淺談橋梁超長(zhǎng)樁基穿越深覆蓋層空洞處理技術(shù)

鄧濤

摘 要：針對(duì)重慶巫溪地區(qū)多為丘陵、山嶺堆積體、孤石形成的洞室地區(qū)，其地形、地貌和水文地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，以巫鎮(zhèn)高速公路項(xiàng)目西溪河特大橋11#、12#、13#墩超長(zhǎng)樁基施工為實(shí)例，解決工程施工中遇到的堆積體、孤石形成的洞室地質(zhì)條件下，樁基礎(chǔ)施工空洞處理技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)樁基;深覆蓋層;空洞;處理技術(shù)

1 工程概況

巫鎮(zhèn)高速公路項(xiàng)目西溪河特大橋單幅橋面凈寬12.5 m，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)，橋軸線方向18°。左幅起訖點(diǎn)樁號(hào)為ZK17+651～ZK18+713，橋長(zhǎng)1 062 m，設(shè)計(jì)中心里程樁號(hào)ZK18+180。右幅起訖點(diǎn)樁號(hào)為YK17+633～YK18+727.5，橋長(zhǎng)1 094.5 m，設(shè)計(jì)中心里程樁號(hào)YK18+184.5。

11#、12#、13#下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、樁基礎(chǔ)。左線樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度分別為76 m、92 m、72 m，左線樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度分別為52 m、92 m、80 m。

2 地質(zhì)條件

橋址區(qū)左側(cè)存在一處特大型滑坡，除此之外橋址區(qū)存在堆積體、孤石形成的洞室、地下洞室等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3 不同洞室的處理方案

3.1 小型洞室的處理

鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，遇到小型洞室時(shí)，常采用傳統(tǒng)的回填粘土沖孔固壁法。

（1）沖擊鉆進(jìn)時(shí)，要注意樁孔內(nèi)泥漿水平位置發(fā)生的變化。當(dāng)泥漿水平位置下降明顯時(shí)，需及時(shí)補(bǔ)充泥漿。（2）將提前準(zhǔn)備好的黃粘土放在鉆機(jī)旁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿面下降時(shí)，立即用施工機(jī)械向樁孔內(nèi)放入備好的粘土，回填高度應(yīng)超過2 m。然后采取低提慢進(jìn)、控制好節(jié)奏的操作，再次沖孔并重新造漿，通過沖孔將洞室堵住。（3）若再次漏漿，重復(fù)之前的方法，不斷回填和沖孔，直至達(dá)到滿足填塞孔洞和固壁的要求，然后一直鉆進(jìn)至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。（4）在鉆進(jìn)過程中，如果出現(xiàn)大面積塌孔或泥漿快速流失，并且出現(xiàn)原泥漿面超過2 m的下降，則說明鉆孔施工中擊破了原超前探測(cè)未發(fā)現(xiàn)的洞室，其已形成中型或者大、特大型洞室，應(yīng)按以下方法處理。

3.2 中型洞室的處理

中型洞室的處理：片石加粘土堵洞筑壁法。

（1）提前熟悉超前鉆探和工程地質(zhì)資料，在預(yù)知有中型洞室時(shí)，需注意鉆機(jī)作業(yè)場(chǎng)地是否水平，碴樣、孔內(nèi)泥漿水平面是否正常等情況，需要配置專人來密切觀察其變化。

（2）從開始鉆孔到擊穿洞頂前，如果使用較大沖程會(huì)導(dǎo)致沖擊錘卡住，建議整個(gè)過程使用較小的沖程施工，逐步擊穿洞頂。

（3）一旦察覺泥漿表面降低，并且孔中的泥漿水平位置、泥漿粘度和顏色同時(shí)發(fā)生變化，鉆孔速度不斷增大，同時(shí)沒發(fā)生偏孔現(xiàn)象，說明已經(jīng)通過了洞頂進(jìn)到了洞室。

（4）在施工時(shí)，為防止出現(xiàn)沖擊錘被填充物埋住等情況，此時(shí)應(yīng)提升沖擊錘，并使用大型泥漿泵采用大功率輸出快速為孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿。

（5）在泥漿中適當(dāng)增加粘土含量使泥漿粘度應(yīng)保持在19 s～28 s范圍內(nèi)。

（6）用施工機(jī)械將之前按3：7的比例備好的片石和粘土投入鉆孔內(nèi)。根據(jù)洞室的垂直高度來增加，按照多次少量的方法，總的增加量應(yīng)超過洞室高度2 m以上。

（7）鉆進(jìn)時(shí)，采用較小沖程鉆進(jìn)，使用鉆錘破碎粘土和片石，并將其擠入洞室。

（8）待孔內(nèi)泥漿液面下降停止，并緩慢上升時(shí)，再增加鉆進(jìn)沖程，沖擊并擠壓注入的填料，保證洞室全部堵塞。在洞室內(nèi)鉆進(jìn)過程中，根據(jù)進(jìn)尺快慢來選擇與之成正比的碎石和粘土投入量，盡量每次投放超過5 m3以上，重復(fù)多次投放。

（9）如果洞室存在很多較大縫隙，雖經(jīng)過多次封堵，但大多還會(huì)再次出現(xiàn)孔洞坍塌，證明原來的粘土、片石填充物仍沒有徹底并且有效地將洞室封堵。為提高洞室封堵的固結(jié)強(qiáng)度，降低塌孔風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)再分批加投袋裝水泥，在回填深度范圍內(nèi)，每米投放至少3袋水泥。

（10）當(dāng)泥漿不在產(chǎn)生流失現(xiàn)象后，即可正常鉆進(jìn)。

（11）洞室頂板和底板被貫通后，洞室頂板和底板的樁孔應(yīng)用鉆錘修圓，防止卡鉆和卡鋼筋籠。

3.3 大型洞室的處理

3.3.1 片石水泥土造漿法

對(duì)于由多層小型洞室組成的大型洞室、單層填充式洞室采取此預(yù)案進(jìn)行施工。

（1）若遇施工此類洞室時(shí)，不僅要保證上述中型洞室處理的第一條辦法有效實(shí)施，還應(yīng)該加大重視力度，配備足夠的專業(yè)人員，更好的保證施工順利進(jìn)行。（2）鉆至洞頂前，用小沖程將洞頂逐漸擊穿，以防沖擊錘被卡住。若察覺泥漿泄漏，說明洞頂已擊穿。迅速使用泥漿泵補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿，以免孔壁坍塌。同時(shí)立刻向孔內(nèi)拋投5 t左右袋裝水泥。（3）然后，將厚度約3 m～5 m的粘土和片石混合物填入孔中，土石比為1：1，樁徑為1.8 m，則每個(gè)孔的單次輸入量約為8 m3

～12 m3，以填充至洞室頂以上不少于3 m為準(zhǔn)。（4）漏漿停止后重新開始鉆進(jìn)。仍采用小沖程鉆進(jìn)，使鉆錘能將水泥、粘性土、片石混合體等破碎后擠入洞壁，起到加固保護(hù)內(nèi)壁的效果。（5） 在水泥終凝時(shí)間之前，沖孔至漏漿位置，然后停鉆約4 h，直至凝固后的混合漿液將漏漿位置封堵。

3.3.2 混凝土灌注護(hù)壁二次成孔鉆進(jìn)法

其中某些大型洞室內(nèi)為流塑狀充填物或洞內(nèi)存在涌水跡象。將產(chǎn)生較大側(cè)壓力且自穩(wěn)性較差。采用混凝土灌注護(hù)壁二次成孔鉆進(jìn)法來處理。

（1）按照大型洞室類型施工后，擊穿洞頂過后，為防止泥漿被稀釋，降低泥漿護(hù)壁效能，造成孔壁坍塌，應(yīng)加大泥漿比重，并隨時(shí)準(zhǔn)備補(bǔ)充漿液。（2）鉆孔至洞底后，在不清孔的情況下，將水下混凝土灌注至洞頂以上1.0 m處。（3）等混凝土強(qiáng)度超過70%后，再重新開始鉆進(jìn)。

3.4 特大型洞室處理

3.4.1 粘土水泥片石造漿法

對(duì)于填充式特大型洞室及多層中小型洞室組成的特大型洞室，仍可以采用前述粘土水泥片石造漿法。

3.4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

為避免大型塌孔事故，降低成樁風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)空孔且孔頂基巖厚度小于3 m或頂?shù)馗卟钚∮?0 m的大型洞室，建議采取護(hù)筒跟進(jìn)施工法。

（1）鋼護(hù)筒加工：孔深15 m和15 m～30 m時(shí)，分別用12 mm和14 mm厚鋼板加工鋼護(hù)筒。護(hù)筒每節(jié)長(zhǎng)度為4 m，要求護(hù)筒內(nèi)徑大于樁徑10 cm。護(hù)筒總長(zhǎng)度L≥（h+H）m（h為洞室高度，H為洞頂?shù)匠^地面1.5 m的距離）。為滿足鋼護(hù)筒整體垂直度要求，必須嚴(yán)格控制單節(jié)護(hù)筒的加工尺寸，使焊縫與護(hù)筒豎直方向垂直，且焊縫處加焊5 cm寬的鋼帶，施工中必須精確控制每節(jié)下沉護(hù)筒的垂直度。（2）護(hù)筒的下沉：護(hù)筒放置完成后其高程、頂面水平和垂直度滿足要求，當(dāng)沖擊通過洞頂時(shí)，必須在洞頂厚度范圍內(nèi)緩慢、反復(fù)提升沖錘，使洞頂部成孔圓滑、豎直。此時(shí)將鋼護(hù)筒下沉到孔底。在遇到其他情況時(shí)，可以考慮利用振動(dòng)錘來下沉鋼護(hù)筒。（3）鋼護(hù)筒跟進(jìn)至空洞底以下至少2 m，然后按常規(guī)方案鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高。

3.5 穿越洞高很大且為流塑狀填充物洞室

這種類型洞室如果就單獨(dú)回填粘土、片石或礫石后，鋼護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，可能會(huì)導(dǎo)致流塑狀填充物夾雜著回填物涌入樁孔內(nèi)，使清孔困難，并且在灌樁過程中容易發(fā)生斷樁的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生巨大的質(zhì)量隱患。

因此，通過大型流塑狀充填物洞室時(shí)，到達(dá)洞底后不必清孔，即向洞內(nèi)灌注水下混凝土到達(dá)洞頂約0.5 m，待混凝土凝固達(dá)到7d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度后再重新鉆孔，所灌入的混凝土將在樁孔周圍形成一個(gè)圓型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止流塑狀填充物涌入樁孔或大量混凝土流失造成斷樁。

4 結(jié)束語

針對(duì)該項(xiàng)目的超長(zhǎng)樁基穿越深覆蓋層空洞處理技術(shù)總結(jié)非常有意義，同時(shí)也為將來同環(huán)境下樁基施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，積累了相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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