鐵路橋梁建設(shè)中的巖溶地層鉆孔灌注樁施工技術(shù)

曲冶

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京100043）

1 工程概況

新建吳圩雙線特大橋全長(zhǎng)3 269.02 m，全橋以柱樁為主，采用鉆孔樁基礎(chǔ)，橋樁基底部為灰?guī)r，地基的鉆孔樁地層存在溶洞。橋址區(qū)域有較多沖洪積物，地下水位較高，施工時(shí)易發(fā)生地面塌陷，需要采取有效措施來(lái)避免發(fā)生塌陷事故。

2 施工方案

2.1 鉆孔方式

新建吳圩雙線特大橋鉆孔灌注樁主要采用沖擊鉆和旋挖鉆長(zhǎng)套筒成孔進(jìn)行施工，沖擊鉆成孔便于處理溶洞回填沖擊造壁，在巖溶地區(qū)適用性強(qiáng)。對(duì)于巖溶區(qū)上巖土層厚的區(qū)域，也可在上部非巖溶區(qū)域采用旋挖鉆或回旋鉆成孔，再在巖溶區(qū)域采用沖擊鉆成孔的組合方式，從而提高成孔效率。

2.2 溶洞處理

2.2.1 拋填黏土夾片石混合物處理

拋填黏土夾片石法即在鉆錘擊破溶洞頂層時(shí)，需向溶洞內(nèi)拋填黏土夾片石混合物，并利用鉆錘反復(fù)沖砸，將拋填的片石黏土擠向樁孔四周，以形成環(huán)向封閉圓臺(tái)，從而保證鉆孔過(guò)程中泥漿不流失、澆筑過(guò)程中孔壁不坍塌。在此過(guò)程中，施工要點(diǎn)主要包括：

1）拋填片石與黏土一般按照1∶1的比例混合，片石強(qiáng)度要大于30 MPa，尺寸約15～25 cm。

2）黏土要有較好的黏性。

3）每次拋填黏土夾片石的高度應(yīng)至少超出溶洞頂3 m，以5～10 m為宜，反復(fù)回填并用鉆錘沖砸，直至高錘重?fù)粝禄緹o(wú)進(jìn)尺，再持續(xù)沖砸20～30錘，可視為溶洞段填充基本密實(shí)，則可開(kāi)始取渣鉆進(jìn)。

2.2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理

鋼護(hù)筒是常規(guī)法深水鉆孔樁基礎(chǔ)施工中的輔助措施，作用在于樁基定位、施鉆導(dǎo)向、保護(hù)孔口和維持孔內(nèi)水頭壓力。在巖溶地區(qū)鉆孔樁基的施工，若處理措施不當(dāng)，則會(huì)造成塌孔；若卡鉆、泥漿急劇流失等事故發(fā)生在灌注水下混凝土過(guò)程中時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混凝土流失，從而引發(fā)斷樁等事故?？梢?jiàn)，鋼護(hù)筒跟進(jìn)在施工作業(yè)巖溶地層鉆孔樁基施工中，并不具有護(hù)孔成樁的特殊作用。

3 施工工藝及方法

3.1 施工準(zhǔn)備

結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)資料和土、溶洞的具體分布情況，因存在樁長(zhǎng)不等的現(xiàn)狀，所以，要按照先長(zhǎng)樁、后短樁的順序進(jìn)行鉆孔施工。但需注意，鉆孔作業(yè)要等到鄰孔混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa后才能進(jìn)行。

鉆孔樁施工工序：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→制備泥漿→埋設(shè)鋼護(hù)筒→安裝鉆機(jī)→鉆孔施工→安裝鋼筋籠→灌注混凝土。

當(dāng)鉆孔灌注樁在鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中遭遇溶洞或裂隙地帶時(shí)，孔內(nèi)泥漿會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇下降。此時(shí)，若未能及時(shí)補(bǔ)充水頭，則需用片石、黏土等回填物對(duì)裂隙帶、溶洞等存在空洞和漏漿的位置進(jìn)行堵塞；同時(shí)，還要抬高水頭以保證孔壁側(cè)壓力增加。這是因?yàn)椋绻妆谇穳簳r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，孔壁側(cè)的土層便無(wú)法承受周?chē)翆雍偷叵滤膫?cè)壓力，從而引起埋鉆或護(hù)筒底部底層坍塌問(wèn)題，并造成護(hù)筒周?chē)孛嫦鲁?，?yán)重時(shí)甚至還會(huì)導(dǎo)致地面產(chǎn)生裂縫。

3.2 工藝流程

3.2.1 平整場(chǎng)地

施工開(kāi)始之前需提前平整好樁位處的場(chǎng)地，先對(duì)地面的雜草、樹(shù)根等雜物清除后，再利用小型壓路機(jī)壓實(shí)。若樁位處于軟基地段，則需先進(jìn)行清淤作業(yè)，再利用碎石土回填，最后再進(jìn)行推平壓實(shí)。

3.2.2 測(cè)孔定位

測(cè)量人員要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)樁位坐標(biāo)進(jìn)行放樣，并在此基礎(chǔ)上確定樁位，以準(zhǔn)確測(cè)量樁位中心（必須要反復(fù)多次測(cè)量、計(jì)算所放樁位換手），最終確認(rèn)無(wú)誤之后，仍需報(bào)給施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)理工程師進(jìn)行復(fù)測(cè)，只有待監(jiān)理工程師復(fù)測(cè)合格且簽字確認(rèn)，才能開(kāi)始進(jìn)行下道工序[1]。

此外，將護(hù)樁埋設(shè)在樁位的縱橫中心線上時(shí)，要盡可能確保護(hù)樁位置的精確性，以便施工時(shí)對(duì)孔位隨時(shí)校驗(yàn)。樁位放樣時(shí)，要在樁的周?chē)鄻吨行? m處分別設(shè)置護(hù)樁，方便隨時(shí)檢測(cè)樁中心、測(cè)定護(hù)筒頂標(biāo)高及控制鉆孔深度。值得注意的是，要加強(qiáng)護(hù)樁保護(hù)，并在其周?chē)Q立警示牌，嚴(yán)禁隨意破壞。

3.2.3 護(hù)筒埋設(shè)

在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)工作前，需提前挖除護(hù)筒周?chē)纳靶酝粒灭ば酝翆?duì)筒底以下0.5 m的位置進(jìn)行回填并夯實(shí)，再借助定位進(jìn)行控制樁的放樣，將鉆孔的中心位置標(biāo)注在孔底后，再將護(hù)筒放進(jìn)坑內(nèi)，然后，緩慢勻速移動(dòng)護(hù)筒，使得護(hù)筒中心位置和鉆孔的中心位置重合，之后將黏土分層回填在護(hù)筒周?chē)⑦M(jìn)行夯實(shí)，以求達(dá)到最佳的密實(shí)度。

3.2.4 鉆機(jī)就位、校正和鉆孔工藝

在對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行一定程度的平整夯實(shí)之后，才能進(jìn)行鉆機(jī)安裝。此做法可以更好地避免鉆孔時(shí)出現(xiàn)鉆機(jī)傾斜、下陷等問(wèn)題，進(jìn)而保障最終的成孔質(zhì)量。鉆機(jī)到位后，應(yīng)固定牢固，鉆孔作業(yè)開(kāi)始后嚴(yán)禁挪移鉆機(jī)。若施工時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)位置偏移，則應(yīng)在施工間隙對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以確保鉆錐起吊滑輪緣、鉆錐中心和樁孔中心三者在同一垂線上，穩(wěn)定好鉆機(jī)和扒桿攬風(fēng)繩。鉆進(jìn)作業(yè)開(kāi)始前，要重新復(fù)測(cè)樁位，確保無(wú)誤后才能施工。本橋施工的地質(zhì)情況特殊，故采用沖擊鉆與旋挖鉆2種鉆孔形式。

鉆孔深度達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求時(shí)，要安排人員利用籠式測(cè)孔器和驗(yàn)孔器檢查孔深、孔徑、孔傾斜度和孔底沉渣量，確認(rèn)各數(shù)值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)后，才能清理孔底并開(kāi)始準(zhǔn)備水下混凝土的澆筑工作。

鉆孔完成后，必須對(duì)孔深、直徑和傾斜度進(jìn)行再次檢測(cè)，保證傾斜度在1%內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，需注意最后進(jìn)行一次清孔，清理孔內(nèi)石渣、泥漿，以保證孔內(nèi)含泥量、含渣量和孔底沉渣均可符合設(shè)計(jì)及圖紙的要求。

3.2.5 鋼筋籠、導(dǎo)管的安裝及二次清孔

先檢測(cè)鉆孔，確保鉆孔內(nèi)部無(wú)明顯坍塌及孔壁側(cè)不存在影響鋼筋安裝的障礙物后，再將鋼筋籠吊裝至既定空位，利用人工牽拉方式進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，盡可能沿著豎直方向輕放、慢放。鋼筋籠入孔定位之后，容許偏差應(yīng)＜5 cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。

在地面上需先對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行平整對(duì)接，對(duì)接時(shí)應(yīng)注意對(duì)應(yīng)導(dǎo)管編號(hào)。導(dǎo)管直徑與樁徑及混凝土澆筑速度相適應(yīng)。導(dǎo)管長(zhǎng)度按孔深和工作平臺(tái)高度決定。導(dǎo)管接頭法蘭盤(pán)加錐形活套，底節(jié)導(dǎo)管下端不得有法蘭盤(pán)。采用螺旋絲扣接頭，設(shè)防松裝置。

將鋼筋籠安放到位且在進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)前，需要對(duì)孔底的沉淀厚度進(jìn)行再次檢查，若達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則需進(jìn)行二次清潔，直至符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止。

3.2.6 灌注水下混凝土、成柱

在進(jìn)行混凝土灌注作業(yè)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土未填實(shí)而含有空氣時(shí)，需緩慢、勻速灌入后續(xù)的混凝土，不能在短時(shí)間內(nèi)將整斗混凝土灌入漏斗和導(dǎo)管，避免促成導(dǎo)管內(nèi)高壓氣囊的形成，從而使其擠出管節(jié)間的橡皮墊導(dǎo)致導(dǎo)管漏水?；炷凉嘧⒆鳂I(yè)一旦開(kāi)始，就必須保證施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠的混凝土，若發(fā)現(xiàn)混凝土有流失，則應(yīng)快速灌注混凝土。

待孔樁灌注完成后，要使用原土對(duì)孔樁進(jìn)行回填，其余樁基礎(chǔ)則用預(yù)埋聲測(cè)管聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)質(zhì)量存在疑問(wèn)的樁，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)反復(fù)檢測(cè)。

4 施工安全及環(huán)境保護(hù)

1）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的雜物、障礙物進(jìn)行及時(shí)清理運(yùn)輸，所有進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的工具都要進(jìn)行安全檢查，合格后才能用于施工作業(yè)。

2）及時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地進(jìn)行硬化和綠化，嚴(yán)禁拋擲垃圾，積極配合環(huán)保部門(mén)進(jìn)行施工區(qū)域周邊環(huán)境的保護(hù)，對(duì)于施工過(guò)程中參與渣土運(yùn)輸?shù)能?chē)輛要即刻進(jìn)行沖洗，防止對(duì)路面造成污染。

3）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的古樹(shù)應(yīng)注意保護(hù)，若現(xiàn)場(chǎng)施工中發(fā)現(xiàn)文物、古跡時(shí)，則應(yīng)立即停止施工并上報(bào)有關(guān)單位，做好現(xiàn)場(chǎng)封鎖、相關(guān)物品隔離，待得到有關(guān)部門(mén)的明確回復(fù)后再進(jìn)行施工。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)國(guó)土遼闊，巖溶地貌發(fā)育較好，不可能完全繞開(kāi)巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁建造。只有弄清巖溶的分布、發(fā)育規(guī)律，認(rèn)真勘探、勘察并了解橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)地貌和環(huán)境后，進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，才能在最大程度上保證橋梁的成功建設(shè)和后期運(yùn)營(yíng)安全。在巖溶地區(qū)設(shè)計(jì)橋梁并進(jìn)行施工，難度較大，尤其是要全程跟蹤樁基施工的整個(gè)過(guò)程，還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和改變，使工程竣工能達(dá)到其設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求。