廣珠鐵路巖溶地區橋梁樁基礎施工技術

程文才

(廣珠鐵路有限責任公司，廣東廣州 510620)

1 工程概況

廣珠鐵路江村站～DK21+285段線路位于廣州市江高鎮及佛山市里水鎮，該區域為巖溶發育地區，溶洞高度最大為61 m，屬于地質災害危險性大的區域。該區域的橋梁主要包括京廣上行改線特大橋(緊鄰京廣鐵路干線，橋全長1 063 m)、廣清高速特大橋(從江高私企試驗區穿過，橋全長748 m)、白坭河特大橋(部分緊靠民居、工業廠房及佛山一環高速公路，橋全長16 839 m)等幾座橋梁。該區域橋梁墩臺基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑根據不同情況分別采用1.0 m、1.25 m、1.5 m、2.5 m;樁長由10.5～91.5 m 不等。

2 施工技術方案

2.1 巖溶基本情況及分析

從白坭河特大橋、廣清高速特大橋及京廣上行改線特大橋的地質情況綜合分析，該區域地質情況主要有如下特點:

①地表覆蓋層靈敏度高，承載力低。地表覆蓋層上部為第四系沖洪積的軟土層，具流塑狀、高壓縮、高靈敏度、承載力低等特點;中部為砂類土層，有不同程度的可液化性，部分砂層較厚;如廣清高速特大橋21號墩5號樁，上部覆蓋23.3 m厚的砂層，下部埋藏3層溶洞。

②巖溶發育，情況復雜。基巖多為灰巖，基巖面起伏較大，巖溶發育，溶溝溶槽發育，溶洞大小不一，埋深差異較大，部分呈串珠狀發育，分為充填、半充填或未充填的溶洞，且溶腔頂板很薄。例如白坭河特大橋5號墩，共8根樁，鉆探顯示均有溶洞，其中6根溶洞深度在50 m及以上，5號樁的溶洞高度更高達61 m。

③地下水發育，巖溶水分布復雜。地下水類型主要為孔隙潛水及基巖巖溶水，地下水埋深多為1～5 m，受潮汛影響，地下水位晨夕變化較大，水頭差2～3 m左右。下部巖溶水分布復雜，可溶巖埋藏較深(一般大于20 m)，巖溶發育極不均勻，補給邊界復雜，與上部孔隙潛水的水力聯系較復雜。

根據該區域地質情況特點分析，橋梁樁基施工過程中，在溶洞的部位易產生漏漿、偏錘等現象，溶洞頂板被擊穿后，在上部孔隙潛水與下部巖溶水間水頭差的作用下，鉆孔樁附近地下水位會發生變化，上部砂層極易在短時間內漏失到溶腔內，并在上部覆蓋層內形成土洞，引發樁孔附近地表塌陷。當樁孔附近地下水位發生較大變化時，因地下巖溶及部分地段土洞發育，當溶洞之間連通性好時在地下水降落漏斗影響半徑范圍內的周邊地表極易引發塌陷，危及地表建筑物及構筑物安全。

該段地質情況復雜，周邊建筑物及構筑物對地層穩定敏感，社會關注程度高，因此該區段橋梁樁基礎的施工方案必須進行充分研究，根據地質鉆探揭示的地質情況，制訂有針對性的施工方案，并在施工過程中根據現場實際情況，隨時修訂施工方案，防止各類安全、質量事故的發生。

2.2 樁基礎施工技術方案

橋梁鉆孔樁施工設備主要有沖擊鉆機、旋挖鉆機及套管鉆機。根據以往的施工經驗，綜合分析地質情況，該區域橋梁墩臺鉆孔樁基礎均采用沖擊鉆機成孔。主要樁基礎施工技術方案如下。

(1)厚覆砂層處理:對表層為較厚的松散或稍松的粉砂層和淤泥層，且承載力小于等于100 kPa的地層(承載力根據地質資料確認)，施工時采用鋼護筒跟進，承臺以下長度不大于8 m，當其厚度小于8 m，穿過即可。

(2)溶洞處理:遇有溶洞且洞內有填充物時，對溶洞采取提前注漿處理以固結填充物;遇有溶洞且洞內無填充物時，當溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞為串聯溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，對溶洞采取回填片石夾黏土處理;遇有溶洞且洞內無填充物時，當溶洞高度大于2 m，采用鋼護筒跟進至溶洞底部。

(3)鄰近敏感點處理:距既有建筑物或距京廣線坡腳小于10 m的樁基礎施工時，采取鋼護筒跟進穿過砂層至不透水層;如巖層上為砂層，跟進到巖面，如巖面以上為不透水的土層，只需穿過砂層進入土層1 m即可。

(4)偏孔、斜孔處理:地質資料顯示巖面起伏較大，施工容易產生偏孔、斜孔的樁，在沖孔過程中遇偏孔、斜孔時采用回填片石進行修孔處理。

(5)鋼護筒壁厚:0～4 m時采用4 mm;4～6 m時采用6 mm;6～10 m時采用8 mm;10～20 m時采用10 mm;20～30 m時采用12 mm;30～40 m時采用14 mm;大于40 m時采用16 mm。鋼護筒直徑一般為樁徑+40 cm。

2.3 施工管理措施

(1)逐樁制訂施工方案，做到“一樁一圖一表一方案”。

開鉆前，詳細了解地質狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應施工方案提供詳實依據。對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。依據上述分析的各樁地質資料，編制詳細的地質地層表，制訂各樁詳細的施工方案，包括相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施，確定詳細的施工工藝參數，做到“一樁一圖一表一方案”。

(2)加強隱患排查和測量監控，堅持信息化施工。

鉆孔樁施工過程中，堅持信息化施工。制訂測量監控專項方案，成立專門的監控小組，設置高程控制觀測點，加強對原地面、既有建筑物及鉆孔樁作業平臺的高程測量控制，尤其是注漿加固施工過程中，加強地面觀測記錄(冒漿點位置、水平位移、地面變化等)，并及時分析測量監控數據，發現異常及時分析原因，采取相應措施，避免危及地表建筑物及構筑物安全。

鄰近50 m范圍內涉及到的廠企，開鉆前及時通知，在施工過程中加強場內檢測和隱患排查，24 h值班，以確保及時發現隱患并有效處理。

3 施工實施方案及應用實例

3.1 穿過砂層直接嵌巖樁基礎施工

對表層為較厚的松散、稍松的粉砂層和淤泥層的樁基礎施工，鋼護筒跟進長度不小于4 m，不大于8 m;對未跟進鋼護筒的砂層部分，采取優質泥漿護壁，泥漿比重也適當調高，并加強泥漿性能的檢測控制，及時調整泥漿比重，保持泥漿護壁穩定。一般情況下，施工過程中泥漿比重為1.3～1.4，黏度23～28，含砂率3% ～5%;灌注樁基礎混凝土前進行清孔，將各項指標調整至規范允許范圍。當遇到裂隙或發生孔壁坍塌時，會出現漏漿現象，此時應立即往孔內補充漿液，并同時投入預先準備的片石和黏土。

如廣清特大橋23號墩8號樁基礎穿越砂層后直接進入巖層，開孔孔內造漿實測泥漿比重1.4，黏度27，含砂率5%;沖進過程中泥漿比重1.3～1.4，黏度25～27，含砂率約3.5%;灌注混凝土前進行清孔，泥漿比重1.1，黏度20，含砂率1%。

3.2 穿過砂層和溶洞的樁基礎施工

穿過砂層和溶洞的樁基礎施工，穿過砂層的處理方案與3.1基本一致，對溶洞的處理主要采取以下三種方案。

(1)回填片石夾黏土方案及應用實例

遇有溶洞且洞內無填充物時，當溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞為串聯溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，對溶洞采取回填片石夾黏土處理;對溶洞高度大于2 m，但鋼護筒難以下沉至要求深度時，也可采用此方案。回填片石夾黏土分擊穿溶洞頂板前及擊穿溶洞頂板后兩種情況。

擊穿溶洞頂板前，當沖孔至溶洞頂板約1 m時，回填高約2 m的片石夾黏土，采用小沖程的施工工藝進行沖孔，目的是形成比較穩固的孔壁，減少擊穿溶洞頂板后泥漿下降帶走的孔壁土體，保持孔壁的穩定。

擊穿溶洞頂板后，孔內泥漿面將突然下降，應立即向孔內補充泥漿，同時回填片石夾黏土。回填高度視溶洞大小而不同，一般回填至溶洞以上5～10 m。回填穩定后，采用小沖程繼續沖進。由于溶洞的復雜性及不確定性，回填的次數也有很大差別，如廣清特大橋1－6號樁擊穿溶洞頂板后回填3次，而廣清特大橋21－5號樁則先后回填了9次方成孔。

廣清特大橋21－5號樁基礎共有3層溶洞，埋深分別為28.4 m、31.1 m、34.2 m，溶洞高度分別為1.6 m、1.0 m、6.8 m。現場采用回填片石和黏土成孔法施工，先后回填9次，共回填片石及黏土113 m3。

(2)壓力注漿方案及應用實例

遇有溶洞且洞內有填充物時，對溶洞采取提前注漿處理以固結填充物;根據地質鉆探資料揭示溶洞裂隙較多，在樁基礎施工可能發生嚴重漏漿或塌陷的也應采取壓力注漿進行預處理。

壓力注漿一般在樁基礎的周邊布設4個鉆孔進行注漿，若溶洞較大，或根據地質鉆探資料揭示溶洞分布范圍較廣，應增加注漿孔的數量和擴大注漿預處理的范圍。注漿水泥漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，注漿壓力一般控制在0.3～0.5 MPa之間。當注漿孔距離既有建筑物較近時，水泥漿中添加5%左右的水玻璃(并可適當加大水泥漿中水玻璃的摻量)，注漿壓力按0.3 MPa控制，以降低注漿對建筑物基礎的壓力。在注漿過程中，如遇較大空洞或巖溶強烈發育時，可在水泥漿中摻入砂和粉煤灰等。

白坭河特大橋68號墩坐落在排洪槽中，地質鉆探資料顯示溶洞高度在0.2～3.95 m之間，溶洞裂隙分布較廣。由于對此墩地質情況認識不足，剛開始進行樁基礎施工時，未進行注漿預處理即直接進行樁基礎鉆進施工，導致出現3次比較嚴重的坍孔，先后3個鉆孔皆不能成孔。后采用繡花管進行注漿預處理，每個樁位周邊各布設4個注漿孔，孔徑80 mm，孔深達到最深溶洞的底部，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa之間，注漿使用水泥36 t。注漿預處理自2010年7月9日開始鉆孔，至7月27日注漿結束，8月4重新開孔鉆進，至11月15日8根樁皆順利成樁。

(3)鋼護筒跟進方案及應用實例

實際施工經驗表明，采用鋼護筒跟進法處理溶洞，能取得較好效果。對于溶洞高度大于2 m且洞內無填充物時，采用鋼護筒跟進至溶洞底部的方案。

鋼護筒采用鋼板卷制，鋼板厚度根據跟進深度確定，鋼護筒內徑比樁設計直徑大30～40 cm，一般采用打樁機或振動錘(功率一般60 kW或90 kW，二級跟進一般采用180 kW)下沉鋼護筒，鋼護筒理想打入深度應下沉至巖層。當覆蓋層較厚，摩擦阻力過大，下沉有困難時，下沉至機械能打入的最大深度。樁機沖孔過程中可能會使得鋼護筒下陷，遇到此類情況應及時跟進鋼護筒，直至護筒沉陷達到穩定狀態。對多層溶洞，無法一次跟進至最底層溶洞底部，可采用擴孔后振動錘振動下沉鋼護筒至溶洞底部，或跟進多級鋼護筒至溶洞底部的處理方案。

白坭河特大橋40－9號樁樁徑2.5 m，樁長73.24 m，地面高程3.19 m，共2層溶洞，高度分別為4.65 m和5.2 m，溶洞底高程分別為－44.3 m和－52.67 m，溶洞內無填充物。施工中采用二級鋼護筒跟進，壁厚1.6 cm，第一級鋼護筒直徑2.9 m，跟進48 m;第二級鋼護筒直徑2.7 m，跟進56 m。鋼護筒跟進采用雙夾180 kW震動錘(型號DZ180)施打。鋼護筒跟進后于2009年3月30日重新開孔，至5月10日完成樁基混凝土灌注。

巖溶地區樁基礎施工過程中，對情況特別復雜的樁基礎，應根據現場實際情況，綜合采用以上方法進行施工。如白坭河特大橋5號墩，地質情況異常復雜，溶洞縱橫交錯，最大溶洞高達61 m，在施工過程中漏漿、塌孔等情況經常出現，在實際施工中綜合采用了壓力注漿、鋼護筒跟進、回填片石夾黏土等方案。

4 施工注意事項

(1)加強施工前對溶洞及墩周邊地基的預處理。主要包括壓漿、回填灌砂并壓力注漿固結、填充混凝土等措施。

(2)杜絕抽水，保持樁孔內泥漿水頭不變。除施工單位不能抽取地下水作為施工用水外，同時要求各鄰近建筑物的權屬單位在施工期間停止抽水，減少水頭變化對巖溶的擾動。當孔樁內泥漿流失時，及時補充水頭，保持鉆孔樁泥漿水頭穩定。

(3)根據不同地質情況，控制好施工過程中的沖程。開孔前，用0.5 m低錘快打，保持泥漿黏度;黏土層中，采用0.5～1 m沖程，同時經常清理鉆頭上的泥塊;砂土層，采用0.5～1 m沖程，并需拋黏土塊;砂卵層中，采用1～2 m沖程，鉆孔時需勤掏渣;基巖中，采用1.5～2.5 m的較高沖程。

鉆孔作業應分班連續作業，各作業班組應詳細作好鉆孔記錄，并每鉆進1 m和地質變化處留取1組鉆碴樣本，如發現鉆碴取樣與地質資料明顯不符時，應及時聯系監理工程師及設計單位研究處理。

(4)施工前，對距離建筑物較近的墩位側的地基采取必要的防護措施，減少對地下水的擾動，保持地層穩定。施工過程中，加強對地下水位和鄰近建筑物及構筑物變形的觀測。

5 結束語

目前，該巖溶區域的橋梁已全部施工完畢，施工過程中未發生危及既有鐵路運營安全及周邊群眾生命財產安全的情況，滿足了廣珠鐵路的工期要求，收到了良好的效果。從施工過程積累的經驗看來，各種處理方案要根據不同的巖溶類型、巖溶發育程度、地下水和巖溶水的特點，以及現場施工過程中出現的具體情況靈活應用，方能收到安全、快速、優質的最佳效果。

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