小董江特大橋巖溶區(qū)樁基施工技術(shù)研究

張崳銘（中國鐵道科學(xué)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(shè)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(shù)研究

張崳銘
（中國鐵道科學(xué)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(shè)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(jié)合橋梁樁基施工的特殊性，采用回填片石夾粘土復(fù)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(guān)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(fù)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(jié)合該橋樁基施工的特殊性，搜集溶洞區(qū)樁基施工的技術(shù)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(fù)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?qū)儆趶V西沿海鐵路南寧至欽州北段擴能改造工程?？卓绮贾脼椋?3×32+2×24+ 19×32）m，全長2 090.098 m。全橋各墩樁基礎(chǔ)按柱樁設(shè)計，樁基設(shè)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(cè)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(guān)溶洞區(qū)樁基施工的技術(shù)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(xué)灌漿法、套內(nèi)護筒法、回填片石粘土復(fù)沖法等〔1〕。根據(jù)本橋?qū)嶋H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(fēng)險高；靜壓化學(xué)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(fù)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(fù)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(shù)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(fù)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?；靥钜欢空惩?，經(jīng)反復(fù)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(yīng)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(zhǔn)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?jǐn)D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(dāng)擠壓，直至把樁基周圍的溶洞都填滿或堵死為止，只有當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)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(guān)），現(xiàn)場試驗取值為0.7~1.1。

β為拋填物虛實方轉(zhuǎn)換系數(shù)（拋填物為1:2的片石粘土摻和料，片石對此指標(biāo)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(chǔ)，根據(jù)相關(guān)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(fù)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(yīng)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(fù)操作，多次擠入溶洞通道固壁。在鉆進過程中，應(yīng)適當(dāng)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(jié)后再恢復(fù)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(yán)重，情況嚴(yán)重時還會導(dǎo)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(jié)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(yù)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(yán)禁強行提拉，野蠻施工，以防塌孔、埋鉆?？ㄣ@后應(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)致鉆錘被沉淀物或塌孔土石覆蓋，應(yīng)首先清空吸泥，使打撈工具能接觸到鉆錘。先用側(cè)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(yù)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(yán)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(yù)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(dāng)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(yù)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(biāo)與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

該溶洞區(qū)樁基施工方案總體性能指標(biāo)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(shè)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(jié)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(yīng)用。

參考文獻：

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文章編號：1006-8686（2015）0058-03

文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445.55+1