巖溶發(fā)育路基樁板結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析
——基于成貴鐵路客運專線龍眼大橋與櫻桃壩隧道過渡段路基工程的實例

李金山

(中鐵十八局集團第四工程有限公司,天津 300350)

成貴客運專線14標位于貴州省黔西縣，境內(nèi)山字形構(gòu)造帶及北東向構(gòu)造帶交接復(fù)合部位，斷裂、褶曲發(fā)育。不同時期的斷層互相交叉切割，斷層密集，巖體破碎。個別路基基底溶洞、溶腔發(fā)育強烈，路基承載力較低。行車動力對路基的影響較大,沉降控制困難，后期運營行車風(fēng)險高。樁板結(jié)結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土樁基、托梁、承載板組成介于橋梁與路基之間的一種特殊的承載結(jié)構(gòu)形式，剛度、穩(wěn)定性和耐久性較好，普遍運用于工程地質(zhì)條件復(fù)雜的路基地段[1]。

1 工程概況

1.1 工程概況

DK429+586.1—DK429+615段路基總長28.9 m，本段路基為龍眼大橋與櫻桃壩隧道過渡段，線路以路堤通過，中心填方最大高度約6 m，表層覆蓋4～5 m黏土。設(shè)計對本段路基基底的厚層黏土采取CFG樁進行加固。基底巖溶采用先導(dǎo)探灌孔和分序注漿孔呈梅花型交錯布置的形式進行鉆孔注漿處理，優(yōu)先施工先導(dǎo)探灌孔[2]。路堤本體采用AB組填料及級配碎石填筑。

1.2 地質(zhì)及水文概況

工程地質(zhì)勘探揭示該段屬高原溶蝕峰叢洼地地貌，溶蝕洼地發(fā)育。線路覆土為第四系全新統(tǒng)坡殘積黏土。下伏基巖為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組一段灰?guī)r。地表溶溝、溶槽、石芽、溶洞發(fā)育。根據(jù)地表調(diào)查及鉆探揭示情況，該段下伏基巖巖溶強烈發(fā)育，溶蝕裂隙發(fā)育，地下水發(fā)育且水位可在土巖界面波動。地表水主要為大氣降水，平時枯水季節(jié)無水，只有大氣雨降時才有少量雨水，地表水匯集后由洼地內(nèi)滲入地下。

2 施工要點分析

2.1 施工方案優(yōu)化

依據(jù)巖溶地面塌陷程度確定受影響的路基范圍，對巖溶極易塌陷區(qū)的路基地段按動態(tài)設(shè)計程序管理要求，先導(dǎo)探灌孔加深至入巖10 m后揭示，共有8孔揭示溶洞，見洞率為57.14%，溶洞基本為全充填形式，高度為6～12 m。巖溶地基處理鉆孔記錄匯總表(見表1)。

表1 巖溶地基處理鉆孔記錄匯總表

該段路基下伏基巖巖溶強烈發(fā)育，溶隙、溶縫、溶蝕破碎帶發(fā)育，巖體溶蝕破碎嚴重，對路基影響很大。鉆孔注漿處理加固已無法達到高速鐵路路基處理施工技術(shù)要求。因而取消路基部分鉆孔注漿孔措施，線路正線范圍采用淺埋式鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)跨越巖溶發(fā)育地段，正線范圍以外維持原設(shè)計鉆孔注漿方案。樁板結(jié)構(gòu)為三跨一聯(lián)式，每聯(lián)縱向樁間距為9 m和10 m(中～中)。樁板結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土承載板、托梁和鉆孔灌注樁三部分組成[3]，采用C40筋混凝土澆筑。具體樁板結(jié)構(gòu)平面布置圖(見圖1)。

圖1 樁板結(jié)構(gòu)平面布置圖(單位：m)

考慮地質(zhì)、樁基長度以及施工條件等因素，1#～6#樁基采用鉆孔樁施工，7#、8#采用人工挖孔樁施工。其中，3#樁基在鉆進至18.5 m時，樁底揭示一空溶洞。對該區(qū)域進行二次鉆探發(fā)現(xiàn)沿溶洞線路方向長約7 m，最大高度約18 m，寬約25 m，呈裂隙狀垂直于線路方向發(fā)育。溶洞底部為淤泥，淤泥厚度未知，承載力極低，過水痕跡明顯，溶洞頂部發(fā)育眾多倒懸體，部分受樁基施工影響已掉落，同時本溶洞位也于4#樁基下方。

2.2 施工流程

場地平整→樁基施工→樁頭處理→開挖托梁基坑→樁質(zhì)量檢測合格后→澆筑托梁底混凝土墊層、立模澆筑托梁→澆筑承載板底墊層、立模澆筑鋼筋混凝土承載板→澆筑C25混凝土找平層[5]。

2.3 樁基施工

樁板結(jié)構(gòu)橫向布置兩排樁基，橫向樁間距為5 m，共設(shè)置8根，樁徑均為1.25 m，樁長為8～47 m。根據(jù)二次鉆探結(jié)果，將3#樁長延長16 m，樁長變更為45 m，樁底標高由1 317.79 m變更為1 301.79 m；將4#樁長延長15 m，樁長變更為44 m，樁底標高由 1 317.79 m變更為1 302.79 m。樁底打入不小于3 m的較完整基巖[4]。各樁的控制樁長(見表2)。

表2 樁板結(jié)構(gòu)樁長控制表

施工過程中盡量減少對已完工的龍眼大橋4#橋臺樁基、承臺以及臺身的擾動。1#、2#樁基施工鉆孔時，起落鉆頭速度宜均勻，不得過猛或驟然變速。鉆進過程中，密切注意地層變化，對不同的巖層，采用不同的沖程，兩樁施工間隔不易過短。且施工過程中定期對4#橋臺進行沉降觀測。1#、2#、5#、6#發(fā)現(xiàn)溶洞均為填充或半填充式溶洞，鉆進過程中遇到溶洞時采取拋填袋裝水泥、黏土、碎石等混合料的方式回填。然后鉆頭以小沖程反復(fù)沖擊，使泥膏、片石擠入孔壁。若重復(fù)回填以上步驟2～3次仍然存在泥漿液面下降、偏錘等現(xiàn)象。可直接打入鋼護筒穿越溶洞地段。

3#、4#樁基已揭示空溶洞區(qū)域較大，回填工程量大，施工工期長。因此，在施工至溶洞段時采用埋設(shè)鋼護筒方式通過，鋼護筒直徑為1.3 m，長度為20 m。根據(jù)地質(zhì)展示圖，在鉆進過程中隨時測量樁基鉆進深度，在鉆至溶洞頂部1 m左右時應(yīng)改用0.5～1 m小沖程鉆進，避免溶洞頂板突然塌陷鉆頭掉落過快引起鉆機傾覆。鋼護筒安裝完成后，鉆進過程中要經(jīng)常檢查護筒是否發(fā)生偏移。為防止沖擊震動導(dǎo)致鄰孔孔壁坍塌或影響鄰孔已澆筑混凝土強度，應(yīng)待鄰孔混凝土澆筑完畢，并且抗壓強度達到2.5 MPa后方可繼續(xù)鉆孔。

7#、8#樁基較短，地質(zhì)鉆探揭示地質(zhì)情況較好，無大型溶洞，滿足人工挖孔樁施工(水磨鉆)施工要求。為確保施工過程中擁有足夠的作業(yè)空間，將樁徑由1.25 m調(diào)整為1.5 m。各樁位原地面位置移到設(shè)置一道鎖口，以防止棄碴、小型機具等掉入孔內(nèi)傷及作業(yè)人員。鎖扣高度為1 m，且高出原地面0.2 m，厚度為0.3 m。采用C20鋼筋混凝土澆筑，主筋采用φ12螺紋鋼，箍筋采用φ8圓鋼。開挖過程中護臂同步跟進，采用C20鋼筋混凝土，厚度為0.2 m，單元高度0.5～1 m。豎立主筋采用φ8～φ16鋼筋，間距0.1～0.15 m，上層護臂鋼筋插入下層護壁深度不小于0.2 m，確保上下鋼筋有拉結(jié)。防止護壁因自重而斷裂脫落，箍筋采用φ8～φ14鋼筋，間距為0.15 m。為確保提前探知可能存在的溶洞、溶腔，采用取芯機施工前，先采用風(fēng)槍鉆在孔底按照3 m一循環(huán)進行超前探測。施工中發(fā)現(xiàn)的小型填充式溶洞，一般為以下兩種情形。第一種為溶洞位于樁身一側(cè)，這種情況可用棄碴回填部分溶洞或采用漿砌片石阻隔后再施做護壁。第二種為溶洞位于樁底，此類情況一般直接用棄碴整體回填后再施做護壁。具體樁板結(jié)構(gòu)左線縱斷面圖(見圖2)。

圖2 樁板結(jié)構(gòu)左線縱斷面圖

鉆孔灌注樁施工應(yīng)嚴格按設(shè)計要求及《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)[2010]241號)施工，確保工程質(zhì)量和安全?；鶚躲@孔施工過程中需要核對地質(zhì)情況，每根樁鉆孔到位后，由設(shè)計單位地質(zhì)人員進行現(xiàn)場驗孔。合格后方可下鋼筋籠并灌注混凝土。若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與設(shè)計圖不符時，及時通知相關(guān)單位復(fù)勘。樁基鋼筋籠的制作安裝、混凝土澆筑等均滿足設(shè)計要求及《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準》(TB10751—2010)。樁基施工完成28 d后，采用低應(yīng)變反射波法對全部基樁進行成樁質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果8根樁均為I類樁[6]。

2.4 托梁施工

1#和2#樁、7#和8#樁頂橫向設(shè)置一片鋼筋混凝土托梁，托梁長度10 m，寬度1.5 m，高度1 m。采用C40混凝土澆筑，主筋采用3φ28螺紋鋼，間距0.15 m，箍筋采φ12圓鋼，間距0.2 m?；鶚痘炷翉姸冗_到設(shè)計強度的80%以上時開挖托梁基坑，樁頭環(huán)切至設(shè)計高程，鋪設(shè)0.1 m厚C25混凝土托梁墊層，樁頂高出墊層0.1 m，以保證樁伸入托梁的長度滿足設(shè)計要求。且樁基鋼筋籠主筋伸入托梁內(nèi)0.8 m，樁頂附近范圍托梁內(nèi)設(shè)置φ12抗剪鋼筋28根，長度為0.84 m，抗沖切鋼筋7根，長度1.1 m。墊層施工完成后3～7 d齡期強度后，進行鋼筋混凝土托梁施工，對墊層表面應(yīng)進行鑿毛，托梁采用鋼模一次性澆筑完成，頂面預(yù)留承載板接茬鋼筋。抗剪抗沖切鋼筋布置圖(見圖3)。

2.5 承載板施工

承載板采用整幅布置，板寬10 m，板長28.9 m，板厚1.2 m，具體尺寸及結(jié)構(gòu)(見圖1-2)。樁頂附近范圍參考托梁布筋方式載板內(nèi)設(shè)置抗剪抗沖切鋼筋。底部設(shè)置0.1 m厚的C25混凝土墊層，承載板采用鋼模分塊澆筑。承載板順線路方向板與板之間設(shè)一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)填充填縫板和填縫料，填縫板采用瀝青纖維板，填縫料采用常溫施工的高彈性聚胺脂。伸縮縫處設(shè)置φ32的HRB400螺紋鋼筋傳力桿，長度為1 m，橫向間距為0.5 m一道，當與板鋼筋沖突時可適當微調(diào)開承載板的結(jié)構(gòu)鋼筋。為保證傳力桿準確定位，可采用支架鋼筋與樁板鋼筋固定。伸縮縫傳力桿設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖(見圖4)。

圖3 抗剪抗沖切鋼筋布置圖

圖4 伸縮縫傳力桿設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖

承臺板施工完成28 d后，采用無損檢測方法對每塊承臺板進行檢測和評價，檢測質(zhì)量合格后承載板頂面進行鑿毛處理，面積不小于總面積的75%，清洗干凈后立模澆筑路基混凝土找平層[7]。

3 施工注意事項

(1)人工挖孔樁，棄碴不得堆積在樁孔周圍，及時運至設(shè)計指定的位置。(2)為保證樁頂標高和樁身質(zhì)量滿足設(shè)計要求，混凝土必須澆筑至樁頂設(shè)計高程以上1 m。(3)樁身、托梁及承載板混凝土應(yīng)分別連續(xù)灌注，不得中途停頓。(4)樁與托梁連接處、中跨托梁與承載板連接處為施工縫，在澆筑上部結(jié)構(gòu)前，將施工縫砼表面浮漿和雜物清除，然后鋪設(shè)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料等材料，再鋪3～5 cm厚的水泥砂漿，并澆筑上部結(jié)構(gòu)混凝土,施工縫處新層混凝土振搗密實。(5)樁板結(jié)構(gòu)施完成后，應(yīng)對該段路基進行專項沉降評估，要求觀測時間不少于6個月，經(jīng)第三方單位沉降評估合格后方可施工無砟軌道[8]。

4 結(jié) 論

樁板結(jié)構(gòu)目前廣泛用于新建客運專線無砟軌道高速鐵路中的工程地質(zhì)條件復(fù)雜的低路堤和路塹地段路基，對于解決路基下伏基巖巖溶強烈發(fā)育，傳統(tǒng)處理加固措施無法滿足高速鐵路運營承載能力要求，后期沉降觀測控制困難等問題有著非常顯著的優(yōu)勢。尤其是在這種橋隧過渡短路基中具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)越性。