巖溶地區(qū)公路上跨鐵路橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)探究

后少平

（中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司 安徽合肥 230000）

前言

在橋梁施工中，樁基礎(chǔ)的施工安全直接影響著整體工程的施工工期以及工程的質(zhì)量，而樁基礎(chǔ)的施工方式也是國內(nèi)外比較常使用的基礎(chǔ)施工形式。因此，對(duì)于鐵路橋的樁基礎(chǔ)的施工過程中遇到的問題及對(duì)策進(jìn)行詳細(xì)的研究具有很重要的意義。

1 工程概況

本工程位于皖北地區(qū)，為某公路上跨鐵路立交工程，橋梁起點(diǎn)公路里程K05+025.4，終點(diǎn)里程為K06+308.6，總長1283.2m。全橋左右分幅，上跨鐵路處采用錯(cuò)墩布置。橋臺(tái)填土高度控制在6.55m以內(nèi)，全橋孔跨布置為：左幅共 43 孔 11 聯(lián)，孔跨布置為 2×（4×30）m+（30+35+30）m+2×（5×30）m+（35+35+35+25）m+（25+30+25）+（3×25）m+（25+35+25）m+（5×30）m+（4×30）m簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁。右幅共43孔12聯(lián)，孔跨布置為2×（4×30）m+（30+35+30）m+3×（4×30）m+（25+35+30）m+（30+30+25）m+（3×25）m+（25+35+30）m+2×（4×30）m 簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁。

2 不良地質(zhì)和特殊巖土

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地內(nèi)對(duì)工程有影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶，巖、土結(jié)合部是巖溶重點(diǎn)發(fā)育部位。大部分為充填型溶洞，局部為無充填型巖溶，并有串珠狀溶洞發(fā)育；溶洞高度0.1～13.6m，頂板埋深4.1～61.4m，底板埋深6.4～62.5m。本場(chǎng)地揭露巖溶屬于淺覆蓋-深覆蓋型巖溶，溶洞高度0.1～13.6m不等，空洞18處，洞高0.1～3.2m，多數(shù)分布于埋深30～50m的灰?guī)r層中，地下洞穴。已完成的184孔鉆孔揭露石灰?guī)r，揭露石灰?guī)r總厚度3312.2m，其中139孔揭露溶洞，見洞率75.54%，溶洞總厚度633.4m，線溶率19%。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的巖溶發(fā)育程度表可知，橋址區(qū)見洞率高達(dá)75.54%，巖溶場(chǎng)地條件之一“見洞隙率大于30%或線巖溶率大于20%”時(shí)為巖溶強(qiáng)發(fā)育，因此本場(chǎng)地可判為巖溶強(qiáng)發(fā)育。根據(jù)《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB10027-2012）的巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)可以看出，本場(chǎng)地巖溶沿?cái)鄬?、層面、不整合面等有顯著溶蝕，中小型串球狀洞穴發(fā)育，地下洞穴系統(tǒng)未形成，地下水有小型暗河或集中徑流，判為巖溶中等發(fā)育。

3 樁基礎(chǔ)在巖溶地區(qū)施工的過程中常規(guī)問題的對(duì)策與分析

橋梁樁基礎(chǔ)施工的技術(shù)要求較高，特別是在巖溶地質(zhì)條件下施工，施工難度比較大，除了出現(xiàn)埋鉆、卡鉆的現(xiàn)象，還經(jīng)常出現(xiàn)漏漿、塌孔的問題。一旦處理不好這些技術(shù)問題，施工工期就會(huì)拖延，而且質(zhì)量得不到保障，為以后的橋梁使用留下安全隱患。

3.1 埋鉆

3.1.1 導(dǎo)致埋鉆現(xiàn)象的因素

巖溶地質(zhì)條件下橋梁樁基施工易出現(xiàn)埋鉆情況，且處理難度較大。造成埋鉆的因素是多方面的，但主要因素是孔壁的坍塌?？妆诘奶且?yàn)殂@機(jī)在遇到溶洞的時(shí)候來不及減速，而洞頂比較脆弱，在遇到較大沖擊力的時(shí)候，整個(gè)溶洞就會(huì)大面積的垮掉，那么溶洞上面的底層表面就會(huì)跟著下沉，遇到這樣的情況就很可能導(dǎo)致埋鉆。

3.1.2 埋鉆預(yù)防的措施

①放慢行進(jìn)速度減小沖擊力，同時(shí)時(shí)刻做好撤離的措施。要預(yù)防埋鉆現(xiàn)象的發(fā)生，在施工進(jìn)程中遇到溶洞時(shí)應(yīng)減緩進(jìn)程，利用較小的沖擊力通過溶洞。同時(shí)，隨時(shí)做好塌陷的補(bǔ)救措施，提前布置好撤離的準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備好滑車鋼絲繩等拖拉設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)情況馬上撤離。②發(fā)現(xiàn)漏漿馬上提鉆。如果出現(xiàn)鉆孔內(nèi)漿液面突然下降的現(xiàn)象，就表示出現(xiàn)漏漿的情況，此時(shí)應(yīng)立即提鉆，同時(shí)向孔內(nèi)注水加漿等措施。

3.1.3 埋鉆處理的方法

①?zèng)_刷覆蓋物。如果在處理埋鉆的過程中，鉆具不能拉上來，可以采用沖刷的措施。也就是通過高壓水或者空壓機(jī)把殘留的物體沖刷干凈。疏通鉆孔，才能拔出鉆具。②硬拉。如果坍陷面積較大，鉆具埋的太深，上面的物體太多，清理工程太大的時(shí)候，可以采用一些輔助的設(shè)備進(jìn)行拉鉆，把鉆具硬拔出來。③采用人工挖掘。如果采取了相應(yīng)的措施，還是收不到相應(yīng)的效果的時(shí)候。還可以在樁孔內(nèi)安放鋼護(hù)筒，放在埋鉆的外面。

3.2 卡鉆

3.2.1 卡鉆原因概括

①鉆頭的傾斜。若施工人員缺乏施工經(jīng)驗(yàn)，繩子放的太長，鉆頭就會(huì)傾斜。傾斜的鉆頭靠近孔壁，導(dǎo)致卡鉆的現(xiàn)象發(fā)生；②鉆頭磨耗超限，補(bǔ)焊后下鉆過猛，造成鉆頭卡入孔內(nèi)；③孔內(nèi)出現(xiàn)梅花孔、探頭石、縮孔等；④擊穿溶洞頂板過猛，鉆頭突然進(jìn)入溶洞，造成孔型不圓順，或掉入大空洞中而卡鉆；⑤鉆進(jìn)過程中發(fā)生少量坍塌，或鉆頭被落實(shí)卡注。

3.2.2 卡鉆預(yù)防措施

①對(duì)施工人員做好技術(shù)交底，施工中防止鉆頭傾斜；②勤于檢查鉆頭磨耗情況，換入新鉆頭前應(yīng)將檢孔器放入孔底，新舊鉆頭直徑公差一般采用+5～1.5mm，超過標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)修補(bǔ)；③根據(jù)地勘資料，在進(jìn)出溶洞時(shí)采用小沖程鉆進(jìn)，遇到探頭石，回填硬度高于孔底巖層硬度的小片石、粘土塊的混合物至探頭石以上0.5m，小沖程修磨，回填的小片石與粘土頂面要盡量平，片石直徑為10～15cm。

3.2.3 卡鉆處理的方法

發(fā)生卡鉆后，不能生拉硬拽，應(yīng)查明卡鉆原因及卡鉆標(biāo)高后制定相應(yīng)處理措施，以免造成大繩拔斷而引起掉鉆或造成進(jìn)一步卡緊的情況。一般宜采用加大上拔力，上下提動(dòng)及重物沖擊等處理方法。

3.3 漏槳

3.3.1 漏漿產(chǎn)生的原因

①鉆穿溶洞頂板遇無填充物的大空洞；②溶洞、溶溝、溶槽相互連通，在流動(dòng)的地下水作用下，造成泥漿流失。

3.3.2 漏漿的處理方法

（1）注水或補(bǔ)充泥漿。觀察泥漿的液面高低，發(fā)生突然下降的情況，需要及時(shí)的在孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿。

（2）在鉆進(jìn)過程中發(fā)生，則回填小片石與黏土塊，或填充水下混凝土至漏漿孔上端以上0.5m，待穩(wěn)定或到預(yù)定強(qiáng)度后再鉆。

（3）在施工中，利用鋼護(hù)筒避免漏漿的狀況時(shí)，這時(shí)便需要用粘碎石將護(hù)筒的各個(gè)方面進(jìn)行填補(bǔ)，累積的最佳高度為1m，另外用相應(yīng)的方式將其敲打，促使鋼護(hù)筒更加地牢固。

（4）在施工中出現(xiàn)漏漿的狀況后，可對(duì)孔內(nèi)的水壓力進(jìn)行檢查，如果檢查出的壓力不大，則便說明溶洞跟樁孔連接在一起，進(jìn)而工作人員必須停止鉆孔，同時(shí)在一些有漏洞的地方用混合料進(jìn)行填充，接著再根據(jù)上述措施進(jìn)行鞏固。

3.4 塌孔

3.4.1 塌孔產(chǎn)生的原因

①遇到穿溶洞、過裂隙時(shí)，泥漿突然漏失，補(bǔ)漿不及時(shí)，造成孔內(nèi)靜水壓力太低，會(huì)造成孔壁坍塌。②地下水位高給孔內(nèi)水造成壓力。③泥漿不合格。假如施工使用的泥漿達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，孔壁可能會(huì)不堅(jiān)固，質(zhì)量不合格的泥漿粘度不夠，孔內(nèi)的負(fù)壓力產(chǎn)生，也會(huì)造成塌孔現(xiàn)象。④護(hù)筒埋設(shè)深度不夠，或回填粘土質(zhì)量差，易引起護(hù)筒底坍孔。⑤鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭左右晃動(dòng)，抽碴下鋼筋籠作業(yè)等撞擊孔壁也易造成塌孔。

3.4.2 預(yù)防措施

①根據(jù)各類地表層地質(zhì)情況，埋設(shè)不同長度的鋼護(hù)筒，并夯實(shí)周圍回填的粘土；②經(jīng)常保持孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高高于孔外地表標(biāo)高；③確保泥漿性能，加強(qiáng)護(hù)壁。

3.4.3 塌孔處理的方法

①回填粘土和片石。施工過程中，鉆孔的深度不夠大的時(shí)候，應(yīng)該用填充物，填充物以粘土和片石為主，填至與空面差不多為宜；②鋼護(hù)筒安放在喇叭口的下邊緣。把鋼護(hù)筒始終安放在塌孔喇叭口也是有效的處理措施之一，假如成孔比較深，這樣處理使得鋼護(hù)筒位于下緣不透水的土層上，它的周圍用粘土組成的填充物填滿，再擠壓粘土，使其牢固，然后繼續(xù)施工，可以確保施工順利進(jìn)行。

4 巖溶區(qū)樁基成孔處理技術(shù)

4.1 成孔處理方案

該工程樁基礎(chǔ)采用沖擊鉆成孔技術(shù)，并運(yùn)用正循環(huán)排渣施工工藝，正循環(huán)施工示意圖如圖1所示，根據(jù)樁基礎(chǔ)施工規(guī)范的相關(guān)要求可知，施工過程中將泥漿的比重控制在1.1～1.2，而泥漿的粘度則保持在18～23s，含砂率不超過4%。

由于巖面起伏及巖溶在空間發(fā)育的復(fù)雜及不確定性，在施工開挖及樁基礎(chǔ)施工過程中必須加強(qiáng)對(duì)原設(shè)計(jì)的地質(zhì)資料進(jìn)行驗(yàn)證，以進(jìn)一步探明并核對(duì)地質(zhì)資料；若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)單位，并組織專家對(duì)該溶洞進(jìn)行專題研討，并針對(duì)該溶洞制定出相應(yīng)的解決方案。

圖1 正循環(huán)施工示意圖

4.2 成孔后樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.2.1 方案處理前準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工前，要對(duì)施工過程中所需要的機(jī)械和必要材料進(jìn)行儲(chǔ)備，如：挖掘機(jī)、壓漿機(jī)、裝載機(jī)、片石、鋼護(hù)筒、水泥、泥土等。

4.2.2 方案選擇

（1）鋼護(hù)筒施工法

當(dāng)?shù)貙又械娜芏锤叨葹?～5m時(shí)，將其劃分為中溶洞，而樁基礎(chǔ)施工中對(duì)于中溶洞則采用一層鋼護(hù)筒施工法（如圖2），具體施工方法如下：①將鋼護(hù)筒埋設(shè)在指定地點(diǎn)，相關(guān)的材料準(zhǔn)備就位。②在鉆孔的過程中，如果沖進(jìn)溶洞，則應(yīng)該及時(shí)向孔內(nèi)拋投適量的粘土袋和片石。③隨著沖孔的不斷進(jìn)行，將鋼護(hù)筒不斷下放，如果其下放至巖面時(shí)，發(fā)現(xiàn)溶洞漏漿，則應(yīng)該繼續(xù)向孔內(nèi)投入粘土袋和片石，以保證施工的繼續(xù)進(jìn)行。

地層中的溶洞高度≥5m時(shí)，稱之為大溶洞，在施工中對(duì)于大溶洞的施工方法則采用多層鋼護(hù)筒施工法（如圖3）。多層鋼護(hù)筒施工方法的施工步驟在一層鋼護(hù)筒的施工方法基礎(chǔ)上需要額外添加的施工方法為：①在外護(hù)筒的基礎(chǔ)上安裝內(nèi)護(hù)筒；②施工封底混凝土；③在鋼護(hù)筒和內(nèi)護(hù)筒之間按要求分段進(jìn)行注漿，直至終孔；④對(duì)于溶洞孔洞高度過大的溶洞，應(yīng)該考慮分段成形，其中使用的多層鋼護(hù)筒和內(nèi)護(hù)筒的外徑要比一層鋼護(hù)筒的外徑大。

圖2 一層鋼護(hù)筒施工法示意圖

圖3 多層鋼護(hù)筒施工法示意圖

該工程在溶洞區(qū)采用直徑為1.6m的樁基礎(chǔ)，因此根據(jù)相關(guān)規(guī)范的基本要求，現(xiàn)場(chǎng)采用直徑為1.8m，厚度8mm的鋼護(hù)筒，護(hù)筒的長度則根據(jù)實(shí)際勘測(cè)地質(zhì)條件，穿過溶洞進(jìn)入第一層風(fēng)化巖層0.5m，高出地面0.3m為標(biāo)準(zhǔn)。施工時(shí)，先使用直徑1.9m的沖擊錘進(jìn)行成孔施工，使沖擊錘深入到風(fēng)化灰?guī)r0.5m，然后再使用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒放置其底部，在每一段的鋼護(hù)筒連接處，對(duì)其采用0.2m寬鋼板焊接，使其能夠接合牢固，不易錯(cuò)位，造成漏漿。溶洞鋼護(hù)筒現(xiàn)場(chǎng)施工圖如4。

圖4 溶洞鋼護(hù)筒施工現(xiàn)場(chǎng)圖

（2）充填封閉法

在地質(zhì)勘查中，對(duì)已經(jīng)探明的高度小于3m的溶洞或者裂縫，采用填充封閉法進(jìn)行施工，充填封閉法示意圖如圖5。填充封閉法施工操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，其主要采用粘土和片石為回填原料。具體施工操作為：沖擊鉆在進(jìn)行鉆孔時(shí)，當(dāng)溶洞頂板被穿透后鉆孔發(fā)生漏漿，則在鉆孔內(nèi)填充事先準(zhǔn)備好的粘土袋和片石，填充高度高于溶洞頂板高度，停留2～5h后繼續(xù)沖孔施工。當(dāng)采用片石和粘土填充后，仍有漏漿現(xiàn)象出現(xiàn)，則應(yīng)該及時(shí)向鉆孔內(nèi)填充一定量的混凝土，然后再繼續(xù)填充片石和粘土，并停留一定時(shí)間直至混凝土與片石和粘土固化后，方可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。材料參數(shù)見表1。

表1 填充材料參數(shù)

在進(jìn)行材料回填的過程中，要對(duì)片石、粘土袋以及袋裝水泥應(yīng)采取分層間隔摻合投放的施工方式，使填充料回填至高于頂板1m處，回填水泥現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖6，回填片石現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖7。在樁基施工中應(yīng)采取相應(yīng)措施防止斷樁及孔壁坍塌等現(xiàn)象發(fā)生。注意做好清底和護(hù)壁工作確定合適的機(jī)具設(shè)備及泥漿配比等工藝。

圖5 充填封閉法示意圖

圖6 回填水泥處理

圖7 回填片石處理

（3）裂隙的處理

在沖鉆鉆孔施工過程中，認(rèn)真觀察鉆孔內(nèi)水頭的情況，通過孔內(nèi)水頭的下降快慢判斷孔內(nèi)是否出現(xiàn)裂縫或者溶洞，如若出現(xiàn)裂縫則可調(diào)整泥漿的稠度配合粘土塊、片石以及少量的水泥，以達(dá)到封堵裂縫的目的，此種方法主要針對(duì)小型裂縫或者微小溶洞。

4.2.3 混凝土灌注工藝要求

混凝土的灌注主要采用直導(dǎo)管法。為了能夠使混凝土灌注順利進(jìn)行，灌注到溶洞的位置時(shí)，埋管深度至少要保持在6m以上，儲(chǔ)存的備料不得低于10m3。在灌注的過程中要對(duì)孔內(nèi)的混凝土上升速度進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，防止混凝土灌注過程中因護(hù)臂被破壞，導(dǎo)致混凝土突然下沉，形成斷樁。

5 結(jié)束語

溶洞是橋梁樁基施工中的一大難題，對(duì)巖溶地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)的研究是十分必要的。本工程所遇到的巖溶地質(zhì)在安徽地區(qū)具有一定代表性，通過深入分析巖溶區(qū)橋梁樁基施工易造成的施工問題及成因，總結(jié)出了一套適用于巖溶區(qū)橋梁鉆孔灌注樁的施工技術(shù)和施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，為巖溶地質(zhì)條件下的樁基礎(chǔ)施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

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