高速鐵路復雜巖溶環(huán)境下超長鉆孔樁施工技術(shù)

王廣群 姜曉杰

摘? 要：新建濰坊至萊西鐵路大白村特大橋大理巖一般呈層狀分布或以夾層、透鏡體產(chǎn)于呂梁期侵入巖斜長角閃巖中，地質(zhì)特征較為復雜。受構(gòu)造作用、地層結(jié)構(gòu)及地下水等影響，大理巖巖溶強烈發(fā)育，呈現(xiàn)出豎向串珠狀、橫向強連通性的特征，尤以59#墩最為顯著。該墩鉆孔灌注樁設(shè)計為75.5m，屬超長巖溶樁，成孔困難，綜合比較后采取沖擊鉆成孔，長鋼護筒、溶洞反復回填沖擊、泥漿護壁等綜合施工方法，保證了成孔質(zhì)量及施工進度。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;巖溶;鉆孔灌注樁;沖擊鉆

中圖分類號：U445? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0135-02

我國高速鐵路建設(shè)快速發(fā)展，但是巖溶地區(qū)樁基尤其是超長樁基施工，質(zhì)量控制較為困難，前人研究采用注漿、鋼護筒跟進等方法，但該類方法經(jīng)濟成本高、工期較長，本文通過對復雜巖溶環(huán)境下超長樁基施工過程中卡鉆、埋鉆、漏漿、偏斜等難點進行分析，結(jié)合本研究區(qū)現(xiàn)場實際施工情況，采用長鋼護筒、片石及黏土反復回填等綜合施工方法，有效控制了施工質(zhì)量。

1 工程地質(zhì)概況

新建濰坊至萊西鐵路平度市云山鎮(zhèn)區(qū)段為剝蝕丘陵、剝蝕斜坡地貌，地層屬華北地層區(qū)。研究區(qū)主要分布元古界中深變質(zhì)巖，以工程性質(zhì)較為穩(wěn)定的硬質(zhì)巖為主，巖性主要為大理巖;元古界上覆中生界泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，以軟質(zhì)巖為主;地表第四系廣泛發(fā)育，主要為黏土、砂類土等松散堆積物。研究區(qū)風化程度界線起伏大，地層軟硬不均顯著，呂梁期斜長角閃巖侵入顯著，大理巖及斜長角閃巖互層，地層產(chǎn)狀變化大，加劇了地層的不均勻性，地質(zhì)特征較為復雜[1，2]。

大白村特大橋大理巖一般呈層狀分布或以夾層、透鏡體產(chǎn)于斜長角閃巖中。受構(gòu)造作用、地層結(jié)構(gòu)及地下水等影響，巖性交界面大理巖巖溶強烈發(fā)育，溶洞見洞率及層數(shù)多，大多數(shù)泥漿漏失嚴重，尤以59#墩為最。該處溶洞以豎向串珠狀、橫向強連通性為主要特征，地勘取芯揭露洞高2m居多，最大達6.3m，溶洞底板最深達75.7m，充填、半充填及無充填均有分布，充填物以大理巖全風化及強風化碎屑為主，夾少量黏性土、砂類土。

該墩基礎(chǔ)采用摩擦樁基礎(chǔ)，設(shè)計單樁承載力3719.8kN，容許單樁承載力5167.3kN。設(shè)計為8根φ1.0m鉆孔灌注樁，單根樁長75.5m，下部基巖為強風化斜長角閃巖（W3，σ0=500kPa），基巖面起伏較大。樁長范圍內(nèi)弱風化大理巖（W2，σ0=1500kPa）、溶洞及強風化斜長角閃巖（W3，σ0=500kPa）交替出現(xiàn)，極易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔埋鉆及泥漿嚴重漏失等異常情況，樁基成孔難度大。通過對該區(qū)復雜巖溶環(huán)境下樁基成孔技術(shù)研究，采取適宜施工方法，對樁基質(zhì)量控制具有重要意義。

2 難點分析及設(shè)備選型

鉆孔灌注樁成孔主要是旋挖鉆及沖擊鉆，基于以下幾種原因，綜合比較后采取沖擊鉆成孔、泥漿護壁施工方式：（1）該墩位樁基過長，大理巖硬度大（σ0=1500kPa），需單獨引進較大功率旋挖鉆機，時間及經(jīng)濟成本過高。（2）充填～半充填溶洞充填物松散且洞高較大，采用旋挖鉆無法形成有效護壁，填充物坍塌易造成埋鉆、洞頂卡鉆等安全事故。（3）無填充強連通性溶洞，擊穿溶洞后嚴重漏漿，即使及時補水或補漿效果也較差，不能保持漿面高度，樁基上部黏土層及砂層受地下水作用，導致塌孔;旋挖鉆機無法在溶洞處形成護壁，混凝土灌注過程中會大量超方，孔內(nèi)混凝土面及漿面易迅速下降，導管埋深不易確定，極易造成斷樁、夾泥等質(zhì)量事故[3]。（4）巖溶樁基地質(zhì)情況復雜多變，受限于勘探孔較小，樁身范圍內(nèi)極有可能存在勘探期間未發(fā)現(xiàn)的溶洞，導致意外漏漿、卡鉆等，根據(jù)詳細地勘剖面圖逐樁制定處理方案的同時注意及時處理突發(fā)情況，保證成孔質(zhì)量。

3 施工方法

地勘資料揭示樁基上部存在砂層且粉質(zhì)黏土層較厚，溶洞層數(shù)多、單層高度大，且多為無充填、半充填型，綜合比較后采取長鋼護筒、沖擊鉆反復回填沖擊、泥漿護壁等施工方法。

3.1 長鋼護筒法

巖溶樁基為逐樁鉆孔取芯，地勘資料較為準確，揭示孔口流變性砂層頂部深度3.3m～3.9m，底部深度4.9m～6.1m，鉆至該部位時易發(fā)生塌孔埋鉆等事故，為確?？妆诜€(wěn)定及施工安全，綜合考慮施工成本、工期等因素，采取長鋼護筒法施工。鋼護筒采用厚度10mm鋼板卷制而成，直徑1.3m，長7m，護筒穿過砂層進入下部巖層1m，有效保證了該段成孔質(zhì)量及施工進度。

3.2 回填筑壁法

以59-2#樁基為例，地勘及實際鉆孔資料揭示該樁基上部較松散粉質(zhì)黏土及砂層厚度為21.4m，厚度較大;溶洞共9層，洞高1.1～3.3m，除一處為半填充～全填充外，其余均為無填充溶洞，鉆探時發(fā)生掉鉆，鉆至溶洞時泥漿通常嚴重漏失甚至完全漏失。溶洞回填數(shù)據(jù)統(tǒng)計表見表1。

（1）該根樁基多為無填充大溶洞，為防止鉆頭擊穿洞頂?shù)羧氪笕芏窗l(fā)生卡鉆事故，沖擊鉆鉆至洞頂1m處改用小沖程緩慢擊穿洞頂，可有效防止事故發(fā)生[4，5]。擊穿洞頂發(fā)生泥漿漏失時應立即將鉆頭提出樁孔，防止塌孔引起埋鉆事故。（2）因孔內(nèi)漿面下降，泥漿靜水壓力不再有效緩解孔邊的剪切應力，易造成上部松散層塌孔[6]，立即提鉆后應及時回填片石及黏土，同時注水或泥漿保持孔內(nèi)水頭高度，采用小沖程繼續(xù)沖擊筑壁[7]。（3）半填充～全填充及樁間連通性差小溶洞，緩慢漏漿，采用片石及黏土單次回填，小沖程緩慢沖擊，基本能形成有效的護壁，使孔內(nèi)水頭高度穩(wěn)定保持，孔壁穩(wěn)定后穿過巖溶區(qū)再采用大沖程繼續(xù)進尺。（4）對于無填充、樁間甚至墩間連通性好且洞高較大的溶洞，采用片石及黏土回填時需經(jīng)過多次回填，反復沖擊才能有效形成護壁，使孔內(nèi)漿面穩(wěn)定保持，待漿面完全穩(wěn)定后方可進行向下鉆孔，否則鉆孔時由于振動等原因易引起溶洞處護壁坍塌，同時灌注混凝土時極可能因側(cè)壓力過大導致形成的護壁被沖開，混凝土面下降導致導管埋深不夠產(chǎn)生斷樁、夾泥等質(zhì)量事故。（5）實際鉆孔中發(fā)現(xiàn)片石及黏土采用體積比1：2回填，同時將泥漿比重控制在1.3左右，可保證樁基上部孔壁穩(wěn)定及溶洞護壁有效形成。（6）受侵入及構(gòu)造作用影響，大理巖及斜長角閃巖產(chǎn)狀及硬度差別大，地層非均質(zhì)性強，地質(zhì)特征較為復雜。鉆孔時易在巖性交界面、溶洞側(cè)壁等強非均質(zhì)性地層產(chǎn)生偏斜現(xiàn)象，應注意鋼絲繩擺動及與中心偏差情況，發(fā)生偏斜后及時反復回填片石及黏土，直至修復。

4 結(jié)束語

高速鐵路對地基處理具有較高要求，而巖溶樁基施工及質(zhì)量控制又較為困難，因此復雜巖溶環(huán)境下超長樁基施工技術(shù)研究具有重要意義。通過對研究區(qū)樁基施工難點及施工過程進行分析，討論了施工中采取的處理措施，及時有效保證了施工進度及成樁質(zhì)量。（1）地表土質(zhì)松散且含有流變性砂層樁基采用長鋼護筒，有效預防樁基上部砂層及孔口坍塌。（2）無填充、橫向強連通性大溶洞，采取片石黏土反復回填沖擊，確?？妆诜€(wěn)定及抵抗混凝土灌注時側(cè)壓力的能力。（3）進尺到溶洞時，注意鋼絲繩擺動及與中心偏差情況，謹防鉆孔偏斜，異常情況及時處理。（4）灌注混凝土時在溶洞處加大導管埋深，同時稍作停留再繼續(xù)灌注，防止孔壁被擠穿，導致導管埋深不夠造成斷樁、夾泥等質(zhì)量事故。

參考文獻：

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