鄭傳昌 張仕杰

【摘 要】近年來，跨越河道、干渠的鐵路、公路橋梁施工比較普及，受地質(zhì)條件限制和工期緊的要求，施工方案比較多。文章以湘桂鐵路萬鄉(xiāng)河大橋的基礎(chǔ)圍堰施工為題材，著重介紹在巖溶、卵石、流沙地質(zhì)橋梁基礎(chǔ)施工采用筑島圍堰和高壓注漿技術(shù)和施工方法，可供同行交流。

【關(guān)鍵詞】湘桂鐵路；萬鄉(xiāng)河大橋；筑島圍堰；高壓注漿

0.工程概況

湘桂鐵路萬鄉(xiāng)河大橋水中樁位為巖溶、卵石、流沙地質(zhì)，承臺(tái)底為巖石層、卵石層交錯(cuò)。為確保工程安全、快速、經(jīng)濟(jì)施工，工程采用筑島工藝施工，筑島過程中采取高壓旋噴樁等加固措施。萬鄉(xiāng)河大橋起訖DIK230+950.26—DIK231+211.44，全長(zhǎng)261.18m，段內(nèi)屬緩丘地貌，兩岸高程約158m，高差不足2m，地勢(shì)平坦河槽中高程約152m，河寬約90m，常年有水。大橋共有10個(gè)墩臺(tái)，樁基88根，其中4#、5#、6#墩處于萬鄉(xiāng)河河道內(nèi)，承臺(tái)頂面標(biāo)高基本與河床表層標(biāo)高一致，底標(biāo)高分別為4#承臺(tái)149.741m、5#承臺(tái)150.274m、6#承臺(tái)150.807m，承臺(tái)嵌入河床約2.5m左右，三個(gè)水中承臺(tái)的尺寸均為10.7m×6.1m×2.5m，與橋梁縱向成16度夾角，單個(gè)承臺(tái)樁基設(shè)計(jì)為8根？準(zhǔn)1.25m鉆孔灌注樁，旱季水位為154.5m，雨季水位為158.9m，施工前搭設(shè)鋼棧橋及鉆孔作業(yè)平臺(tái)。

1.地質(zhì)情況

萬鄉(xiāng)河河床中有一斷層，稱之為萬鄉(xiāng)河斷層，橋址內(nèi)不良地質(zhì)為巖溶，特殊巖土為松軟土。以可溶巖為主，附近地表出露的灰?guī)r溶蝕跡象明顯，發(fā)現(xiàn)多個(gè)溶洞，巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育，河床表層淤泥層約10～20cm，承臺(tái)嵌入河床2.5m位置地質(zhì)情況，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及鉆孔樁施工時(shí)渣樣顯示為卵石土層、流沙層。

2.施工工藝

5#墩（河中央）采用鋼板樁圍堰，4、6#墩（靠岸邊）采用筑島圍堰。這里主要介紹筑島圍堰施工工藝。

2.1圍堰工程

根據(jù)江水不能斷流的要求，圍堰施工作業(yè)程序如下（具體請(qǐng)?jiān)斠姼綀D）。

先進(jìn)行草袋投放。首先投放迎水面短邊一側(cè)，投放時(shí)，將已準(zhǔn)備好的土袋堆用吊車懸吊，緊靠相鄰兩木樁下放至河底，利用木樁阻擋，使土袋堆不被水流沖走，一直投放至草袋高出水面1米位置，緊靠木樁的草袋投放完成后，在已投放好的草袋外側(cè)再投放一層土袋堆，迎水面一側(cè)草袋投放完成后，采用相同的方法進(jìn)行另一側(cè)短邊及靠水中長(zhǎng)邊一側(cè)草袋的投放。

草袋投放完成后，對(duì)圍成的區(qū)域進(jìn)行填土。填土采用逐級(jí)推進(jìn)的辦法，從岸邊往水中形成的圍堰區(qū)域內(nèi)倒土，用裝載機(jī)向前逐步推進(jìn)，填土保證超出河面50cm以上，以方便機(jī)械操作，土盡量利用路基棄方，不能傾倒石方。

圍堰施工注意事項(xiàng)：①挖掘機(jī)平整堰體基礎(chǔ)；②砂土、運(yùn)到江邊裝袋；③堰體碼砌：專人指揮碼砌，砌體要搭接堆碼；④堰體完成后，堰體迎水面再鋪兩層防水彩條布，頂部彩條布要用砂袋壓緊；⑤圍堰時(shí)要做好堰體內(nèi)的防水布的安放正確，另外堰壩體成型要標(biāo)準(zhǔn)，深水處考慮用鋼管架固定圍堰體。

2.2高壓注漿工藝流程

測(cè)放壓漿加固孔位XY-1型工程鉆機(jī)引孔→安放塑料管→旋噴鉆機(jī)對(duì)正孔位→漿液制備→沉管至設(shè)計(jì)底標(biāo)高→噴漿試壓→樁頂旋噴漿液→恒速旋噴到樁底標(biāo)高→沖洗輸漿管道→結(jié)束一根樁施工→施工下一根樁。

2.3高壓旋噴樁檢測(cè)效果

我部在6#墩之外在同樣地質(zhì)條件，做試驗(yàn)樁4根，注漿深度為4米，7天后挖出成樁效果，邀請(qǐng)建指、監(jiān)理共同見證。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開挖達(dá)到支護(hù)及止水圍幕，控制樁徑擴(kuò)散的效果。將在每個(gè)墩臺(tái)注漿完成后，委托第三方檢測(cè)注漿成樁效果，28天強(qiáng)度每個(gè)墩臺(tái)取蕊檢測(cè)3根樁。

2.4高壓注漿護(hù)壁驗(yàn)算

假設(shè)鉆孔過程中塌孔或有溶洞，流砂移動(dòng)，驗(yàn)算高壓旋噴樁護(hù)壁強(qiáng)度。

①圍堰后每小時(shí)滲透水量計(jì)算：

靜止水位h1=1.5米、穩(wěn)定水位埋深h2=7.2米，以地下水徑流補(bǔ)給為主，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，得到穩(wěn)定流量q為13.5M3/h，影響半徑28.5，基滲透系數(shù)K和每小時(shí)水量Q：

K=0.366lgR/r*q/M（h2-h1）=12.7m/d；

Q=kaKhl/24*H/H+2t=810.7m3/h；

式中：R為影響半徑，m為含水量厚度，m；ka為安全系數(shù)，取1.5；h為旋噴底到基巖高度取7.5米；護(hù)壁周長(zhǎng)7.4*2+16.95*2米。

②采用朗金理論進(jìn)行土壓力計(jì)算：

主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：

式中：

r—土的重度（KN/m2），地下水位以下用浮重度。

h—計(jì)算土壓力強(qiáng)度的點(diǎn)到地表面的距離。

φ—土的內(nèi)摩擦角（°），礫、卵石土取40°。

單位長(zhǎng)度總主動(dòng)土壓力：

經(jīng)計(jì)算： Pa=（21-10）×4.0×0.217=8.68KN/m2

Ea=1/2×（21-10）×42×0.466=40.48KN/m

2.5注漿加固過程控制

筑島形成后，按規(guī)定位置進(jìn)行注漿加固。對(duì)水面以下的填土和砂卵石層進(jìn)行注漿，注漿加固采用旋噴樁施工工藝。注漿作業(yè)寬度約3.5米，分四排梅花樁布置。

旋噴樁樁徑0.5米，正三角形布置，樁間距1米，樁長(zhǎng)8米。

旋噴樁工藝：

①鉆機(jī)就位。把鉆機(jī)移至鉆孔位置，對(duì)準(zhǔn)孔位用水平，立軸垂直、墊牢機(jī)架、鉆機(jī)的垂直度滿足精確要求，經(jīng)技術(shù)人員檢測(cè)合格后方可開鉆。施工時(shí)旋噴管的允許傾斜度不得大于1.5%。如發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)傾斜，則停機(jī)找平后再開鉆。

②鉆孔。按上一步要求將鉆機(jī)就好位好，進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔結(jié)束后，有技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后方可移位進(jìn)行下一孔的鉆進(jìn)。鉆孔的位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50mm。

③插管。插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度。將噴射臺(tái)車移至成孔處，先在地面進(jìn)行漿、氣試噴，檢查各項(xiàng)工藝參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后將噴射管下至設(shè)計(jì)深度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員檢查認(rèn)可后方可進(jìn)行下步工序施工。插管與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時(shí)插管作業(yè)同時(shí)完成。如使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔完畢，必須拔出巖芯管并換上旋噴管插入到預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1MPa，若壓力過高，則易將孔壁射塌。

④噴射作業(yè)。根據(jù)地質(zhì)提供資料，噴漿材料需用合格的硅酸鹽水泥，水泥應(yīng)為新鮮無結(jié)塊，通過0.08mm方孔的篩余量≤5%，每批次進(jìn)場(chǎng)水泥必須有生產(chǎn)廠家產(chǎn)品合格證，并根據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行抽查檢驗(yàn)，嚴(yán)禁使用不合格水泥。制漿用水必須保證清潔無污染，符合拌制水的要求。

按試驗(yàn)配合比進(jìn)行漿液攪制，在制漿過程中應(yīng)隨時(shí)測(cè)量漿液比重，每孔噴漿結(jié)束后要統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機(jī)攪制，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于30S，一次攪拌使用時(shí)間亦控制在4h以內(nèi)。當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由上而下進(jìn)行噴射作業(yè)，技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。當(dāng)漿液初凝時(shí)間超過20h應(yīng)及時(shí)停止使用該水泥漿液（正常水灰比1：1，初凝時(shí)間為15h左右）。

在噴射過程中，技術(shù)人員及時(shí)檢查個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況，并根據(jù)具體情況采取下列措施：A、接、卸換管要快，防止塌孔和堵嘴；B、噴射因故障中斷，應(yīng)酌情處理：因機(jī)械故障，要盡力減短中斷時(shí)間，及早恢復(fù)灌漿；如中斷時(shí)間超過1小時(shí)，要采取補(bǔ)救措施；恢復(fù)噴射時(shí)，噴射管要多下0.3m保證寧接體的連續(xù)性。

⑤旋轉(zhuǎn)和提升。當(dāng)噴射管下至設(shè)計(jì)深度，待成孔到設(shè)計(jì)深度，漿拌制好水泥漿液傾入集料斗，將低壓泵由送水改為送漿開啟送漿泵送漿，為保證樁底有足夠的水泥漿量，應(yīng)停噴30秒種，然后邊旋轉(zhuǎn)邊提升，旋轉(zhuǎn)速度和提升速度都按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行，開始送入符合要求的漿、氣，待注入漿液冒出孔口時(shí)，按設(shè)計(jì)的提升方式及速度自下而上旋轉(zhuǎn)提升，直至設(shè)計(jì)的終噴高程。

⑥噴注作業(yè)時(shí)做好已噴鄰樁的補(bǔ)漿回灌，保證加固體固結(jié)后的樁頂標(biāo)高，施工中及時(shí)作好廢漿處理。移動(dòng)機(jī)具將鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

2.6止水帷幕施工

注漿完成后，為保證圍堰土體穩(wěn)固，防止圍堰土體表層土脫落及滲漏，在圍堰內(nèi)側(cè)土體表層澆筑一層0.5米厚的混凝土止水帷幕。

由于圍堰土體有一定坡度，只需要在坡面上安裝垂直于坡面的擋板，分塊進(jìn)行澆注。

2.7開挖基坑、封底

圍堰形成后，立即用小挖機(jī)進(jìn)行基坑開挖，開挖邊坡按1：1坡度，邊坡適當(dāng)設(shè)置臺(tái)階，以便在臺(tái)階上澆筑混凝土，混凝土厚度不小于10cm，防止水從邊坡滲入到基坑。

挖至承臺(tái)底標(biāo)高下0.5米位置（即超挖0.5米），再利用吸泥泵抽砂和泥漿，基坑開挖完成后立即采用C30水下混凝土進(jìn)行封底，封底厚度不小于50cm，既起到防水的作用又加大了地基的承載力。

基坑開挖過程中要特別注意不能損壞樁基。

3.施工效果

（1）經(jīng)濟(jì)分析：鋼板樁圍堰約花費(fèi)120萬元（單層為120萬元，考慮受巖溶、卵石、巖石地質(zhì)影響可能另增加30萬元），筑島圍堰（高壓注漿）約花費(fèi)90萬元，每個(gè)墩節(jié)省30萬元，至少可節(jié)省60萬元成本。

（2）安全分析：由于地質(zhì)為巖溶、卵石、流沙地質(zhì)，用高壓注漿的方法更安全、可靠（因?yàn)殇摪鍢妒艿刭|(zhì)影響，部分樁不能持力）。

（3）進(jìn)度：高壓注漿比鋼板樁圍堰施工更快捷。

綜上所述，巖溶、卵石、流沙地質(zhì)淺水圍堰施工采用筑島圍堰和高壓注漿方法可以節(jié)約成本，施工更安全快捷，施工效果令人滿意，可供類似工程參考。