復雜巖溶區轉體施工橋梁樁基施工技術

徐旺興

本文以龍巖大橋為例，研究復雜巖溶區穿越多層溶洞樁基施工技術，分析旋挖鉆分級鉆進、全護筒分級跟進、溶洞處理等施工工藝，以解決巨大轉體重量和偏載下巖溶地區樁基施工難題。

一、工程概況

龍巖大橋是一座混凝土獨塔鋼箱梁斜拉橋，如圖1所示。其位于福建龍巖市城中巖溶區，地質條件錯綜復雜，溶洞、土洞及巖溶裂隙發達。為跨越龍廈鐵路和漳龍鐵路、2條城市道路及龍津河，采用轉體施，最大轉體重量達2.366萬噸，絕大部分荷載由樁基承擔。

圖1 龍巖大橋布置

該橋地質鉆探結果表明：樁基持力巖層內水平向呈貫通趨勢，第2層單個溶洞最大高度達到29.6m，腔內富水，填充物流動性大。因此，溶洞處理難度大，溶洞內易發生漏漿，存在塌孔的風險。為了避免橋塔施工、結構轉體以及成橋階段整體塌陷，設計要求16根鉆孔樁穿透兩或三層溶洞，嵌入最下層溶洞下面的基巖，屬于巖溶地區超長灌注樁。

二、施工方案

因附近龍廈鐵路和贛龍鐵路線橋梁樁基礎的大部分嵌固在第二層溶洞的頂部巖層內，為了確保既有鐵路橋梁基礎的安全，采用鉆孔高效、環保、轉場移位快速的旋挖鉆施工。考慮到溶腔高度大、巖石裂隙十分發育，采用旋挖鉆配合鋼護筒穿過溶洞的方法。最終工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

對于短樁，設計樁長為25m～31m，下鋼護筒至巖層。采用旋挖鉆分級鉆進成孔，初步確定分為1.5m、1.8m、2.0m、2.5m等幾級。

穿越兩層溶洞的樁基，工序為：鋼護筒（外徑3.05m）振動錘擊至基巖面→旋挖鉆孔（直徑3m）至基巖面→繼續旋挖鉆孔（直徑2.7m）至第二層溶洞底→液壓護筒驅動器下護筒（外徑2.65m）至二層溶洞底→旋挖至成孔（直徑2.5m）→潛水員割斷溶洞上部鋼護筒（約50m處）→下鋼筋籠、清孔、灌注混凝土。

對于穿越三層溶洞的樁基需在旋挖鉆孔至第二層溶洞底再次旋挖鉆孔。對于穿特大溶洞的樁基，需采用擴孔鉆頭進行特殊處理。

樁基外護筒均使用220t履帶吊配合240kw振動錘振動下放至基巖面，為避免成樁破壞和溶洞土洞塌陷，鋼護筒不拔除。

三、關鍵技術

1.孔口處理

為保證鋼護筒順利下放到指定位置，孔口處采用“兩級護筒，擴孔跟進”下放鋼護筒。即外層為措施護筒，內層為工作鋼護筒，措施護筒高3m，比工作護筒直徑大10cm。

2.樁底預注漿

當設計樁底巖層破碎、裂隙和溶洞串聯時，需采用預注漿處理措施加強樁底完整性，保證樁底注漿范圍覆蓋整個樁底持力層，設計采用三孔注漿。注漿孔采用鉆機沿樁基外徑均勻鉆孔，并采用套管逐級跟進至注漿范圍頂面。成孔后立即利用鉆桿孔底通水清孔，直至孔口泛出的清水中基本無細砂。

注漿采用六分管樁底注漿，即將注漿管下放至孔底，并在孔底5m范圍內設置花管。漿管上端露出地面50cm至1m，以利于注漿。注漿管下放完成后立即進行封孔，以避免孔口雜物落入注漿孔，保證注漿孔內壓力。注漿要在封孔完成48h之后連續進行，以確保封孔的嚴密性。注漿終止壓力為5MPa～8MPa，注漿終止持荷時間5min。壓漿流量不宜超過75L/min。

3.斜面巖層偏孔防治

為有效解決鉆進偏孔問題，設計采用履帶式潛孔鉆進行斜面沿預鉆孔施工，如圖3所示。綜合分析偏孔程度及巖面硬度，普通回填復鉆無法糾偏時，考慮采用潛孔鉆輔助糾偏。為防止潛孔鉆鉆進過程中出現甩桿現象，必須將鉆孔進行回填至原地面。回填后沿措施護筒內側均勻鉆孔，破壞樁基范圍內的斜巖面，再進行復鉆施工時。對于深層溶洞底面的斜巖面，由于深度較深，采取普通回填復鉆方式進行糾偏。

圖3 潛孔鉆處理斜面巖示意

4.溶洞和土洞處理

（1）土洞處理

土洞施工時優先選擇預注漿造壁方式，避免引起地表坍塌。采用地質勘探鉆進在樁基周圍進行鉆孔施工，并及時跟進pvc套管，防止鉆孔坍塌，鉆孔深度應穿過最低層土洞底板1m左右，以保證注漿效果。采用高壓旋噴射流使注漿劑與土洞填充料充分攪拌，形成強度不低于1MPa的止水帷幕結構，保證樁基范圍內施工時不受外部軟-流塑狀粘土影響。

如果在鉆進過程中遇到設計圖紙及地勘資料以外的土洞，則采取拋填片石、袋裝粘土和袋裝水泥的方式進行土洞處理。

（2）淺層溶洞

半填充溶洞或空洞的樁位可采用超前鉆孔，預處理空洞的方式進行處理，如圖4所示。利用地質勘探用小鉆頭進行正循環超前鉆，鉆穿溶洞頂板至溶洞底板后，跟進等直徑PVC管至溶洞頂板，按照樁底預注漿方式下放六分管至溶洞底板位置，然后往溶洞內灌中、粗砂，再通過六分管向溶洞內小壓力注水泥漿，注漿壓力控制在不超過0.5MPa，防止地面拱起，對周邊建筑造成影響。注漿以孔口冒漿體與注入水泥漿有基本相同組成及密度為準，在注漿完成48h且待漿液凝固后，方可進行樁基施工。

對于一般型溶洞，鋼護筒跟進施工困難，設計采用人工造壁方式進行處理，其處理流程如圖4所示。為保證后期鉆進及混凝土灌注過程不塌孔、不斷樁，應加大片石及袋裝水泥的投入量，形成堅固的人工護壁，按3︰3︰1的比例回填片石、袋裝粘土、袋裝水泥（現場根據實際情況，可做適當調整）。為保證溶洞處理填充密實，采取多次反復沖砸處理，單次回填高度不宜過大，回填標高超過溶洞頂蓋2～4m即可，用沖擊鉆將回填材料沖砸擠入溶洞空腔內。

圖4 一般型溶洞處理流程

為保證人工造壁穩定，防止造壁過程中偏錘造成卡鉆事故，造壁必須反復多次進行，即每次回填溶洞處理材料后回鉆深度不得超過錘頭全高（1.5m），采用不大于1.5m的小沖程進行回鉆施工，反復回填、回鉆擠壓，直至鉆進進尺難度明顯加大（以100次沖擊進尺不大于15cm為填充密實參考，實際根據不同的溶洞情況，現場確定）、形成堅實的人工護壁為止。然后按上述方法再次回填處理，如此循環往復進行，直至回填料能形成密實穩定的人工造壁結構，方可增大鉆頭進尺，進行深層溶洞處理。待確定整個溶洞處理完成后方可進行正常沖程鉆進施工。

（3）深層大溶洞處理

深層溶洞埋深相對較深，處理困難，主要采取回填片石、袋裝粘土和袋裝水泥的方式進行人工造壁處理，其處理流程如圖5所示。拋填片石、袋裝粘土、袋裝水泥比例按3:3:1（現場根據實際情況，可做適當調整）考慮；對較大的半填充溶洞或空洞可加拋長條方木，在大型空洞底部及側面形成填充物的支撐，然后繼續拋填袋裝粘土、片石、袋裝水泥并反復旋挖擠壓，以形成人工造壁；此時拋填片石、袋裝粘土、袋裝水泥、長條方木比例按3:3:1:1考慮。為保證人工造壁結構穩定，回填料一定要少量多次，反復沖砸。由于中層溶洞高度較大，采用沖擊鉆沖擊回填料時，無法保證底層填料沖砸密實，為保證造壁質量，對深層溶洞處理采取分層處理的方式，每次處理高度不超過沖擊鉆錘頭高度（1.5m）。

圖5 人工造壁處理

鉆孔進入溶洞后，首次回填溶洞處理材料量必須保證回填高度高出溶洞頂板1m左右，采用沖擊鉆，用不大于1.5m的小沖程對回填料進行沖砸擊實，采取輕砸快提原則，以保證鉆頭不是將回填片石擊碎而是將回填料機密的效果，確保回填料向樁位四周進行擴散，同時控制鉆頭進尺，保證錘頭不會完全進入溶洞，減少卡鉆風險。首次鉆進深度為溶洞頂板以下不大于1.5m，防止錘頭完全進入溶洞后由于鉆頭傾斜導致卡鉆。再次回填溶洞填料，重新鉆進至溶洞頂板以下不大于1.5m，如此反復進行回天鉆進處理，直至首層1.5m回填料填充密實（以100次沖擊進尺不大于15cm為填充密實參考，實際根據不同的溶洞情況，現場確定）。首層1.5m處理完成后，進入下一段1.5m溶洞處理過程，依據首層溶洞處理方式，反復回填沖砸。如此循環施工，直至整個溶洞高度范圍內形成完成穩定的人工造壁結構，才能轉用旋挖鉆進行樁基鉆進施工。

對需要分層處理的大、中型溶洞，每造壁兩層必須進行一次完全回填處理，即每造壁3m后必須回填溶洞填料至溶洞頂板以上不少于1m，重新鉆進，確保上層造壁穩定后方可進入下層溶洞處理過程，以保證處理下層溶洞時孔壁不會坍塌。

待溶洞處理至洞底基巖面后，需進行混凝土回填，填滿片石粘土處理過程中的縫隙，保證成孔清孔或灌注混凝土過程中不會出現漏漿、塌孔現象。回灌混凝土強度達到設計強度后，利用沖擊鉆采用不大于2m的小沖程進行回鉆，檢驗人工造壁穩定性，進一步增強人工造壁穩定性，確保成孔質量。

四、結論

龍巖大橋樁基施工案例表明，采用旋挖分級鉆進、全護筒跟進的工藝進行施工，可有效解決復雜巖溶區穿越多層溶洞樁基施工難題。本文的研究為工程實踐提供了參考與經驗，有助于溶洞鉆孔施工技術的發展。