地鐵區(qū)間橋梁樁基巖溶標(biāo)準(zhǔn)化處理方法及應(yīng)用

胡榮華 李春雷

【摘要】隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地鐵施工逐步由城市中心向郊區(qū)延伸，鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，橋梁應(yīng)用越來(lái)越多。由于部分郊區(qū)為巖溶高發(fā)區(qū)，巖溶處理及樁基施工對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較大，直接關(guān)系著工程施工及運(yùn)行安全。本文結(jié)合武漢軌道交通16號(hào)線一期工程施工實(shí)例，針對(duì)地鐵區(qū)間橋梁樁基施工中所遇巖溶的處理方法進(jìn)行歸納總結(jié)，并詳細(xì)闡述了施工方法及操作要點(diǎn)等。

【關(guān)鍵詞】地鐵區(qū)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(hào)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(yíng)河大道、漢宏高速、君山路，穿越大馬軍和馬影河鋪設(shè)，線路通過(guò)區(qū)域總體表現(xiàn)為自南向北。其中三標(biāo)段施工范圍為5站8區(qū)間，線路全長(zhǎng)18.386 km，其中高架部分長(zhǎng)15.156 km。

1.2水文地質(zhì)情況

武漢軌道交通16號(hào)線一期三標(biāo)線路通過(guò)區(qū)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(duì)工程建設(shè)有一定影響。地下水對(duì)混凝土及混凝土中鋼筋具微腐蝕性。工程基本位于現(xiàn)狀道路、村莊、農(nóng)田、水塘、螞蟻山、大軍山中，除清檀區(qū)間地形起伏較大外，其他區(qū)間線路地形總體平緩，地面高程范圍為17.8～52.8 m。施工區(qū)地貌形態(tài)包含剝蝕堆積壟崗區(qū)（相當(dāng)于長(zhǎng)江沖洪積Ⅲ級(jí)階地）、堆積平原區(qū)（長(zhǎng)江沖積Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地）、剝蝕堆積壟崗區(qū)（相當(dāng)于長(zhǎng)江沖洪積Ⅲ級(jí)階地）與堆積平原區(qū)（長(zhǎng)江沖積Ⅰ級(jí)階地）過(guò)渡區(qū)及剝蝕丘陵區(qū)，且部分高架區(qū)間存在巖溶分布，部分樁基下伏溶洞，溶洞發(fā)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(zhì)量和安全，需要進(jìn)行地質(zhì)超前鉆探，獲取詳細(xì)的地質(zhì)記錄，同時(shí)進(jìn)行土試，分析充填材料的物理力學(xué)特性，如容重、含水量、孔隙率等，從而計(jì)算注漿參數(shù)。根據(jù)鉆孔資料和充填材料，制定相應(yīng)的處理方案、成孔方法和施工措施，并進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。施工前，需在橋址進(jìn)行注漿、打樁試驗(yàn)，獲取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以完善施工方案，指導(dǎo)施工。

2.2處理施工流程

巖溶處理流程：樁基區(qū)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(gè)超前鉆探孔；樁徑1.2～1.5 m樁基，每根樁布置2個(gè)超前鉆探孔；樁徑大于等于1.5 m的樁基，每根樁布置3個(gè)超前鉆探孔。2）對(duì)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(jìn)行封孔處理。4）超前探孔進(jìn)入完整基巖深度從巖基面算起，不應(yīng)小于3倍樁端直徑，且不應(yīng)小于5 m。

2.3.2鉆孔施工

施工開(kāi)始前，應(yīng)根據(jù)樁基設(shè)計(jì)、鉆機(jī)數(shù)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(jī)具布置等確定施工平臺(tái)的平面尺寸。根據(jù)場(chǎng)地條件進(jìn)行平整、夯實(shí)，并設(shè)置必要的排水坡，防止地表水滲入。施工放樣以設(shè)計(jì)圖紙的測(cè)量控制點(diǎn)為依據(jù)，鋪設(shè)并測(cè)量施工測(cè)量控制網(wǎng)，并按施工測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行放樣。鉆機(jī)組裝完畢后，用吊車將鉆機(jī)定位，在鉆機(jī)下部用方木支撐墊調(diào)整鉆機(jī)垂直度，保證樁位準(zhǔn)確和鉆桿垂直，并開(kāi)鉆。在開(kāi)掘過(guò)程中，每隔1.5～2 m取一組樣品，進(jìn)一步揭開(kāi)井蓋處的地層或不良地質(zhì)現(xiàn)象。取下的巖心應(yīng)完全裝入巖心盒中，并填寫(xiě)巖心牌子，注明孔深、取景時(shí)間、采用率、日期，并拍照備查。鉆孔取樣完成后，應(yīng)根據(jù)鉆孔和巖心情況，按1∶100的比例繪制鉆孔柱圖，包括孔數(shù)、孔坐標(biāo)和標(biāo)高、孔深、層厚、巖心形態(tài)和巖性描述。施工順序應(yīng)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(zhǎng)江一級(jí)階地。按照武漢地區(qū)地上建構(gòu)筑物樁基巖溶處理經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)長(zhǎng)江一級(jí)階地，揭示巖溶洞的區(qū)域，在樁基施工前進(jìn)行預(yù)處理，主要方式為填充注漿，下面是根據(jù)揭示巖溶洞穴高度的處理辦法：當(dāng)鉆孔顯露的溶洞高度不超過(guò)1米且無(wú)充填或半充填，或溶洞已完全充填時(shí)，可采用水泥漿進(jìn)行靜壓注漿處理。當(dāng)鉆孔顯露高度在1～6 m之間的溶洞，未充填或部分充填時(shí)，一般采用間歇靜壓灌漿，采用水泥漿灌漿。每次注漿時(shí)間控制在20分鐘以內(nèi)。灌漿完成后，應(yīng)隔6小時(shí)進(jìn)行第二次灌漿。若20分鐘內(nèi)無(wú)壓力，應(yīng)停止灌漿，6小時(shí)后進(jìn)行第三次灌漿。如此反復(fù)直到孔底，達(dá)到灌漿效果；對(duì)施工期間探明溶洞高度大于6 m的特大型溶洞，及時(shí)向參建各方通報(bào)，組織專家召開(kāi)專題會(huì)議研究決定處理方案。

2）長(zhǎng)江二、三級(jí)階地。針對(duì)長(zhǎng)江二、三級(jí)階地，揭示有可巖溶區(qū)域逐樁進(jìn)行地質(zhì)超前探，探明有溶洞按照注漿進(jìn)行處理，無(wú)溶洞即可進(jìn)行注漿封孔處理。在樁基礎(chǔ)成孔過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)溶洞，應(yīng)根據(jù)溶洞高度和溶洞內(nèi)充填材料的條件，選擇不同的處理方法?？刹捎脻仓涮睢⒐酀{、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(méi)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(jìn)行施工。在洞穴范圍內(nèi)，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(zhì)量。對(duì)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(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa并通過(guò)巖洞后繼續(xù)。24小時(shí)后，將實(shí)施沖擊。若孔高為1～3 m，無(wú)填料或填料較少時(shí)，可用干混凝土填充，待固結(jié)達(dá)到2.5 MPa后再進(jìn)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(dǎo)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(qū)，可以用石塊、礫石、黏土或整袋水泥來(lái)填充溶槽、溶槽和小裂縫，這樣可以保證泥漿不流失的同時(shí)形成墻體，使鉆井能夠順利通過(guò)。在巖溶地區(qū)大埋深樁基施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制圍樁進(jìn)度，每小時(shí)不超過(guò)80 cm，每行程不超過(guò)50 cm，以免對(duì)溶洞頂部產(chǎn)生沖擊。當(dāng)鉆孔接近洞頂時(shí)，需要抬起鉆頭和鉆桿，取下旋轉(zhuǎn)鉆頭，用沖擊鉆打孔。打孔時(shí)輕拍，使孔壁光滑牢固，鉆頭抬起不超過(guò)50 cm。此外，所有的扣環(huán)和鋼絲繩都必須經(jīng)過(guò)測(cè)試，以確保施工安全。

2.4.2灌漿施工

1）施工準(zhǔn)備。為確保施工質(zhì)量，需要先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整和壓實(shí)處理，以保證鉆機(jī)在施工過(guò)程中穩(wěn)定不傾斜。同時(shí)，為了確定合適的配合比，需要試驗(yàn)檢測(cè)原材料。此外，還要檢查所有注漿設(shè)備的狀況，確保其正常工作，并在現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置水泥棚和制漿站，以便及時(shí)提供所需的漿液和注漿設(shè)備。

2）鉆孔。鉆孔過(guò)程中，需要做好詳細(xì)的鉆孔記錄，同時(shí)留存好鉆孔中取出的巖芯樣本。這些巖芯樣本需要與設(shè)計(jì)柱狀圖進(jìn)行對(duì)比，以確保施工過(guò)程中的鉆孔質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3）制備、置換套殼料。套管材料在現(xiàn)場(chǎng)采用膨潤(rùn)土。井眼形成后，用鉆桿將套管材料置換到井眼內(nèi)的泥漿中。方法是將管道通過(guò)循環(huán)泥漿連接到擠出注漿機(jī)。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(guò)孔口處的泥漿槽排入泥漿循環(huán)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(zhǎng)度為2 m。套筒閥管應(yīng)在更換套管材料后立即插入。兩個(gè)相鄰的套筒閥由一個(gè)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(gè)塞子，然后向管內(nèi)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(yīng)為強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量應(yīng)符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)范的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。注漿材料為水泥漿液，水泥漿液水灰比應(yīng)為1∶1。

6）注漿。注漿孔應(yīng)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(hù)，套管材料的耐壓強(qiáng)度不應(yīng)小于最大注漿壓力的1.5倍。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在100～800 kPa壓力下，注漿速率小于4 L/min，延長(zhǎng)30 min。進(jìn)行階段注漿時(shí)，基巖200～800 kPa注漿關(guān)閉20 min，土層100～300 kPa注漿關(guān)閉30分鐘，達(dá)到階段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在全孔注漿過(guò)程中，只有滿足以下標(biāo)準(zhǔn)之一才能完成注漿：一是注漿孔壓力應(yīng)保持在0.2～0.5 MPa左右，吸水量不超過(guò)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(diǎn)已超過(guò)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(wú)法達(dá)到上述結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)進(jìn)行清孔處理，并重新注漿。

3.1巖溶區(qū)地面塌陷

1）長(zhǎng)江一級(jí)階地地質(zhì)超前鉆施工過(guò)程中易出現(xiàn)沙漏性塌陷，故采用適合該地質(zhì)情況的全套管跟進(jìn)鉆機(jī)，鉆孔過(guò)程中全套管跟進(jìn)。2）超前鉆進(jìn)和混凝土灌注過(guò)程中隨時(shí)關(guān)注施工范圍內(nèi)的地面變化情況，發(fā)現(xiàn)有地面有明顯裂縫或局部塌陷情況，立即停止作業(yè)，并組織人員撤離，轉(zhuǎn)至安全區(qū)域。3）在既有重要公路附近進(jìn)行巖溶處理時(shí)，必須建立地面沉降觀測(cè)網(wǎng)。觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)按照15米的間距，在50米的施工半徑內(nèi)建立。施工單位應(yīng)當(dāng)派員實(shí)時(shí)觀察，并做好觀察記錄。一旦發(fā)現(xiàn)地面坍塌，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急計(jì)劃。4）鉆孔樁在巖溶地區(qū)施工時(shí)，經(jīng)常遇到漏水的情況。因此，有必要準(zhǔn)備足夠的黏土塊和石頭塊，以便在泄漏時(shí)及時(shí)補(bǔ)充。為保證施工效果，孔內(nèi)水頭必須保持在地下水位以上1.5米。5）巖溶區(qū)樁基進(jìn)行混凝土灌注時(shí)，及時(shí)進(jìn)行混凝土面高度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常后，立即停止灌注，探明原因后采取補(bǔ)救措施進(jìn)行處理。6）巖溶區(qū)樁基灌注應(yīng)適當(dāng)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(dǎo)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(chǎng)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(fā)生在建筑物附近，需要及時(shí)填補(bǔ)坑洞，以確保建筑物的穩(wěn)定。先往坑里扔石頭，然后鋪上卵石和沙子，最后用黏土夯實(shí)表面。填充后，需要等待一段時(shí)間，使填充物下沉并壓實(shí)，然后用黏土夯實(shí)。對(duì)于建筑物周圍的地面出現(xiàn)裂縫，需要及時(shí)封堵，避免地下水流入；如果建筑嚴(yán)重開(kāi)裂，則需要暫時(shí)關(guān)閉，在采取進(jìn)一步措施之前，需要對(duì)破舊建筑進(jìn)行評(píng)估。

由于地鐵區(qū)間所處位置及地質(zhì)情況的特殊性，過(guò)程中通過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn)，采用了多種措施處理巖溶問(wèn)題，確保了施工安全與質(zhì)量，獲得了很好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，為以后相似的工程施工積累了很好的經(jīng)驗(yàn)。

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【作者簡(jiǎn)介】

胡榮華，男，1986年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)楣こ探?jīng)營(yíng)管理。

（編輯：于淼）