淺析巖溶地區(qū)串珠溶洞橋梁超長(zhǎng)樁基施工

李興業(yè)

(廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司， 廣東 廣州 510000)

0 前言

由于該項(xiàng)目地區(qū)多為深層串珠溶洞，且一般為半填充溶洞，在設(shè)計(jì)勘察后，設(shè)計(jì)樁基設(shè)計(jì)長(zhǎng)度普遍超過60m，為嵌巖樁基。在巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁鉆孔樁施工過程中，極易發(fā)生漏漿、塌孔、卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象，威脅施工安全，影響施工質(zhì)量，制約施工進(jìn)度。廣佛肇高速公路小湘互通主線橋地處灰?guī)r地區(qū)，溶洞發(fā)育，在樁基施工過程中，多次出現(xiàn)漏漿、塌孔及地面塌陷事故，嚴(yán)重影響了樁基施工進(jìn)度及成樁質(zhì)量，同時(shí)對(duì)作業(yè)人員人身安全造成了極大的威脅。在嘗試片石黏土回填、灌注水泥砂漿等多種處理方法未取得明顯成果后，重點(diǎn)采用了鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工工藝。

1 工程概況

小湘互通主線橋?yàn)榭缭诫p龍旅游區(qū)規(guī)劃而設(shè)置，由于景區(qū)規(guī)劃要求，高速公路跨越該地區(qū)段全部設(shè)計(jì)為橋梁。橋梁變寬，本橋平面位于R=1300m的圓曲線上，縱斷面位于R=29998.4m的豎曲線上，本橋上部構(gòu)造采用5×25.5+12×25預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支小箱梁，下部構(gòu)造橋墩采用普通雙圓柱墩，橋臺(tái)均采用樁柱式臺(tái)，墩臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)，橋梁全長(zhǎng)430.3m，共6聯(lián)。

根據(jù)逐樁鉆勘察結(jié)果，小湘互通主線橋樁基基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，橋位處遍布溶洞，樁位處溶洞占比率高達(dá)40%以上，且溶洞形狀各異，錯(cuò)落無序；溶洞大小不一，從0.2m到17.5m不等，埋深差異較大；溶洞多為半填充型，部分為填充型或無填充型，多呈多層串珠狀溶洞。溶洞覆蓋層普遍超過20m，地層結(jié)構(gòu)多為素填土、卵石土、粉質(zhì)粘土等。下部基巖為灰?guī)r，基巖面起伏較大，巖溶發(fā)育，溶溝溶槽發(fā)育。地質(zhì)情況十分復(fù)雜，屬于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大的區(qū)域。在小湘互通主線橋樁基施工過程中，多次處出現(xiàn)漏漿、塌孔現(xiàn)象，嚴(yán)重影響樁基施工進(jìn)度及施工人員作業(yè)安全。

2 施工措施

2.1 單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工

鋼護(hù)筒采用采用A3鋼板卷制，通過樁位地質(zhì)勘察報(bào)告，分析各樁基地層組成結(jié)構(gòu)，且根據(jù)覆蓋層厚度確認(rèn)鋼板選材。一般控制鋼板厚度在12mm到18mm之間，護(hù)筒長(zhǎng)度在10米以下時(shí)采用12mm壁厚的鋼板，護(hù)筒長(zhǎng)度10到30米時(shí)采用15mm壁厚的鋼板，護(hù)筒長(zhǎng)度30米以上時(shí)采用18mm壁厚的鋼板。鋼護(hù)筒的內(nèi)直徑為D=d+0.3m（d為設(shè)計(jì)樁徑），長(zhǎng)度為該樁覆蓋層厚加0.5米。鋼護(hù)筒采用機(jī)械卷制鋼板加工而成，焊縫全部為45°雙面坡口，單塊加工長(zhǎng)度為1.5m，一般在工廠加工時(shí)采用3至4塊加工為一節(jié)，單節(jié)長(zhǎng)度為4.5至6.0米，制作好之后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

小湘主線橋超過60m超長(zhǎng)樁基均采用鋼護(hù)筒穿越覆蓋層施工工藝，由于樁基覆蓋層多為軟土層或卵石土等易塌土層，施工周期較短，成孔較快。為減少突發(fā)情況，一般在鉆孔前提前做好護(hù)筒跟進(jìn)施工的相關(guān)準(zhǔn)備工作。先對(duì)樁基進(jìn)行沖孔，當(dāng)鉆孔深度接近覆蓋層底時(shí)，精確量測(cè)孔深，同時(shí)嚴(yán)格控制鉆錘沖程及沖擊速率。同時(shí)通過吊車及振動(dòng)錘進(jìn)行鋼護(hù)筒拼接、下沉，當(dāng)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至覆蓋層底部后，采用短沖程、低速率進(jìn)尺方式擊穿溶洞上層巖層。若溶洞尺寸較大，且為半填充或無填充溶洞時(shí)，一般極易發(fā)生嚴(yán)重漏漿。為防止護(hù)筒不均勻沉降，應(yīng)提前固定護(hù)筒，同時(shí)拋填片石、黏土進(jìn)行溶洞填充和護(hù)壁加固；當(dāng)樁位內(nèi)漏漿速度過快時(shí)，可采用水泥混合物集拋填，如黏土、片石、袋裝水泥或低標(biāo)號(hào)混凝土集中拋填入孔內(nèi)，控制要點(diǎn)為作業(yè)及時(shí)、用時(shí)少同時(shí)集中拋填，并同時(shí)及時(shí)補(bǔ)充濃度較高泥漿，保證成孔的穩(wěn)定性和周邊安全。

2.2 多層鋼護(hù)筒遞進(jìn)施工

對(duì)于多層串珠溶洞且單層溶洞超過5m以上，采用多層護(hù)筒跟進(jìn)施工。鋼護(hù)筒制作方法同單層護(hù)筒，鋼護(hù)筒直徑需要根據(jù)樁位地質(zhì)情況具體分析，根據(jù)溶洞層數(shù)及樁基直徑來確定多層護(hù)筒的直徑與長(zhǎng)度。同時(shí)在多層護(hù)筒跟進(jìn)施工時(shí)，鉆錘直徑需與護(hù)筒直徑相匹配，配套施工。由于多層護(hù)筒跟進(jìn)施工時(shí)，一般護(hù)筒長(zhǎng)度較長(zhǎng)，這對(duì)于護(hù)筒在加工和安裝環(huán)節(jié)需要精確控制護(hù)筒拼裝的精度和施工時(shí)的拼接質(zhì)量。

多層護(hù)筒跟進(jìn)施工時(shí)，護(hù)筒安裝順序?yàn)橛赏庵羶?nèi)，通過不斷增加內(nèi)護(hù)筒層數(shù)，逐步穿越連續(xù)串珠溶洞，防止溶洞擊穿貫通時(shí)由于漏漿引起上層軟土層塌孔，防止鉆錘在沖進(jìn)過程中偏位、卡鉆，保證成孔質(zhì)量；同時(shí)避免由于溶洞的存在導(dǎo)致擴(kuò)孔嚴(yán)重或樁基灌注過程中砼超灌嚴(yán)重等情況。以主小湘主線橋15#-5樁基為例，根據(jù)地質(zhì)情況，該樁位處單層溶洞高度超過2.0m，呈現(xiàn)糖葫蘆串珠狀，且到達(dá)穩(wěn)定基巖層前，溶洞高度比例超過60%，導(dǎo)致該樁基設(shè)計(jì)長(zhǎng)度達(dá)到72m。首次施工方案為埋置單層護(hù)筒至覆蓋層底部位置，但在實(shí)際施工過程中，擊穿溶洞后，漏漿頻繁且漏漿深度普遍超過20m,在鉆進(jìn)至54m位置時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重塌孔，并導(dǎo)致周邊發(fā)生了整體地層塌陷，鉆錘被埋，同時(shí)地層塌陷導(dǎo)致鋼護(hù)筒嚴(yán)重破損、變形。在對(duì)其進(jìn)行具體分析之后，制定了采用多層鋼護(hù)筒遞進(jìn)的專項(xiàng)鉆進(jìn)方案。首先將φ1.4m的鉆頭擴(kuò)大至φ1.8m，埋設(shè)2m直徑外護(hù)筒， 護(hù)筒長(zhǎng)24m，正常鉆進(jìn)至溶洞上方約1m處，埋設(shè)1.8m直徑內(nèi)護(hù)筒，換1.6m 樁錘沖鉆并鋼護(hù)筒全程跟進(jìn)直至埋錘處，再換小直徑錘反復(fù)沖擊埋錘部位四周至被埋錘底部。派潛水員至埋錘部位，使用16#鋼絲繩將被埋錘套牢，用鉆機(jī)試提，采用小單量炸藥爆破，同時(shí)采用吊車輔助提升。在完成鉆錘打撈后，繼續(xù)用1.4m鉆錘短沖程鉆至鉆探基巖面標(biāo)高，同時(shí)護(hù)筒跟進(jìn)至基巖面，最后繼續(xù)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成鉆孔。

3 注意事項(xiàng)

1）在鋼護(hù)筒下沉過程中，振動(dòng)錘必須安置平穩(wěn)，保證其安裝在護(hù)筒頂面的居中平面位置，避免在振動(dòng)下沉過程中由于偏心受力造成護(hù)筒下沉不均勻，從而引起護(hù)筒傾斜，最終導(dǎo)致樁基偏孔。同時(shí)在施工過程中采用水平尺量測(cè)或掛線吊錘，控制各節(jié)護(hù)筒連接處垂直度，保證鋼護(hù)筒垂直下沉，滿足規(guī)范要求，保證成樁質(zhì)量。

2）各節(jié)鋼護(hù)筒的連接采用加勁板焊接連接，焊縫全部采用45°雙面開口進(jìn)行單面滿焊。同時(shí)兩節(jié)連接護(hù)筒的接縫處除焊接接縫外，還需在接縫處采用同護(hù)筒周長(zhǎng)長(zhǎng)度，寬100mm，厚10mm鋼板進(jìn)行加強(qiáng)補(bǔ)焊，保證焊接質(zhì)量，防止脫焊或接縫處鋼板變形。

4 結(jié)束語

眾所周知，巖溶地區(qū)的樁基施工是工期、質(zhì)量保證的難點(diǎn)，尤其是深層串珠溶洞更是極大增加了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，超長(zhǎng)樁基的成樁質(zhì)量更是難以控制，在施工過程中通過不斷嘗試，改進(jìn)施工措施，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工工藝，極大的加快了施工進(jìn)度，保證了施工作業(yè)安全，且經(jīng)過逐樁檢測(cè)，全部評(píng)定為I類樁，保證了在惡劣條件下生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)工程。

[1] 姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，1985.

[2] 李斌.公路工程地質(zhì)[M].北京：人民交通出版社，1995