小董江特大橋巖溶區(qū)樁基施工技術研究

張崳銘（中國鐵道科學研究院，研究生，北京　100081；南寧鐵路局沿海鐵路擴能改造工程建設指揮部，工程師，廣西　南寧　530200）

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小董江特大橋巖溶區(qū)樁基施工技術研究

張崳銘
（中國鐵道科學研究院，研究生，北京100081；南寧鐵路局沿海鐵路擴能改造工程建設指揮部，工程師，廣西南寧530200）

摘要：介紹了在廣西沿海鐵路小董江雙線特大橋巖溶區(qū)樁基的施工過程中，結合橋梁樁基施工的特殊性，采用回填片石夾粘土復沖、鋼護筒跟進的施工方法對溶洞進行處理。保證了該橋樁基順利施工完成，為類似溶巖地區(qū)橋梁樁基施工提供借鑒。

關鍵詞：橋梁；巖溶；樁基；施工

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.02.020

廣西沿海鐵路擴能改造工程南寧至欽州北段的小董江雙線特大橋，橋梁地質(zhì)情況復雜，樁基位于巖溶較發(fā)育區(qū)，溶洞多發(fā)育成空溶洞，且絕大多數(shù)溶洞相互連通，橋梁樁基施工存在著地面塌陷的隱患。結合該橋樁基施工的特殊性，搜集溶洞區(qū)樁基施工的技術資料和施工經(jīng)驗，制定了溶洞區(qū)樁基施工方案，現(xiàn)場施工采用回填片石夾粘土復沖、鋼護筒跟進的施工方法對溶洞進行處理。

1　工程概況

小董江雙線特大橋屬于廣西沿海鐵路南寧至欽州北段擴能改造工程。孔跨布置為（43×32+2×24+ 19×32）m，全長2 090.098 m。全橋各墩樁基礎按柱樁設計，樁基設計為嵌巖樁，共有直徑1.25 m樁基533根，其中溶洞區(qū)樁基521根。溶洞區(qū)樁基巖質(zhì)均為灰?guī)r，地下巖質(zhì)變化大，每橋墩各樁基均有超前鉆鉆孔一個，但由于鉆孔偏小也不能完全反映出樁徑內(nèi)及邊樁外側巖質(zhì)的情況。

2　施工方案及方法的確定

由于本橋樁基地質(zhì)的特殊性，搜集相關溶洞區(qū)樁基施工的技術資料和施工經(jīng)驗，傳統(tǒng)的處理工藝有注漿填充溶洞法、人工挖孔法、靜壓化學灌漿法、套內(nèi)護筒法、回填片石粘土復沖法等〔1〕。根據(jù)本橋實際地質(zhì)情況和施工條件，鑒于注漿填充溶洞法不能一次性將地下溶洞全部處理完畢，施工工期長、費用高；人工挖孔法不適宜溶洞強烈發(fā)育區(qū)施工且施工風險高；靜壓化學灌漿法施工成本高等原因，最終決定采用回填粘土夾片石復沖和鋼護筒跟進配合使用處理溶洞區(qū)樁基的施工方案，該方案樁基鉆進施工過程中，發(fā)現(xiàn)地下溶洞后，根據(jù)泥漿液面下沉的速度、高差及孔壁質(zhì)量等參數(shù)，分別采用回填片石夾粘土反復沖擊、擠壓填充溶洞，鋼護筒跟進的施工方法對溶洞進行處理。

3　技術方案研究

在泥漿護壁沖擊鉆鉆孔施工過程中，若鉆進至溶洞部分，根據(jù)孔內(nèi)泥漿液面下沉的速度、下降高差及孔壁質(zhì)量等參數(shù)，來判斷所遇地下溶洞的大小及連通程度，分別采用回填片石夾粘土反復沖擊、擠壓填充溶洞，鋼護筒跟進的施工方法對溶洞進行處理。下面對不同的溶洞類型的判別方法和處理措施進行闡述。

3.1巖溶裂隙及小型溶洞的處理對巖溶裂隙及小型尺寸的溶洞，其危害性相對較輕，一般沖擊鉆孔施工通過巖溶裂隙發(fā)育密集段時，泥漿液面下沉的速度比較慢，高差變化不大，孔壁質(zhì)量相對完好，通常回填一定量粘土，經(jīng)反復沖擊，在鉆錘沖擊作用下擠入裂隙堵塞樁孔周邊溶蝕裂隙，同時也可以保持泥漿密度。3.2一般溶洞處理一般溶洞是指溶洞高度一般大于0.5 m小于4 m且連通性較差的溶洞。根據(jù)樁基超前鉆鉆探資料信息統(tǒng)計，在有此類溶洞的樁基鉆孔前，需在附近儲備大量粘土、片石，同時配備水泵和充足的泥漿，保證一旦漏漿，可以立即進行補漿。鉆孔施工過程中，要專人密切注意樁機底盤水平、巖樣和孔內(nèi)泥漿面的變化，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降劇烈、孔內(nèi)泥漿面高差變化較大、泥漿稠度、顏色發(fā)生變化或鉆進速度明顯加快又無偏孔現(xiàn)象時，表明已穿越溶洞頂進入此溶洞。對于空溶洞或半充填的溶洞，在擊穿洞頂之前，采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆〔2〕。根據(jù)上述孔內(nèi)變化判斷溶洞的大小和洞內(nèi)的填充物采取以下措施：首先應迅速用大功率泥漿泵補漿補水，同時及時提鉆，防止埋鉆，然后用鏟車及時將準備好的片石、粘土按約1:2的比例拋入，采用0.6~1.0 m小沖程輕砸，用樁錘擊碎后讓粘土和片石充分擠入溶洞內(nèi)壁發(fā)揮護壁作用，直至孔內(nèi)的泥漿停止下降，并隨補水補漿措施孔內(nèi)液面慢慢上升，此后可用沖錘進行適當擠壓，直至把樁基周圍的溶洞都填滿或堵死為止，只有當泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉入正常鉆進。粘土片石拋填數(shù)量可以根據(jù)以下公式估算:

V填=δ×β×h液×π×（d樁/2）2式中：V填為發(fā)現(xiàn)溶洞后需回填粘土片石體積；h液為發(fā)現(xiàn)溶洞后泥漿液面最終下降高度；d樁為鉆孔樁樁身直徑；

δ為液面下沉速度系數(shù)（根據(jù)泥漿液面最終下降高度與時間的比值確定，與樁身巖土滲透性、溶洞大小及連通程度有關），現(xiàn)場試驗取值為0.7~1.1。

β為拋填物虛實方轉換系數(shù)（拋填物為1:2的片石粘土摻和料，片石對此指標影響不大，可以忽略不計，粘土在沖擊鉆的沖擊下類似于“強夯”壓實粘土基礎，根據(jù)相關定額項目強夯粘土的系數(shù)為1.35~ 1.5之間，最終根據(jù)粘土所占比例計算），現(xiàn)場試驗取值1.23~1.33。

如此反復使鉆孔順利穿越溶洞，擊穿溶洞頂板后，要用沖錘以0.3 m~0.6 m的小沖程將溶洞頂板處的樁孔修理圓滑，以防卡鉆、內(nèi)護筒及鋼筋籠。若溶洞內(nèi)進尺過快，則在孔底已穿過溶洞底后，再次提升鉆頭，投入片石、粘土，重新進行沖砸，使塊石與粘土在溶洞內(nèi)擠密形成一道環(huán)壁，保證成孔質(zhì)量。每遇到一層溶洞，無論是否漏漿，是否為充填溶洞均應向孔中投入一定數(shù)量的比例為1:2的片石、粘土，然后用小沖程沖擊投下的混合物，使其擠入裂隙、溶洞內(nèi)，如此反復操作，多次擠入溶洞通道固壁。在鉆進過程中，應適當增加粘土數(shù)量，提高泥漿密度。若溶洞充滿后孔內(nèi)有漏漿現(xiàn)象，可拋填水泥包、粘土包并用小沖程擠壓，使水泥與泥漿混合填充在漏漿的縫內(nèi)，使縫隙飽滿，待水泥與泥漿凝結后再恢復沖進。

3.3大型溶洞的處理遇到特大型空溶洞或半充填的溶洞時，孔內(nèi)泥漿液面下沉速度急劇、高差明顯、孔壁質(zhì)量損壞嚴重，情況嚴重時還會導致塌孔、地面沉降、塌陷等危及人身財產(chǎn)安全的失控現(xiàn)象，對于此類溶洞需采取鋼護筒跟進法。穿越大型空溶洞或半充填的溶洞時，為防止漏漿造成孔壁坍塌等不良后果，采用護筒跟進法可達到較好的效果〔3〕。溶洞樁基鋼護筒跟進法見圖1所示。

圖1　溶洞樁基鋼護筒跟進

3.4多層溶洞（串洞）處理多層溶洞，俗稱串洞，它由小型和一般溶洞層疊組成，串洞是本橋樁基巖溶區(qū)樁基的顯著特點之一。鉆進至多層溶洞時，孔內(nèi)泥漿液面下沉速度緩慢、但下降高差明顯。對于此類溶洞一般的處理方法為根據(jù)孔內(nèi)各項參數(shù)的變化情況，判斷所遇溶洞的層數(shù)、大小和填充物的情況，采用粘土夾片石、鋼護筒跟進相結合的方法進行分層或整體處理。樁基開鉆前，根據(jù)工程鉆孔柱狀圖，預先確定粘土、片石及鋼護筒的數(shù)量。

3.5溶洞區(qū)樁基施工常見病害處理。

3.5.1卡鉆事故處理卡鉆事故的引發(fā)原因很多，其中主要原因是對溶洞分布情況不明確，在鉆到離溶洞頂板很近時采用高落程沖擊，使鉆頭沖破溶洞頂板巖石，鉆頭傾斜，卡在溶洞頂板巖石的不同部位。遇到卡鉆時不能慌張，嚴禁強行提拉，野蠻施工，以防塌孔、埋鉆。卡鉆后應該根據(jù)鉆頭所處位置采取不同措施，若頂板巖石中部，可緩緩上下活動鉆頭，待松動后慢慢提出；若斜卡在頂板巖石中，可自制簡易正繩器，將鉆頭拉正，緩緩提起；若卡在頂板巖石下部，則可利用大鉆頭上下松動，由下向上頂撞的辦法，輕打卡點的石頭，將頂板巖石破掉后提出。3.5.2掉鉆事故處理掉鉆事故主要是主繩和鉆頭轉向鼻兒斷裂引起的，因此要經(jīng)常檢查。遇到鉆頭提不上來時，不要強行提拉。掉鉆后要及時摸清情況，鉆頭上要事先安裝保險繩，保險繩要牢固可靠。若泥漿太濃或泥渣太厚導致鉆錘被沉淀物或塌孔土石覆蓋，應首先清空吸泥，使打撈工具能接觸到鉆錘。先用側錘探測鉆錘在孔底的情況，用打撈鉤放至孔底，鉤住鉆錘保險繩再提起。如果鉆錘傾倒，可派潛水員帶鋼絲繩潛至孔底，將鋼絲繩拴在鉆錘頂上，再將鉆錘提起，如果鉆錘頂朝下，只能將鋼絲繩捆綁在鉆錘的爪山上，再將鉆錘提起。在施工過程中掉鉆以預防為主，經(jīng)常檢查，及時檢修，消除隱患。3.5.3埋鉆事故處理埋鉆分兩種情況：一是沉渣埋鉆，二是塌孔埋鉆。要避免沉渣埋鉆就不能使鉆頭長時間停留在孔底不動，保持上下活動，使得泥漿不斷地循環(huán)，這樣就能防止沉渣埋鉆的現(xiàn)象發(fā)生。若發(fā)生塌孔埋鉆，最主要的是將主繩保住，利用回旋鉆機掃孔和“反沖法”將鉆頭提起。

3.5.4塌孔處理塌孔主要是由于漏漿嚴重、補漿不及造成的，采用護筒跟進能有效地防止塌孔事故。塌孔的主要預防措施是保持泥漿濃度和水面高度，采用小沖程鉆進，保證鉆機和鉆架安裝穩(wěn)定可靠。塌孔經(jīng)常引起鉆機傾翻，主要原因是由于樁位處地面強度不高，當孔內(nèi)發(fā)生局部坍塌后引發(fā)地面塌陷，造成鉆機傾翻。有效預防措施是加大鉆機地盤，擴大鉆機與地面的接觸面積，減少孔口局部壓力。

4　性能指標與國內(nèi)外同類技術比較

該溶洞區(qū)樁基施工方案總體性能指標較高，具體表現(xiàn)為：

1）溶洞處理的工程材料方便可取。溶洞處理的工程材料為粘土、片石和鋼護筒，粘土、片石為普通地材，購買、獲取途徑相對簡單，材料價格較低；鋼護筒也非罕見材料，根據(jù)樁基設計數(shù)據(jù)直接購買或者定制符合施工參數(shù)要求的鋼護筒。

2）本施工工藝能保證成樁質(zhì)量。經(jīng)第三方樁基檢測單位檢測，小董江雙線特大橋樁基共計533根，Ⅰ類樁531根，Ⅱ類樁2根，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

3）該方案在一定程度上能縮短施工周期。本工藝是在進行樁基鉆孔的同時對溶洞進行處理，比傳統(tǒng)工藝中的先注漿填充溶洞再進行樁基鉆孔的工藝，能在一定程度上縮短工期。

4）該溶洞處理方法能較大節(jié)約工程成本。注漿溶洞處理工藝是在樁基鉆孔前對地下的溶洞進行注漿填充處理，其注漿的位置、深度和注漿工程量不容易事前確定，且遇到地下連通的空溶洞時，注漿工程量會急劇，大大增加了溶洞處理的成本。本溶洞處理工藝是在沖擊鉆鉆孔過程中，發(fā)現(xiàn)溶洞后再對溶洞進行處理，一定程度上避免了溶洞處理的盲目性，節(jié)約工程成本。

5　結束語

該橋梁樁基溶洞處理方案實踐操作簡單，成本相對較低，溶洞處理的工程材料方便可取，在一定程度上能縮短工程周期，適于在橋梁工程溶洞區(qū)樁基施工推廣應用。

參考文獻：

〔1〕謝煜新，張鳳程.溶洞地區(qū)橋梁樁基施工方法〔j〕.公路與汽運，2004，（2）:94-96.

〔2〕胡蓉.高速鐵路巖溶地質(zhì)條件下鉆孔樁施工工藝試驗研究〔j〕.鐵道技術監(jiān)督，2009，（37）：23-25.

〔3〕阮剛，李明英.廣河高速公路茶湖高架橋溶洞區(qū)鉆孔灌注樁施工技術〔j〕.中小企業(yè)管理與科技，2011，（4）：207-208.

文章編號：1006-8686（2015）0058-03

文獻標識碼：A

中圖分類號：U445.55+1