1體積比）回填沖擊，使其形成泥石護(hù)壁。反復(fù)多次回填片石粘土，泥漿稠度達(dá)到1.3以上，直至形成泥石護(hù)壁不再漏漿為止。

（3）溶洞注漿法?；鶐r中的大溶洞（洞內(nèi)無充填物或有充填物，但不密實(shí)即大空洞），則先加固溶洞充填物（用水泥、粉煤灰漿填滿溶洞），后再進(jìn)行鉆孔。

在具體實(shí)施注漿操作前必須對地質(zhì)情況有一定的了解，利用溶洞間巖層高度、溶洞高程、填充物等信息來選擇需要注漿鉆孔的深度，一般來說鉆孔深度需要穿至最下層溶洞底板之下50厘米。

對需要進(jìn)行注漿的樁位進(jìn)行測量，并實(shí)施鉆孔，待完成鉆孔以后將壓漿用多孔花管插進(jìn)孔內(nèi)，使得整個(gè)高程的溶洞都能注到水泥，水泥的水灰比最好控制在0.6比1到1比1的范圍，型號選用P.O 42.5水泥。使用輸送軟管將壓漿泵和壓漿用PVC管進(jìn)行連接，并安裝相應(yīng)的壓力表，注漿的壓力一般應(yīng)保持在0.2到0.4兆帕，最大不能超過0.5兆帕，最終注壓大小為0.5兆帕。攪拌灰漿需要先加水邊再開攪拌機(jī)，最后再加水泥，待完成攪拌以后可以先進(jìn)行過濾處理，然后再將水泥漿排入漿池，這樣可以避免管道堵塞，此外攪拌機(jī)速率應(yīng)當(dāng)達(dá)到泵的要求。

在實(shí)施注漿的時(shí)候必須每隔一段時(shí)間進(jìn)行管路清理，避免阻塞的發(fā)生；還必須每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次停壓，給水泥漿足夠的凝固期限，最好使用速凝劑來縮短凝固時(shí)間。溶洞較大時(shí)也可將適量的粉煤灰或者粉土加入到水泥漿中，粉土的混入量必須控制在水泥質(zhì)量的百分之十以內(nèi)，粉煤灰則可維持在百分之二十到百分之五十。最后在0.5兆帕的壓力下，持續(xù)十分鐘實(shí)施不超過5升每分鐘注入率的注漿之后，即可停止注漿。等到注漿后水泥漿的強(qiáng)度符合一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即可根據(jù)常規(guī)方法進(jìn)行沖孔作業(yè)，對于期間發(fā)生輕微漏漿的情況，可以對其進(jìn)行黏土片石的拋填。

（4）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。溶洞較大或洞腔較寬，洞內(nèi)無充填物或流塑充填物，護(hù)筒內(nèi)水頭無法保持，采取片石加粘土沖鉆擠密，仍然無法形成泥石護(hù)壁的，可采取鋼護(hù)筒跳進(jìn)法施工。該方法就是一面沖孔，一面接高護(hù)筒，并且將其震動下沉至已鉆成的孔內(nèi)，將樁孔與溶洞內(nèi)流塑充填物或水隔斷。鋼護(hù)筒跟進(jìn)有兩種施工方法。一是沖擊鉆成孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。還有一種情況就是樁孔穿過多個(gè)溶洞，并且均已成功造壁，在下面沖孔時(shí)，上面已形成的泥石護(hù)壁坍塌漏水并且無法解決時(shí)，可以鋼護(hù)筒跟進(jìn)到這個(gè)溶洞位置堵漏，漏幾個(gè)溶洞鋼護(hù)筒跟到幾個(gè)溶洞。

有時(shí)鉆孔中的漏漿現(xiàn)象較為嚴(yán)重，拋填黏土片石效果也不佳，此時(shí)急需要使用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，該方法還適用于單層溶洞高度超過八米的溶洞施工。主要分為單護(hù)筒及多護(hù)筒施工法。endprint

使用單護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行施工時(shí)，必須事先預(yù)備一些直徑超過樁徑的鋼護(hù)筒，其厚度約為8到14毫米，緊接著進(jìn)行振動下沉作業(yè)。具體為令護(hù)筒下沉到與巖面等高的程度，期間要保持護(hù)筒垂直且避免其因底口發(fā)生卷板而改變直徑，然后在進(jìn)行常規(guī)沖孔，待溶洞的頂板被擊穿以后，再使用大一些直徑的錘頭在巖面進(jìn)行掃孔操作，直至護(hù)筒下沉到溶洞的第板，然后在進(jìn)行鉆孔和設(shè)樁。

多護(hù)筒跟進(jìn)法比較適合串珠型和多層的特大溶洞。對溶洞的層數(shù)以及高度等進(jìn)行充分的圖紙研究是該方法的第一步，據(jù)此再選定所用護(hù)筒層數(shù)及長度等數(shù)據(jù)，一般來說第一層護(hù)筒直徑需超過樁徑至少50厘米，這樣才可以使后續(xù)護(hù)筒保持垂直。具體進(jìn)行施工的時(shí)候先把第一層護(hù)筒降至最上層溶洞的頂板巖面位置，這樣可以避免溶洞被擊破造成大規(guī)模的坍塌，從而引發(fā)安全問題。待適當(dāng)直徑的鉆頭鉆穿第一層溶洞的頂板以后，就可以跟進(jìn)第二層護(hù)筒，與第一層護(hù)筒的直徑相比，第二層必須小于其10到20厘米，然后將其放置在第一層溶洞的底板，實(shí)施鉆進(jìn)，根據(jù)具體狀況令第二岑護(hù)筒跟進(jìn)到孔底，或者是跟進(jìn)第三層護(hù)筒，然后在進(jìn)行鉆孔和設(shè)樁。

3.3 溶洞處理工程數(shù)量及注意事項(xiàng)

3.3.1 溶洞處理工程量研究

溶洞處理所耗工程量的大小，與實(shí)際施工處理喀斯特溶洞的規(guī)模，以及所使用的方法存在著密切關(guān)系，就本文中所述的溶洞樁基施工來說，使用粘土和片石的工程量為635立方米，使用注漿水泥的工作量為47.62噸，使用跟進(jìn)鋼護(hù)筒的工作量為56.64噸。

3.3.2 樁基混凝土灌注注意事項(xiàng)

第一，溶洞處理以后的樁基，其位于溶洞的部分孔壁厚度較低，因此在實(shí)際施工時(shí)可以適當(dāng)?shù)募哟竽酀{的密度，這樣可以有效避免在注漿過程中發(fā)生塌孔等現(xiàn)象。

第二，實(shí)施注漿時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況增加導(dǎo)管的埋藏深度，避免當(dāng)混凝土的側(cè)壓力過大時(shí)，孔洞處的護(hù)壁由于承壓能力不夠而發(fā)生擠破，護(hù)壁擠破會導(dǎo)致混凝土外流及導(dǎo)管外露，從而產(chǎn)生裝機(jī)斷裂的可能。

第三，注漿要保持一定的連續(xù)性，持續(xù)的。充足的注漿操作可以避免一些突發(fā)事件的產(chǎn)生。

4 總結(jié)

鐵路橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工中溶洞處理方案的原則：

（1）每根樁必須用地質(zhì)鉆機(jī)鉆探，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)。

（2）對填充物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。

（3）根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

（4）對每種處理方案，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。

（5）遇到大溶洞時(shí)，必須請監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位核查，明確處理方案，并報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施。

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