地鐵區間橋梁樁基巖溶標準化處理方法及應用

胡榮華 李春雷

【摘要】隨著城市化進程的不斷加快，地鐵施工逐步由城市中心向郊區延伸，鑒于施工現場實際情況，橋梁應用越來越多。由于部分郊區為巖溶高發區，巖溶處理及樁基施工對橋梁結構影響較大，直接關系著工程施工及運行安全。本文結合武漢軌道交通16號線一期工程施工實例，針對地鐵區間橋梁樁基施工中所遇巖溶的處理方法進行歸納總結，并詳細闡述了施工方法及操作要點等。

【關鍵詞】地鐵區間；橋梁樁基；巖溶處理

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.034

Standardized Treatment Method and Application of Karst of Bridge Pile Foundation in Subway Section

HU Ronghua， LI Chunlei

（China Water Conservancy and Hydropower Seventh Engineering Bureau

Chengdu Hydropower Construction Engineering Co.， Ltd.， Chengdu 611130， China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， subway construction gradually extends from the city center to the surrounding suburbs. In view of the actual situation of the construction site， bridges are used more and more. Because some suburbs are karst-prone areas， karst treatment and pile foundation construction have great influence on the bridge structure， which is directly related to the safety of engineering construction and operation. Based on the construction example of Wuhan Rail Transit Line 16， this paper summarizes the treatment methods of karst encountered in the pile foundation construction of subway bridges， and expounds the construction methods and operation points in detail.

Key words： subway section； bridge pile foundation； karst treatment

1.1工程概況

武漢軌道交通16號線一期總方向由南向北，南起沙茅周家灣，北至103省道，沿沙茅大道、馬營河大道、漢宏高速、君山路，穿越大馬軍和馬影河鋪設，線路通過區域總體表現為自南向北。其中三標段施工范圍為5站8區間，線路全長18.386 km，其中高架部分長15.156 km。

1.2水文地質情況

武漢軌道交通16號線一期三標線路通過區域地下水主要有上層滯水、承壓水、碎屑巖裂隙水、巖溶裂隙水等，尤其是承壓水對工程建設有一定影響。地下水對混凝土及混凝土中鋼筋具微腐蝕性。工程基本位于現狀道路、村莊、農田、水塘、螞蟻山、大軍山中，除清檀區間地形起伏較大外，其他區間線路地形總體平緩，地面高程范圍為17.8～52.8 m。施工區地貌形態包含剝蝕堆積壟崗區（相當于長江沖洪積Ⅲ級階地）、堆積平原區（長江沖積Ⅰ、Ⅱ級階地）、剝蝕堆積壟崗區（相當于長江沖洪積Ⅲ級階地）與堆積平原區（長江沖積Ⅰ級階地）過渡區及剝蝕丘陵區，且部分高架區間存在巖溶分布，部分樁基下伏溶洞，溶洞發育高度為0.5～15.9 m，埋深為35.3～57.2 m。

2.1處理原則

為了保證樁基工程的質量和安全，需要進行地質超前鉆探，獲取詳細的地質記錄，同時進行土試，分析充填材料的物理力學特性，如容重、含水量、孔隙率等，從而計算注漿參數。根據鉆孔資料和充填材料，制定相應的處理方案、成孔方法和施工措施，并進行詳細計算。施工前，需在橋址進行注漿、打樁試驗，獲取經驗數據，以完善施工方案，指導施工。

2.2處理施工流程

巖溶處理流程：樁基區域超前鉆探→鉆孔布置→鉆孔（下套管）→注漿→封孔。

2.3超前鉆探孔施工

2.3.1探孔布置原則

1）樁徑1.2 m以下樁基，每根樁布置1個超前鉆探孔；樁徑1.2～1.5 m樁基，每根樁布置2個超前鉆探孔；樁徑大于等于1.5 m的樁基，每根樁布置3個超前鉆探孔。2）對于超前鉆孔探明有溶洞的部位，超前鉆探孔兼作注漿孔，不另打注漿孔。3）所有超前鉆探孔均需進行封孔處理。4）超前探孔進入完整基巖深度從巖基面算起，不應小于3倍樁端直徑，且不應小于5 m。

2.3.2鉆孔施工

施工開始前，應根據樁基設計、鉆機數量及尺寸、鉆井底座尺寸、鉆井移位要求、施工方法及其他施工機具布置等確定施工平臺的平面尺寸。根據場地條件進行平整、夯實，并設置必要的排水坡，防止地表水滲入。施工放樣以設計圖紙的測量控制點為依據，鋪設并測量施工測量控制網，并按施工測量控制網進行放樣。鉆機組裝完畢后，用吊車將鉆機定位，在鉆機下部用方木支撐墊調整鉆機垂直度，保證樁位準確和鉆桿垂直，并開鉆。在開掘過程中，每隔1.5～2 m取一組樣品，進一步揭開井蓋處的地層或不良地質現象。取下的巖心應完全裝入巖心盒中，并填寫巖心牌子，注明孔深、取景時間、采用率、日期，并拍照備查。鉆孔取樣完成后，應根據鉆孔和巖心情況，按1∶100的比例繪制鉆孔柱圖，包括孔數、孔坐標和標高、孔深、層厚、巖心形態和巖性描述。施工順序應以大、非充填，多層溶洞為主，先繞后中。

2.4巖溶處理

2.4.1處理方法

1）長江一級階地。按照武漢地區地上建構筑物樁基巖溶處理經驗，針對長江一級階地，揭示巖溶洞的區域，在樁基施工前進行預處理，主要方式為填充注漿，下面是根據揭示巖溶洞穴高度的處理辦法：當鉆孔顯露的溶洞高度不超過1米且無充填或半充填，或溶洞已完全充填時，可采用水泥漿進行靜壓注漿處理。當鉆孔顯露高度在1～6 m之間的溶洞，未充填或部分充填時，一般采用間歇靜壓灌漿，采用水泥漿灌漿。每次注漿時間控制在20分鐘以內。灌漿完成后，應隔6小時進行第二次灌漿。若20分鐘內無壓力，應停止灌漿，6小時后進行第三次灌漿。如此反復直到孔底，達到灌漿效果；對施工期間探明溶洞高度大于6 m的特大型溶洞，及時向參建各方通報，組織專家召開專題會議研究決定處理方案。

2）長江二、三級階地。針對長江二、三級階地，揭示有可巖溶區域逐樁進行地質超前探，探明有溶洞按照注漿進行處理，無溶洞即可進行注漿封孔處理。在樁基礎成孔過程中，如果發現溶洞，應根據溶洞高度和溶洞內充填材料的條件，選擇不同的處理方法。可采用澆筑充填、灌漿、混凝土充填或鋼套處理。如果洞穴范圍較小，洞穴高度小于1 m，并且沒有填充材料或洞穴被水填充，則使用拋石、黏土等，使洞穴范圍形成一堵墻，然后進行施工。在洞穴范圍內，分別在洞穴上方1 m和下方1 m的定位鋼筋上焊接一根4 mm厚的鋼板管，保證混凝土樁的質量。對于高度為1～3 m的充填或半充填溶洞，處理方法是將片巖與水泥充填，然后將片巖以小行程擠壓至洞穴邊緣，形成水泥漿礫石壁。沖擊在水泥漿初步閉合巖屑縫隙后停止，在水泥強度達到2.5 MPa并通過巖洞后繼續。24小時后，將實施沖擊。若孔高為1～3 m，無填料或填料較少時，可用干混凝土填充，待固結達到2.5 MPa后再進行孔施工。干混凝土與普通硅酸鹽水泥混合。如果洞穴很大，水是導電的，則需要在干燥的混凝土材料中加入一定量的硅酸鈉。為了鉆通喀斯特地區，可以用石塊、礫石、黏土或整袋水泥來填充溶槽、溶槽和小裂縫，這樣可以保證泥漿不流失的同時形成墻體，使鉆井能夠順利通過。在巖溶地區大埋深樁基施工過程中，要嚴格控制圍樁進度，每小時不超過80 cm，每行程不超過50 cm，以免對溶洞頂部產生沖擊。當鉆孔接近洞頂時，需要抬起鉆頭和鉆桿，取下旋轉鉆頭，用沖擊鉆打孔。打孔時輕拍，使孔壁光滑牢固，鉆頭抬起不超過50 cm。此外，所有的扣環和鋼絲繩都必須經過測試，以確保施工安全。

2.4.2灌漿施工

1）施工準備。為確保施工質量，需要先對場地進行平整和壓實處理，以保證鉆機在施工過程中穩定不傾斜。同時，為了確定合適的配合比，需要試驗檢測原材料。此外，還要檢查所有注漿設備的狀況，確保其正常工作，并在現場適當的位置設置水泥棚和制漿站，以便及時提供所需的漿液和注漿設備。

2）鉆孔。鉆孔過程中，需要做好詳細的鉆孔記錄，同時留存好鉆孔中取出的巖芯樣本。這些巖芯樣本需要與設計柱狀圖進行對比，以確保施工過程中的鉆孔質量符合設計要求。

3）制備、置換套殼料。套管材料在現場采用膨潤土。井眼形成后，用鉆桿將套管材料置換到井眼內的泥漿中。方法是將管道通過循環泥漿連接到擠出注漿機。在注漿壓力的作用下，鉆孔中的泥漿被鉆桿置換成一套完整的管道。更換后的泥漿通過孔口處的泥漿槽排入泥漿循環槽。

4）安裝袖閥管。套筒閥管采用直徑為Φ50×4 mm的PVC管。每段長度為2 m。套筒閥管應在更換套管材料后立即插入。兩個相鄰的套筒閥由一個20c m的套筒連接，并用水泥牢固黏合。在第一套閥管的一端安裝一個塞子，然后向管內注水，以減小套閥管的彎曲程度。連接好各套閥管后，將套閥管下移至井底。確保套筒閥管中心與鉆孔中心重合。

5）漿液制作。注漿水泥應為強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，其質量應符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規范的有關標準。注漿材料為水泥漿液，水泥漿液水灰比應為1∶1。

6）注漿。注漿孔應延伸至洞室底板下方不小于0.5 m。注漿孔直徑在土層為110 mm，巖層為76 mm，并有鋼制套管壁保護，套管材料的耐壓強度不應小于最大注漿壓力的1.5倍。注漿結束標準：在100～800 kPa壓力下，注漿速率小于4 L/min，延長30 min。進行階段注漿時，基巖200～800 kPa注漿關閉20 min，土層100～300 kPa注漿關閉30分鐘，達到階段注漿結束標準。在全孔注漿過程中，只有滿足以下標準之一才能完成注漿：一是注漿孔壓力應保持在0.2～0.5 MPa左右，吸水量不超過40 L/min，并保持30 min；二、注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力大于1.5 MPa；三是注漿點已超過3～5米的注漿范圍；第四，單孔注漿量為平均注漿量的1.5～2.0倍，注漿量明顯減少。若無法達到上述結束標準，則應進行清孔處理，并重新注漿。

3.1巖溶區地面塌陷

1）長江一級階地地質超前鉆施工過程中易出現沙漏性塌陷，故采用適合該地質情況的全套管跟進鉆機，鉆孔過程中全套管跟進。2）超前鉆進和混凝土灌注過程中隨時關注施工范圍內的地面變化情況，發現有地面有明顯裂縫或局部塌陷情況，立即停止作業，并組織人員撤離，轉至安全區域。3）在既有重要公路附近進行巖溶處理時，必須建立地面沉降觀測網。觀測網應按照15米的間距，在50米的施工半徑內建立。施工單位應當派員實時觀察，并做好觀察記錄。一旦發現地面坍塌，應立即啟動應急計劃。4）鉆孔樁在巖溶地區施工時，經常遇到漏水的情況。因此，有必要準備足夠的黏土塊和石頭塊，以便在泄漏時及時補充。為保證施工效果，孔內水頭必須保持在地下水位以上1.5米。5）巖溶區樁基進行混凝土灌注時，及時進行混凝土面高度檢測，發現異常后，立即停止灌注，探明原因后采取補救措施進行處理。6）巖溶區樁基灌注應適當增加混凝土埋管深度，以防止混凝土塌陷后造成的斷樁，但必須確保導管正常拔管。

3.2地面塌陷后處理

地面塌陷的位置若在空曠的場地上，塌陷后選用不同材料填充劑，分層填筑。底部以大塊石為主（不易流失），混以碎石填筑，上部以黏性土回填碾壓。如果地面塌陷發生在建筑物附近，需要及時填補坑洞，以確保建筑物的穩定。先往坑里扔石頭，然后鋪上卵石和沙子，最后用黏土夯實表面。填充后，需要等待一段時間，使填充物下沉并壓實，然后用黏土夯實。對于建筑物周圍的地面出現裂縫，需要及時封堵，避免地下水流入；如果建筑嚴重開裂，則需要暫時關閉，在采取進一步措施之前，需要對破舊建筑進行評估。

由于地鐵區間所處位置及地質情況的特殊性，過程中通過不斷優化改進，采用了多種措施處理巖溶問題，確保了施工安全與質量，獲得了很好的社會與經濟效益，為以后相似的工程施工積累了很好的經驗。

【參考文獻】

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[2]袁清明.巖溶地區橋梁樁基施工技術的研究[J].自動化應用，2023，64（7）：127-129，131.

[3]武林，高波.皖南厚覆蓋土巖溶區橋梁樁基設計優化[J].工程與建設，2022，36（6）：1644-1647.

【作者簡介】

胡榮華，男，1986年出生，工程師，學士，研究方向為工程經營管理。

（編輯：于淼）