龐新剛

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程簡介

1.1 工程概況

縣道X602跨線橋位于汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支線工程第TJ4合同段，采用整體式路基分幅設(shè)計(jì)，左、右幅橋孔數(shù)相等，橋梁中心樁號(hào)為K38+036.3，橋梁起、終點(diǎn)樁號(hào)為K37+988.1—K38+084.5。橋梁全長96.4 m，最大墩高7.7 m，前右角120°。上部結(jié)構(gòu)采用3孔30 m先簡支后橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[1]。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)鉆孔揭露的巖土層，橋位區(qū)覆蓋層主要為第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、礫砂、圓礫土等和泥盆系帽子峰組（D3m）石灰?guī)r組成，根據(jù)地勘資料顯示，橋位區(qū)不良地質(zhì)為巖溶。該場地巖溶按照埋藏條件為淺覆蓋型巖溶。鉆探揭露的石灰?guī)r為泥盆系帽子峰組（D3m）石灰?guī)r巖層，溶洞層數(shù)為1～3層，溶洞頂板埋深為14.1～43.7 m不等，溶洞深度一般為0.4～11.9 m。溶洞充填方式以半充填、全充填為主，部分溶洞有掉鉆現(xiàn)象。充填物以全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉質(zhì)黏土和礫砂為主，較松散，鉆進(jìn)過程出現(xiàn)塌孔及埋鉆現(xiàn)象。該場地線巖溶發(fā)育率一般為4.82%～52.36%，發(fā)育程度為極強(qiáng)，該場地遇洞率為50%，綜合判定該場地巖溶發(fā)育程度為極強(qiáng)。溶洞樁基見縣道X602跨線橋溶洞統(tǒng)計(jì)表。

表1 K38+036.3縣道X602跨線橋溶洞統(tǒng)計(jì)表 m

2 工程設(shè)計(jì)與施工

本項(xiàng)目在詳勘階段對(duì)位于巖溶區(qū)的橋梁基本做到了逐樁鉆孔，根據(jù)鉆探資料，主要采取了以下巖溶處治措施。

2.1 裂隙處置措施

在裂隙發(fā)育的段落，在施工過程中可能出現(xiàn)漏漿，如果回填不及時(shí)會(huì)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，因此施工人員在樁基鉆孔施工過程中要嚴(yán)密監(jiān)控孔內(nèi)水頭，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水頭出現(xiàn)下降時(shí)，迅速提鉆2～3 m，同時(shí)向孔內(nèi)投入黏土塊和少量水泥，調(diào)整泥漿稠度；當(dāng)水頭下降較快時(shí)，首先要趕快補(bǔ)水，保證孔內(nèi)水頭壓力，然后將片石黏土（體積比為1∶1）往下投2～3 m，待孔內(nèi)水頭穩(wěn)定后，繼續(xù)鉆進(jìn)。再次漏漿時(shí),仍按上述方法循環(huán)處理,即可逐步解決裂隙漏漿的問題。直至鉆到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，設(shè)計(jì)、監(jiān)理工程師確認(rèn)樁基終孔，然后按正常程序清孔、安裝鋼筋籠、灌注混凝土。

2.2 溶洞處治措施

2.2.1 片石黏土封閉法

片石黏土封閉法是巖溶地區(qū)溶洞樁最常用的溶洞處理方法，特別是對(duì)于溶洞內(nèi)為空洞、半填充、流塑狀全填充或軟塑狀全填充時(shí)（溶洞高度小于等于3 m），效果非常明顯，采用片石黏土（7∶3）填塞；溶洞內(nèi)為硬塑狀全填充時(shí)，不論溶洞多高，均不處理（圖1）。

圖1 片石黏土封閉工法圖

施工要點(diǎn)：對(duì)照地質(zhì)圖，當(dāng)鉆至距溶洞頂1 m左右時(shí)，減小沖擊鉆沖程，控制在0.5～0.8 m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，溶洞一被擊穿，孔內(nèi)水頭迅速下降，這時(shí)立即向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，泥漿比重宜控制在1.4以上，同時(shí)提鉆至孔口，并向孔內(nèi)投入片石、黏土塊，必要時(shí)可摻入適量水泥、燒堿和鋸末，使回填物以最快速度沉入孔底，沖錘擠壓，封堵裂隙，使孔底形成黏結(jié)力較強(qiáng)的混合料填充溶洞并起到護(hù)壁作用。待孔內(nèi)水頭穩(wěn)定后，繼續(xù)鉆進(jìn)。

2.2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

2.2.2.1 單層鋼護(hù)筒

單層鋼護(hù)筒適用于溶洞高度3＜h＜5 m，溶洞頂以上覆蓋層厚度H＜20 m的單個(gè)溶洞；或串珠狀溶洞，溶洞間巖層總厚度小于3 m，溶洞內(nèi)為空洞、半充填、流塑狀全填充或軟塑狀全填充時(shí)，單層鋼護(hù)筒施工法（圖2）。

圖2 單層鋼護(hù)筒工法圖

施工要點(diǎn)：對(duì)照地質(zhì)圖，采用符合鋼護(hù)筒外徑的沖擊鉆頭鉆孔至距溶洞頂1 m左右時(shí)，下放鋼護(hù)筒至鉆孔底，再換符合樁基直徑的沖擊鉆頭，采用小沖程（0.5～0.8 m）繼續(xù)沖砸，直至擊穿溶洞，然后利用導(dǎo)向振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉至溶洞底部。為防止灌注的樁基混凝土流失，同時(shí)防止溶洞內(nèi)的水流對(duì)混凝土沖刷造成混凝土離析后斷樁的事故，應(yīng)先采用C15混凝土進(jìn)行水下灌注封底，灌至溶洞底以上2～3 m，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，重新沖孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，成孔。

2.2.2.2 套內(nèi)鋼護(hù)筒

套內(nèi)鋼護(hù)筒及雙層鋼護(hù)筒，適用于溶洞高度5＜h＜12 m，溶洞頂以上覆蓋層厚度H＞20 m，或溶洞高度h≥5 m的單個(gè)溶洞，或2個(gè)以上溶洞，溶洞內(nèi)為空洞、半充填、流塑狀全填充或軟塑狀全填充的情況，套內(nèi)鋼護(hù)筒施工法（圖3）。

施工要點(diǎn)：對(duì)照地質(zhì)圖，采用符合最外層鋼護(hù)筒外徑的沖擊鉆頭鉆孔進(jìn)入非軟弱土層2～3 m或至基巖頂面，下放外層鋼護(hù)筒，再換符合內(nèi)層護(hù)筒直徑的沖擊鉆頭擊穿溶洞直至最下一個(gè)溶洞底基巖面，進(jìn)行封底，最后用符合樁基直徑的鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，重新沖孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，成孔。

圖3 雙層鋼護(hù)筒工法圖

2.3 鋼護(hù)筒制作

2.3.1 材料及制作工藝

鋼護(hù)筒采用A3鋼板卷制，為加強(qiáng)鋼護(hù)筒的整體剛度，加工鋼護(hù)筒時(shí)應(yīng)在鋼護(hù)筒的焊接頭處外側(cè)加設(shè)10 mm厚，15 cm寬的鋼帶作為加強(qiáng)箍，護(hù)筒底加設(shè)12 mm厚、50 cm的鋼帶作刃腳。護(hù)筒應(yīng)分段制作，現(xiàn)場拼接，垂直度偏差不超過1 cm/m，所有焊縫應(yīng)連續(xù)，保證不漏水。

2.3.2 鋼護(hù)筒長度

外層護(hù)筒，穿過軟弱覆蓋層以下2～3 m或至基巖頂面；單層或內(nèi)層護(hù)筒埋置深度要求穿過溶洞至基巖面。

2.3.3 鋼護(hù)筒內(nèi)徑

設(shè)置單層鋼護(hù)筒時(shí)，內(nèi)徑比樁徑大20 cm；設(shè)置套內(nèi)鋼護(hù)筒時(shí)，最內(nèi)層護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大20 cm，外層護(hù)筒內(nèi)徑比內(nèi)層護(hù)筒外徑大20 cm，若需設(shè)置多層護(hù)筒時(shí)，依次向外類推。施工前應(yīng)根據(jù)溶洞分布情況，合理確定鋼護(hù)筒內(nèi)徑。

2.3.4 鋼護(hù)筒壁厚

護(hù)筒長度小于10 m時(shí)，壁厚采用10 mm；護(hù)筒長度大于等于10 m小于20 m，壁厚采用12 mm；護(hù)筒長度大于等于20 m，壁厚采用14 mm。

2.4 成樁

鋼護(hù)筒下沉到溶洞底面后，均需采用C15混凝土進(jìn)行封底，待封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，采用樁基直徑?jīng)_錘，繼續(xù)沖孔至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后進(jìn)行清孔，下放鋼筋籠，澆筑樁基混凝土。再在內(nèi)、外層護(hù)筒之間，以及外層護(hù)筒與鉆孔內(nèi)壁之間填筑小石子，用高壓噴射灌漿法（施噴法）進(jìn)行灌漿處理，要求固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到30 MPa，或采取其他有效措施密實(shí)空隙、固定護(hù)筒。

2.5 施工注意事項(xiàng)

a）在巖溶樁基施工前，應(yīng)認(rèn)真分析設(shè)計(jì)文件中有關(guān)地質(zhì)勘察資料，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，充分了解溶洞、裂隙位置、分布、走向、大小、充填情況、漏水與否、頂板巖性和厚度等，對(duì)整個(gè)施工場地作綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)并編報(bào)施工組織設(shè)計(jì)。

b）巖溶地層鉆孔樁應(yīng)結(jié)合整個(gè)場地施工的相互影響,選擇合適的施工工藝，宜優(yōu)先采用沖擊鉆成孔，成孔實(shí)在困難時(shí)可采用與其他工藝相結(jié)合的綜合工藝。

c）對(duì)于揭露有溶洞、裂隙等不良情況的樁基，應(yīng)合理安排施工順序，按照有利于及時(shí)封閉溶洞，隔斷巖溶裂隙通道的原則進(jìn)行。同一橋梁范圍內(nèi)宜隔跳施工，同一墩臺(tái)樁基礎(chǔ)只采用一臺(tái)鉆機(jī)施工，防止串孔。樁基施工時(shí)應(yīng)先安排外圍樁而后中間樁，先安排含有較深、較大、較多溶洞的樁孔施工，先安排長樁施工，后安排短樁、溶洞較小的樁孔施工。

d）對(duì)有可能發(fā)生的樁基施工病害，應(yīng)有針對(duì)性的事故處治預(yù)案，制定好應(yīng)急措施，準(zhǔn)備好充分的必備機(jī)械設(shè)備及材料，為防止可能出現(xiàn)的漏漿、偏孔、坍孔等現(xiàn)象，鉆孔前在孔口附近貯備一定數(shù)量黏土、片石及袋裝水泥，鉆孔施工過程中，要求配備足夠的供水設(shè)備，同時(shí)具備充足的水源,保證一旦漏漿，可以立即進(jìn)行補(bǔ)水；對(duì)鉆探揭示存在溶洞的樁基礎(chǔ)，應(yīng)增加泥漿制備量，以備漏漿時(shí)使用。對(duì)施工技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，能夠做到靈活處理突發(fā)事故，使在施工過程中出現(xiàn)的病害問題能得以迅速解決。

e）巖溶區(qū)橋梁樁基成孔時(shí)的泥漿池應(yīng)適當(dāng)做大，以保證一旦漏漿后，有足夠的泥漿用來補(bǔ)充，并且應(yīng)根據(jù)溶洞情況調(diào)增泥漿比重，一般不宜小于1.4，以加強(qiáng)對(duì)孔壁的支護(hù)效果。

f）樁基鉆孔前，應(yīng)對(duì)就位的鉆機(jī)底座進(jìn)行必要的加固措施，防止坍孔時(shí)鉆機(jī)下沉或傾斜。

g）鉆孔期間，應(yīng)詳細(xì)記錄鉆孔情況，若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)單位，以便根據(jù)實(shí)際地質(zhì)確定終孔條件。

3 結(jié)語

本文針對(duì)巖溶區(qū)橋梁樁基溶洞的地質(zhì)鉆探資料，根據(jù)溶洞高度、溶洞頂板厚度和充填情況的不同，提出了片石黏土封閉工法，單層鋼護(hù)筒施工工法和雙層鋼護(hù)筒施工工法3種處治措施。此3種工法能夠有效保證成樁質(zhì)量，對(duì)以后類似工程設(shè)計(jì)和施工有一定的參考和借鑒作用。