關(guān)于橋梁樁基施工中溶洞處理技術(shù)的研究

李曉霞

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

某公路橋梁為特大橋，全長1 354 m，橋?qū)? 600 cm，為四車雙向通道。橋梁主體采用200 cm預(yù)應(yīng)力空心板梁，樁基采用鉆孔灌注樁，墩柱基為端承柱，長3 500 cm，寬為1.48 m和2.15 m。橋梁位于沖洪積平原上，在長期洪水作用下，土層主要為深10 m的亞砂土，溶洞普遍存在。溶洞內(nèi)包含碎石、黏土等沉積物。

2 樁基施工中的溶洞處理

2.1 施工方案

溶洞的存在將導(dǎo)致樁基施工承擔(dān)較高不良地質(zhì)風(fēng)險，所以需要提出科學(xué)的溶洞處理方案。現(xiàn)階段，溶洞處理主要可以采用三種技術(shù)，具體包含橋梁跨越式技術(shù)、強(qiáng)夯法和鉆孔壓漿法。采用第一種方法，需要使用大量鋼筋、水泥等材料，在溶洞中搭建施工平臺，在臺面下完成支柱建造。采用強(qiáng)夯法需要對溶洞進(jìn)行擊穿、回填和壓實(shí)，使地基得到加固，滿足樁基施工要求。采用鉆孔壓漿法施工，可以通過鉆孔在溶洞中注入混凝土，從而提高地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。如表1所示，對三種施工工藝方案進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯法施工成本最低，其次為鉆孔壓漿法，二者相差不大。而跨越式施工將產(chǎn)生較高費(fèi)用，且施工場地狹小時難以適用，首先被排除。工程初期決定采用強(qiáng)夯法，但通過深入勘察發(fā)現(xiàn)溶洞主要集中在小范圍內(nèi)，樁基下溶洞大小不一，并且普遍較深，實(shí)施強(qiáng)夯施工將導(dǎo)致施工效率受到了影響。綜合考慮施工經(jīng)濟(jì)性和進(jìn)度要求，決定采用鉆孔壓漿施工方案。考慮到溶洞結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，容易發(fā)生鉆孔坍塌問題，需要提前完成鋼護(hù)筒施工，保證工程施工安全。

表1 施工方案比較

2.2 施工技術(shù)

(1)鋼護(hù)筒施工

工程鉆孔采用機(jī)械化方式，機(jī)械與孔口保持10 m距離。由于溶洞密集，容易出現(xiàn)塌孔問題，需要采用鋼護(hù)筒加強(qiáng)孔壁保護(hù)。對施工位置進(jìn)行全方位測量基礎(chǔ)上，可以確定開孔護(hù)筒位置。在施工前需要加強(qiáng)溶洞勘測，在洞較淺的情況下利用高壓水槍對洞內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)行清潔，然后利用混凝土進(jìn)行充填。針對深洞需要采用碎石、砂石等進(jìn)行初步填充，然后在適合孔位進(jìn)行鋼護(hù)筒固定，護(hù)筒壁厚約8 mm，各節(jié)高約2.5 m。按照要求，鋼護(hù)筒應(yīng)達(dá)到地下1 m左右，采用鉆頭直徑94 cm，護(hù)筒直徑約90 cm。固定后，利用打樁機(jī)完成導(dǎo)向架安裝，達(dá)到0.5 m深度。在內(nèi)護(hù)筒安裝方面，需要采用沖擊鉆鉆進(jìn)。應(yīng)保證鉆頭與護(hù)筒間距達(dá)到要求，具體約0.5 m，直至達(dá)到最底層溶洞下0.5 m位置左右。內(nèi)護(hù)筒級數(shù)需要根據(jù)溶洞數(shù)量確認(rèn)，在下沉?xí)r應(yīng)做到分級，先完成打孔鉆進(jìn)，將大護(hù)筒下沉。每穿過1層溶洞，需要增加Ⅰ級內(nèi)護(hù)筒。在二次處理中，需要利用加套箍方式進(jìn)行護(hù)筒處理，井口采用滿焊方式。施工期間，應(yīng)注意觀察是否存在塌孔等問題。一旦發(fā)生需要采用回填碎石、稻草、黏土等材料反復(fù)沖孔，保證施工質(zhì)量。

(2)鉆孔施工

在樁基成孔方面采用沖擊鉆泥漿循環(huán)排渣法，結(jié)合溶洞特征科學(xué)鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)前，需要對樁基狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，掌握溶洞充填情況，完成巖面覆土記錄，通過技術(shù)交底提出科學(xué)施工思路。在鉆孔施工方面，需要在巖層上層利用回鉆轉(zhuǎn)樁機(jī)進(jìn)行孔洞鉆進(jìn)。實(shí)際作業(yè)前需要完成機(jī)械余熱，將砂石泵開啟，使鉆具緩慢、穩(wěn)定回旋。確認(rèn)鉆桿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，將鉆具抬高，使其與孔底保持100 mm距離。循環(huán)沖洗孔底，約120 s能夠?qū)堅艃?，然后停泵調(diào)節(jié)鉆桿長，重新起鉆。鉆進(jìn)過程中，應(yīng)保證鉆頭方向穩(wěn)定，鉆具未出現(xiàn)搖擺問題。達(dá)到指定巖層深度后，實(shí)施沖擊成孔施工。鉆進(jìn)期間需要利用吊機(jī)配合施工，并加強(qiáng)護(hù)壁施工，以免出現(xiàn)塌孔問題。在接近巖溶發(fā)育的位置，需要在孔內(nèi)填入充填物，實(shí)施低錘密擊，促使裂隙得到充填。使用的泥漿黏度為20，含沙量不超過4%，需要將比重控制為1.3±0.1，并做好孔內(nèi)水位控制，以便符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。期間應(yīng)加強(qiáng)泥漿狀態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)漏漿問題需要及時向上反映，在專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下合理施工。按照常規(guī)處理方法，需要采用高黏性漿液進(jìn)行補(bǔ)注，保證溶縫得到填充。

(3)護(hù)筒切割

完成鉆孔后，需要對內(nèi)護(hù)筒進(jìn)行切割。實(shí)際為加強(qiáng)安全管理，還應(yīng)選派專人加強(qiáng)訓(xùn)練，然后嚴(yán)格按施工要求進(jìn)行切割作業(yè)。切割應(yīng)遵循自下而上的順序，加強(qiáng)過程監(jiān)督，使施工質(zhì)量得到保證。為保證人員作業(yè)安全，應(yīng)加強(qiáng)清孔，安排技術(shù)人員提供指導(dǎo)，增強(qiáng)施工安全性。清孔時應(yīng)注意觀察沖洗液中沉渣含量，在不超過4%的條件下，同時沉渣厚度符合規(guī)范，能夠認(rèn)為達(dá)到理想施工效果，然后進(jìn)行下一階段施工。期間每隔2 min確認(rèn)一次沉渣清孔，應(yīng)確保沖洗循環(huán)良好。在鉆頭原本位置上，可以旋轉(zhuǎn)10 min，漸進(jìn)式填充清水或沙量新泥漿。

(4)鋼筋籠吊放

在孔內(nèi)泥漿比重不超過1.1的情況下，可以進(jìn)行鋼筋籠吊放。吊放前應(yīng)確認(rèn)鋼筋籠主筋、箍筋、加強(qiáng)筋的直徑、間距等參數(shù)能否達(dá)到要求，確保加強(qiáng)筋位于外側(cè)，主筋不存在彎鉤等情況。吊放時應(yīng)采用防護(hù)措施，并完成保護(hù)層墊塊的設(shè)置，以免鋼筋籠因碰撞發(fā)生變形問題。在鋼筋籠安裝時，還應(yīng)采用閃光對焊方法進(jìn)行連接，保證接頭面積不超過50%，距離達(dá)到1 m以上。在此基礎(chǔ)上完成混凝土澆筑平臺搭建，進(jìn)行導(dǎo)管氣密性試驗。除第一節(jié)導(dǎo)管長在3～5 m范圍內(nèi)，其余在4.1～4.7 m范圍內(nèi)，能夠具有一定抗拉性能。而導(dǎo)管下端到樁尖高在0.5～0.8 m范圍內(nèi)，在平臺上固定，為后續(xù)壓降操作提供便利。

(5)壓漿施工

在壓漿施工前，需要對孔底沉淀情況進(jìn)行確認(rèn)，加強(qiáng)泥漿比重控制。發(fā)現(xiàn)泥漿參數(shù)無法達(dá)到要求，還應(yīng)進(jìn)行二次清孔。操作時應(yīng)反復(fù)抽查鉆孔，并確認(rèn)清孔質(zhì)量。直至孔內(nèi)沉淀厚不超過9 cm，泥漿比重不超過1.1，才能滿足工程施工質(zhì)量要求。實(shí)際在壓漿作業(yè)時，應(yīng)把握施工規(guī)范，做到連續(xù)灌注。而導(dǎo)管埋深在3±1 m范圍內(nèi)，可以結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)增加。采用的壓漿材料為普通硅酸鹽水泥，添加一定化學(xué)劑，通過多次試驗把握最佳凝固時間，在增強(qiáng)流動性的同時，把握注漿效果。結(jié)合樁基和溶洞情況，需要在橋梁各墩臺位置完成6～8個壓漿孔的布置，使注漿管達(dá)到溶洞底部。采用雙液壓漿系統(tǒng)，能夠通過多次、少量壓漿對所有孔進(jìn)行注漿。在混凝土灌注時，需要提升導(dǎo)管，結(jié)合溶洞情況確定埋深。灌注期間，混凝土坍落度應(yīng)在19～21 cm范圍內(nèi)，注意是否存在表面下降情況。灌注標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計值高1 m左右，灌注后觀察30 min，確定表面無變化可以將導(dǎo)管拔出。

2.3 質(zhì)量控制

在溶洞處理過程中，采用上述方法容易遭遇漏漿、埋鉆和塌陷等問題，還要采取有效措施加強(qiáng)工程質(zhì)量控制。鉆孔期間遭遇含地下水的溶洞，可能導(dǎo)致泥漿漏出。在溶洞交錯縱橫時，相互之間存在通道，可能導(dǎo)致漿面無法得到及時補(bǔ)充，繼而導(dǎo)致塌陷問題產(chǎn)生。為避免工程質(zhì)量受到影響，需要在壓漿期間注意觀察，一旦發(fā)現(xiàn)表面發(fā)生高度下降等異常，還應(yīng)停止鉆進(jìn)，并將鉆頭提出。與此同時，需要進(jìn)行補(bǔ)漿和注水。如果護(hù)筒位置發(fā)生漏漿，可能引起護(hù)筒下沉，還要采用黏土對周圍空間進(jìn)行填充。發(fā)揮黏土密封作用，能夠有效控制漏漿情況。埋鉆的發(fā)生，與塌孔問題的產(chǎn)生有密切聯(lián)系。在鉆孔期間，受各種因素影響，可能導(dǎo)致人員將溶洞頂板鉆透。一旦發(fā)生這一情況，將導(dǎo)致施工承擔(dān)較大的埋鉆風(fēng)險。在問題處理方面，同樣要求加強(qiáng)鉆孔過程觀察。根據(jù)孔內(nèi)水位變化，可以判斷是否存在水壓異常現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)異常及時處理，避免孔壁坍塌。施工前還應(yīng)加強(qiáng)勘察，做好溶洞頂板位置的標(biāo)記。在頂板周圍施工時，需要嚴(yán)格控制進(jìn)度，完成鉆進(jìn)高度預(yù)留。在作業(yè)期間也應(yīng)當(dāng)做到靈活施工，以便及時將鉆機(jī)撤出。因此在質(zhì)量控制方面，重點(diǎn)是加強(qiáng)溶洞施工特點(diǎn)把握，嚴(yán)格按照施工要求控制細(xì)節(jié)。

3 結(jié) 論

綜上所述，在橋梁樁基施工期間遭遇溶洞，需要結(jié)合地質(zhì)狀況提出科學(xué)施工方案。通過對方案可操作性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析，能夠采用科學(xué)的溶洞處理方法，使工程質(zhì)量得到保證。在實(shí)際過程中，需要加強(qiáng)鋼護(hù)筒施工、鉆孔施工等各個施工環(huán)節(jié)的把控，同時合理處置各種施工問題，使工程質(zhì)量得到有效控制。