老屋楊特大橋斜巖多層巖溶樁基施工技術

鄒代峰

(中鐵十八局集團 第六工程有限公司，天津 300222)

老屋楊特大橋全長1 517．76 m，橋跨結構為46 ～32 m 的后張法預應力簡支箱梁。橋臺采用12 根Φ1．0 m 鉆孔樁，15#～21#、24#～45#橋墩基礎采用8 根 Φ1．25 m 鉆孔樁，3#～14#、22#～23#橋墩基礎采用9根Φ1．0 m 鉆孔樁，其余各墩基礎采用8 根Φ1．0 m 鉆孔樁。本橋20#、21#墩按摩擦樁設計，其余均按柱樁設計，全橋共計398 根樁基，樁長從13 ～62 m。橋址區(qū)位于武漢市江夏區(qū)境內，屬典型的石灰?guī)r地質區(qū)域，巖溶發(fā)育、豐富、溶洞分布范圍廣且復雜。

1 工程地質情況

鉆探資料中表明，老屋楊特大橋鉆孔巖溶可見率達95%以上，溶洞范圍廣、深度大，存在單層、多層溶洞，最多有9 層之多，大部分樁基為糖葫蘆串式溶洞，普通深度為1 ～8 m，最深溶洞達26．3 m，溶洞多數(shù)全充填物，少數(shù)半充填，充填物多為軟-流塑狀粘性土，部分夾灰?guī)r碎塊。溶洞分布廣、同一墩臺溶洞間連通性較好，其儲水空間較大、巖面溶蝕強烈，巖溶發(fā)育程度屬強烈發(fā)育級別。

2 施工準備

(1)施工前的預案。巖溶地層的巖面及各層溶洞的頂蓋和底板高低不平，相差懸殊，溶洞有被充填的，也有空的，施工常常會發(fā)生泥漿急劇損失、坍孔、卡鉆、埋鉆、偏孔等現(xiàn)象。如在施鉆過程中措施不力成樁十分困難，為確保鉆孔時順利通過溶洞，樁基施工前要編制溶洞地質專項施工預案，根據(jù)鉆探提供的地質柱狀圖，向每位操作手及現(xiàn)場管理人員交底，使其熟悉樁位上溶洞的分布情況、溶洞頂板厚度、溶洞的大小及填充物性質，有針對性的采用相應施工方案。

(2)鉆具的選擇。因為本橋為巖溶發(fā)育區(qū)且灰?guī)r厚度厚，所以全部選用沖擊鉆機。鉆進時，沖能控制在2 ～6 t·m 之間。因為沖能過小對孔壁裂隙和孔壁周邊的溶洞槽擠壓能力小，孔壁不夠密實易于滲漏，同時破碎能力小，進尺慢。但沖能過大通過頂板速度快，易于卡鉆，同時所成孔徑較設計大得多。

(3)鉆孔順序。由于巖溶形態(tài)復雜，溶溝、溶槽、溶洞相互連通，對開墩開孔順序十分講究，根據(jù)巖溶裂隙走向，溶洞的大小、多少、巖面的高低等地質條件，仿圍棋投子的方法，先按排長樁，溶洞密集處的樁施工，逐步進行。樁與樁之間的施工順序應十分注意，鉆孔時應做到:先外后內、先小溶洞后大溶洞、先長樁后短樁、樁位之間交叉開孔。步步包圍、隔開和封閉溶洞的原則。

(4)超前地質鉆孔。33#墩原設計鉆探孔為2 個，其中1#樁位的鉆探孔中還遺留了鉆桿和鉆頭，在施工時發(fā)現(xiàn)鉆進困難，后經(jīng)設計變更了樁位。為了摸清地質情況，勘探單位對全橋47 個墩臺采取逐樁鉆探，并繪制出整個場地的工程地質剖面圖，判斷溶洞走向、裂隙發(fā)育情況，掌握準確的場地工地地質情況。同時每個孔要鉆進至設計標高以下5 m，確保樁底巖板厚度。

3 施工技術措施

3．1 高度小于1 m 發(fā)育面積小的溶洞

這種溶洞處理非常方便，在開鉆前準備20 m3左右的粘土袋及部分小于25 cm 的片石。在鉆孔距溶洞頂板1 m 后利用0．5 m 左右的沖程鉆進且制備20 m3左右比重為1．3 ～1．4 的泥漿，如擊穿溶洞后泥漿損失，可一邊補漿一邊投擲粘土袋及片石，然后鉆機小沖程沖擊，直至不再漏漿為止。在鉆進過程中，保持泥漿合適的稠度(泥漿粘度以25 Pa·s 左右為宜)，使泥漿充滿溶洞后再鉆進。本橋目前約有200 個小溶洞，按此方法施工順利通過，典型的比如:7#墩9#孔、9#墩2#孔、9#墩5#孔、19#墩6#孔、22#墩6#孔、22#墩7#孔、25#墩1#、4#及7#孔，并且成樁順利，樁基檢測均為Ⅰ類樁。

3．2 高度在1 ～4 m 且發(fā)育較大的溶洞

這種溶洞處理較為麻煩，因為在溶洞擊穿后，泥漿突然下降可達10 m 之多，所以在此類樁基施鉆前，護筒埋深必須超過易坍塌地層(特別是流沙層及砂卵層)1 m 以上，如地質為硬塑狀粘土層，護筒埋深在4 m 左右即可。在距溶洞頂板1 m 左右時，要制備大量比重為1．4 的泥漿、粘土袋、15 ～25 cm 片石、兩臺以上的泥漿泵、挖機、翻斗車等，且要有隨時制造泥漿的能力，在擊穿溶洞后，立即補漿及投擲片石加粘土(按1∶ 1 體積比)回填反復沖擊直到形成泥石護壁、不再漏漿為止。但機具及人員不得離開，待順利穿過溶洞后再調走。但此類溶洞如果和周邊暗河連通往往在穿過后，沖擊過程中泥漿還會損失，大約每分鐘下降0．5 m 左右，如有這種現(xiàn)象，補漿不能停止，同時灌注低標號水下砼且高出溶洞頂板1 m 左右，讓砼填充后堵住周邊裂縫。3 ～4 d 后繼續(xù)鉆進即可，這種方法在本橋10#墩1#孔、11#墩5 號孔得以成功應用，且大大的減小了擴孔難度。且比鋼護筒跟進方法節(jié)約時間，既經(jīng)濟又便捷。

3．3 高度大于4 m 的溶洞

本橋高度大于4 m 的溶洞很多，處理的最好辦法應該是護筒跟進，如溶洞是多層，還需采用雙護筒甚至三護筒、四護筒跟進，該辦法程序繁瑣、工期長、難度大、費用高，加上場地狹窄，本橋僅在少數(shù)樁位使用過，而且效果不好，有興趣同志可參考其它資料。本橋旱地區(qū)大溶洞，如填充物為流塑狀填充物時，先采用雙液注漿固結填充物，根據(jù)全橋巖溶發(fā)育情況，確定需要壓漿處理的孔位，提早安排壓漿鉆孔，在壓漿鉆孔的過程中，做好記錄，并進一步核實溶洞情況，為后續(xù)開鉆提供依據(jù);本橋45 個墩均采用鉆孔壓漿后再開鉆，特別是大溶洞力求注漿越多越好。但也出現(xiàn)了離樁位上百米的地方冒漿情況，此時需采取間歇注漿法，保證注漿效果。

在穿越填充物為流塑狀的大尺寸溶洞時，有出現(xiàn)因注漿效果不理想的情況，處理方案為:鉆孔至溶洞底板后，不用清孔，用導管伸到溶洞底部，灌注水下砼，高度高出溶洞頂0．5 m 左右，待砼達到7 d 強度后，重新鉆進。上述方法在該橋38#墩2#孔、41#墩1#孔的鉆進過程中得以成功應用。

3．4 裂隙漏漿處理

在該橋橋址區(qū)，不但巖溶大量存在，而且裂隙也非常發(fā)育，所以分清裂隙及溶洞非常重要，為了填滿裂隙，可以就地倒入碎石和粘土，同時及時補漿，直到漏漿被堵住，后重新沖孔，這種方法9#墩3#孔、23#墩10#孔得到成功應用。如漏漿特別嚴重、速度快，在倒入鉆渣的同時加入水泥，比例為1∶ 0．2，由于裂隙大且連續(xù)，加入水泥后有凝固作業(yè)，這種方法在10#墩1#孔中得以成功應用。

4 特殊工程難題及注意事項

4．1 巖溶區(qū)斜面或遇孤石施工方案

4．1．1 回填粘土片石法

施工方案同3．2。

4．1．2 回填混凝土法

當斜面傾斜嚴重或樁位置于溶洞邊緣用回填片石法無法解決問題時，可考慮采用清孔后灌注高標號混凝土進行處理，一般采用不低于C30 的水下混凝土(摻早強劑)，待混凝土達到一定強度，與基巖形成整體后，再進行鉆進如條件具備，可在澆筑水下砼時往孔中扔一些廢鋼筋頭，加大填充物強度。33 墩3#樁用了近20 t 鋼筋頭才糾完偏。

4．2．3 潛孔鉆引孔法

當樁基所處巖層巖石抗壓強度高或者存在斜巖時，在沖擊鉆孔效率明顯降低或采取其它方式處理不成功時，可以利用潛孔鉆對鉆孔樁位進行預鉆，將巖石打成“蜂窩煤狀”已達到破壞樁位巖石整體性的目的，然后利用沖擊鉆對破碎的巖石進行沖擊，從而大幅度提高沖擊鉆成孔的施工效率。如33#墩6#樁與7#樁樁位僅差1．5 m，但巖面高差達9．35 m。先采用砼回填法，將孔內傾斜巖面找平后，再采用潛孔鉆，在孔內鉆5 個Φ140 mm 的孔，呈梅花布置，潛孔鉆型號為SL400，英格索蘭XHP1070 移動空氣壓縮機配套。當潛孔鉆機穿越溶洞時需采用小沖程、低轉速的鉆孔方法，防止由于巖石特性突變引起的預鉆孔偏斜而影響預鉆效果，鉆孔過程中定時檢查鉆桿的傾斜度，確保鉆桿垂直，保證預鉆孔的施工質量。該方法在31#～40#墩位使用效果非常好。

4．1．4 深孔水壓爆破法

由于現(xiàn)場條件限制，沒有采用此方案，有興趣的同志可查閱相關資料。

4．2 穿越大溶洞頂板時卡鉆，掉鉆問題

在施鉆過程中由于施工不當，在穿越頂板厚度時經(jīng)常發(fā)生卡鉆頭，根據(jù)地質柱狀圖，當樁位進尺接近溶洞頂板進入溶洞前，在已成孔段內回填粘土和片石，高度1 ～2 m，同時減小沖程，有條件可配合小鉆頭先破頂板，然后再用標準鉆頭擴孔成樁。如孔內水位急劇下降時，應立即向孔內補充水泥漿，保持孔內水頭高度，將鉆頭提起，然后投放黏土、碎石、片石，采用小沖程沖擊，每循環(huán)進尺5 ～10 cm ，待填充物完全擠入溶洞內后，再加大沖程造孔。這個辦法效果明顯，能起到緩沖作用，大大減少了因一錘擊穿頂板，造成卡鉆和因失漿過急造成埋鉆的現(xiàn)象發(fā)生。有利于施鉆的順利進行。

4．3 鋼護筒跟進方案問題

護筒跟進施工工序多，配合設備多，進度慢成本高，加上場地狹小，本橋僅在少數(shù)樁位使用過，而且效果不好，有興趣同志可參考其它資料。

4．4 糖葫蘆串式溶洞

根據(jù)地質鉆孔資料顯示，老屋楊特大橋樁位存在4 層以上糖葫蘆串式溶洞的樁基不少，溶洞內為軟泥流質填充物，給鉆機施工帶來極大困難，經(jīng)綜合分析和經(jīng)濟比較，最后采取帷幕施工法:在樁孔直徑以外50 cm 四周均勻布置注漿孔，直徑110 mm，數(shù)量為8 ～10 個，深度穿過溶洞，然后用注漿泵靜壓注漿，水泥漿配合比為水∶ 水泥=0．6∶ 1，注漿壓力控制在0．8 MPa 左右，目的是使?jié){液滲透到填充物中，使其固結，在樁孔四周形成穩(wěn)定護壁，待水泥漿達到一定強度后再進行鉆進，施工效果明顯。

4．5 施工注意事項

(1)巖溶區(qū)施工，特別要準備好應急材料和機具，重點是根據(jù)溶洞大小事先備足泥漿池，備2 臺以上的泥漿泵，挖機，翻斗車，要隨時待命。另外快接近大溶洞頂板時，最好不要夜間施工，本橋剛開始施工時，就是由于夜間施工突然泥漿大量損失，調配機械不便，補漿回填粘土片石不及，出現(xiàn)塌孔。

(2)注意巖溶區(qū)水下混凝土灌注。沖擊終孔后，緊接著清孔、下籠、下導管、灌注砼，這一過程的各道工序必須緊扣，盡最大可能縮短時間。砼供量要保證且和易性流動性要好，坍落度嚴格控制在18 ～22cm之間。另外，巖溶樁基擴孔系數(shù)大且有溶洞，首批砼需用量比普通樁基大得多，本橋每根孔樁首灌砼均為6 m3。巖溶樁基在灌注過程中通常有砼需用方量大、中途坍孔等現(xiàn)象，所以要經(jīng)常觀查及測量，保證導管埋深，盡量將導管埋至溶洞以下，根據(jù)溶洞高度及埋管的最大深度來控制提管，盡量減少混凝土對孔壁的沖擊力。部分巖溶樁基在灌注過程中或灌注完畢后都有可能發(fā)生砼面突然下沉的現(xiàn)象，所以要特別注意，在灌注完畢后還需觀察30 min 左右，待穩(wěn)定后再行拆除導管。

(3)對于有流砂層填充物的大溶洞，在清孔過程中常常發(fā)生孔壁周圍流沙塌落，反復清孔的情況，部分此類樁基甚至清孔完畢后，鋼筋籠到位，還出現(xiàn)流沙坍落達1 m 左右，只好重新沖孔，而且有可能反復出現(xiàn)，這類溶洞嚴重影響工期，建議一開始就采用鋼護筒跟進處理，因為此類護壁事先雖然加強了，在沖擊和灌注前清孔時都有可能發(fā)生流沙塌落現(xiàn)象，采用護筒跟進比較保險。

5 結束語

實踐證明，采用上述施工方法是可行和有效的，在已經(jīng)施工的樁基中，經(jīng)檢驗成樁合格率達到100%，除了一根樁為Ⅱ類樁以外，其于全部為Ⅰ類樁。通過對該橋的巖溶地區(qū)樁基礎施工和檢測的總結，可為巖溶地區(qū)橋梁鉆孔樁基礎施工提供一定的參考經(jīng)驗。