鋼護(hù)筒處理巖溶地區(qū)大型溶洞樁基施工探討

丁華仁 劉向陽

摘要：文章結(jié)合貴州省六威高速公路第LWTJ-11合同段箐溝大橋K69+690左12-2#、右12-1#樁基溶洞處理工程實(shí)例，探究鋼護(hù)筒在巖溶地區(qū)樁基施工中的應(yīng)用。鋼護(hù)筒在巖溶發(fā)育、地下暗河、地質(zhì)條件復(fù)雜的樁基施工過程中可有效降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高成樁基施工質(zhì)量，節(jié)約施工成本，加快樁基施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：箐溝大橋;巖溶地區(qū);樁基;大型溶洞;鋼護(hù)筒

中圖分類號(hào)：U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/jcnki.wccst.2019.08.031

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0114-03

0引言

箐溝大橋位于畢節(jié)市威寧縣境內(nèi)，處于巖溶地質(zhì)發(fā)育的貴州南嶺東部云貴高原山區(qū)，橋梁隸屬于威寧縣爐山鎮(zhèn)光明村。橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)。項(xiàng)目共有橋梁樁基168根，長(zhǎng)度>15m的樁基采用鉆孔灌注樁，長(zhǎng)度<15m的地形采用人工挖孔樁。由于該區(qū)域?qū)儆谫F州巖溶發(fā)育地區(qū)，喀斯特地貌，地下存在許多溶洞與暗流。根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示該橋主要以強(qiáng)中風(fēng)化玄武巖、灰?guī)r主為主，樁基溶洞出現(xiàn)頻率較高，多處樁基存在溶洞連通現(xiàn)象。其中K69+690左12-2#、右12-1#樁基溶洞地勘顯示深約6 m，寬度約8m。因此，本文以箐溝大橋左12-2#、右12-1#樁基為例，探討巖溶地區(qū)鋼護(hù)筒處理大型溶洞樁基的具體應(yīng)用。

1樁基設(shè)計(jì)及地勘情況

箐溝大橋左12-2#、右12-1#樁基設(shè)計(jì)樁徑為2.2m。左12-2#樁基設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)30m，右12-1#樁基設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)23m，皆為嵌巖樁，設(shè)計(jì)嵌入完整中風(fēng)化灰?guī)r≥5.5m。根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)勘查報(bào)告可得，左12-2#、右12-1#樁基下方存在大型溶洞。其中，左12-2#樁基0～2.3m為碎石土，2.3～6.6 m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，6.6～12.9m為溶洞區(qū)，12.9～16.5m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，16.5～30m為中風(fēng)化灰?guī)r;右12-1#樁基0～1.8m為碎石土，1.8～5.4m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，5.4～12.2m為溶洞區(qū)，12.2～18.3m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，18.3～23m為中風(fēng)化灰?guī)r。

2樁基實(shí)際地質(zhì)情況

由于受地形限制，鉆機(jī)無法在此安裝，故采用人工挖孔樁施工。樁基開挖后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)地勘資料存在差異，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可得：左12-2#、右12-1#樁基下溶洞相互連通，溶洞高約14.54m，寬約9.12m，有向周邊及下方發(fā)育現(xiàn)象。其中，左12-2#樁基0～1.5m為碎石土，1.5～4.3m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，4.3～18.84m為溶洞區(qū)，18.84～23.52m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，23.52～30m為中風(fēng)化灰?guī)r;右12-1#樁基0～2.1m為碎石土，2.1～6.2m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，6.2～15.85m為溶洞區(qū)，15.85～17.30m為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，17.30～23m為中風(fēng)化灰?guī)r。溶洞具體布置見圖1。

3具體施工方案

3.1現(xiàn)場(chǎng)施工條件分析

（1）箐溝大橋左12-2#、右12-1#樁基位于陡坡山體上，設(shè)計(jì)樁基中心距為6.7m，由于受地形限制無法在陡坡山體上安裝鉆機(jī)，鉆孔灌注樁施工難度較大，故只能采用人工挖孔樁進(jìn)行施工。

（2）溶洞揭開小口后，通過進(jìn)入溶洞勘察發(fā)現(xiàn)，溶洞內(nèi)部潮濕，溶洞高約14.5m，寬約9.12m，溶洞貫通兩樁基向橫向發(fā)育較大，溶洞有向周邊及下方發(fā)育現(xiàn)象，溶洞內(nèi)部裂隙較多，溶洞空腔約2180m。

（3）樁基溶洞范圍較大，樁基長(zhǎng)度較長(zhǎng)，進(jìn)行樁基混凝土澆筑時(shí)對(duì)混凝土樁基護(hù)壁壓力較大，使樁基護(hù)壁發(fā)生破壞易造成樁基質(zhì)量問題及混凝土浪費(fèi)。

3.2施工方案比選及確定

結(jié)合樁基溶洞及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可采取漿砌片石回填、混凝土填充、鋼護(hù)筒等三種處理方式。由于樁基溶洞范圍較大，溶洞橫向、豎向發(fā)育明顯。若采取漿砌片石填充，一方面片石材料不方便運(yùn)輸至溶洞內(nèi)部;另一方面，施工人員在樁基溶洞內(nèi)部的施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，施工工期較長(zhǎng)。若采取混凝土填充方式進(jìn)行溶洞處理，一方面溶洞空腔較大，混凝土使用量較大，施工成本較高;另一方面溶洞有向周邊及下方發(fā)育跡象，并且溶腔內(nèi)部裂隙較多，采用混凝土填充，混凝土可能會(huì)隨著裂隙流向深處地下暗河，造成混凝土流失，不能保證施工質(zhì)量。若采取鋼護(hù)筒施工，一方面施工人員不用到溶洞內(nèi)部進(jìn)行施工，可確保施工安全;另一方面，鋼護(hù)筒可由廠家訂做，施工質(zhì)量可靠，安全性較高，造價(jià)相對(duì)較低，安裝速度也快，比較符合現(xiàn)場(chǎng)施工情況。

為確保箐溝大橋左12-2#、右12-1#樁基溶洞施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度要求，經(jīng)漿砌片石回填、混凝土填充、鋼護(hù)筒等多種方案比選后，確定采用鋼護(hù)筒對(duì)樁基溶洞進(jìn)行處理，以確保處理的效果及安全。

4溶洞現(xiàn)場(chǎng)處理

4.1鋼護(hù)筒施工流程

做好“三通一樣”工作，清理樁基溶洞底部泥渣后，澆筑鋼護(hù)筒基座，基座采用C20混凝土，基座直徑比樁基成孔直徑大40cm，基座高50cm。鋼護(hù)筒根據(jù)溶洞大小情況按1.5m/節(jié)或1.0m/節(jié)訂做，拉至現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝和焊接，每節(jié)長(zhǎng)度宜為3～6 m?，F(xiàn)場(chǎng)用吊車進(jìn)行鋼護(hù)筒分節(jié)吊裝，吊裝完以后，在洞內(nèi)及時(shí)進(jìn)行滿焊接加固，鋼護(hù)筒超出樁基溶洞上部50cm。鋼護(hù)筒安裝完以后，對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行頂部及底部加固。鋼護(hù)筒施工完成以后，樁基底部開挖每循環(huán)深度宜控制在30cm，開挖完以后及時(shí)施做鋼筋混凝土護(hù)壁，如此進(jìn)行三個(gè)循環(huán)。三個(gè)循環(huán)后正常進(jìn)行樁基開挖直至終孔。具體施工流程見圖2。

4.2鋼護(hù)筒加工與訂做

通過力學(xué)計(jì)算，鋼護(hù)筒宜采用2.2cm厚鋼板卷制而成，每節(jié)長(zhǎng)宜為1.5m。鋼護(hù)簡(jiǎn)直徑宜為2.3m，鋼護(hù)筒連接采用螺栓和焊接兩重連接，焊接完成后采用1cm厚、寬30cm的鋼板進(jìn)行包裹加勁焊接，環(huán)向間隔30cm以確保在安裝及混凝土澆筑過程中鋼護(hù)筒的整體剛度（見表1）。

4.3鋼護(hù)筒施工

將鋼護(hù)筒現(xiàn)場(chǎng)加工及連接完成后，采用20t汽車吊先將內(nèi)鋼護(hù)筒分節(jié)吊入樁基溶洞底部基座上，平穩(wěn)垂直安放后，進(jìn)行鋼護(hù)筒底部加固，通過基座底部預(yù)埋鋼筋和鋼護(hù)筒連接，確保鋼護(hù)筒穩(wěn)固。

鋼護(hù)筒下放安裝過程中，汽車吊要保持平穩(wěn)，鋼護(hù)筒的平面位置一定要居中，要做到盡可能避免因局部偏心造成的鋼護(hù)筒偏位或傾斜。采用鉛錘及水平尺控制好各節(jié)鋼護(hù)筒連接的垂直度，符合各項(xiàng)施工規(guī)定。一旦出現(xiàn)偏斜的現(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，馬上糾正，對(duì)可能發(fā)生偏斜的不利因素要盡早消除。

4.4鋼護(hù)筒垂直度控制

安裝鋼護(hù)筒過程中要采取鉛錘及孔口施做控制架進(jìn)行雙控，并用鉛錘儀進(jìn)行輔助控制，每拼裝2節(jié)宜進(jìn)行復(fù)核一次，如此循環(huán)直至鋼護(hù)筒安裝完成。垂直度宜<1%L（L代表鋼護(hù)筒長(zhǎng)度）。首節(jié)鋼護(hù)筒安裝后預(yù)先采用薄鋼板進(jìn)行調(diào)平并采用水平尺進(jìn)行復(fù)核，滿足要求后再安裝第2節(jié)鋼護(hù)筒，如垂直度超過設(shè)計(jì)規(guī)定要求，在接口位置也采用薄鋼板進(jìn)行調(diào)平，如此循環(huán)直到鋼護(hù)筒安裝完畢。

4.5樁基混凝土灌注

由于本樁基為旱樁，樁基成孔后進(jìn)行孔底清理。當(dāng)孔底沉渣滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后可進(jìn)行混凝土灌注。灌注前應(yīng)檢查鋼護(hù)筒的整體穩(wěn)定性。針對(duì)巖溶地區(qū)地下溶洞及暗河樁基經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)混凝土超方現(xiàn)象，樁基施工前要精確計(jì)算混凝土的設(shè)計(jì)方量。計(jì)算方量應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)樁基成孔直徑計(jì)算，并在施工中嚴(yán)格監(jiān)控。若出現(xiàn)混凝土標(biāo)高突然下降或超方較大，應(yīng)立即停止樁基混凝土灌注，必須查明相關(guān)原因并采取相關(guān)措施，必要時(shí)對(duì)樁基進(jìn)行砂土回填后重新進(jìn)行樁基開挖?；炷翝仓^程中應(yīng)嚴(yán)格控制灌注速度，根據(jù)鋼護(hù)筒高度合理調(diào)整灌注速度，防止混凝土壓力將溶洞鋼護(hù)筒護(hù)壁擠壓破壞。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在鋼護(hù)筒區(qū)域?qū)︿摻罨\局部采用鋼筋網(wǎng)加密，以減少混凝土對(duì)鋼護(hù)筒的沖擊。

在箐溝大橋左幅12-2#、右12-1#樁基鋼筋籠制作過程中，都統(tǒng)一在鋼筋籠5～19m位置增加了Ф6.5（10×10cm）鋼筋網(wǎng)加密。通過現(xiàn)場(chǎng)樁基灌注，這兩個(gè)樁基混凝土量得到了很好的控制，均與計(jì)算量差值較小。

5樁基施工情況說明

箐溝左12-2#、右12-1#樁基于2016-06-01開挖，于2016-07-08終孔，2016-07-20進(jìn)行混凝土灌注。樁基溶洞區(qū)域采用鋼護(hù)筒施工，共灌注混凝土量為273m（設(shè)計(jì)量為262.2），混凝土量控制得比較好，通過樁基檢測(cè)報(bào)告顯示該溶洞樁基樁身混凝土完整，為I類樁。

6結(jié)語

鋼護(hù)筒巖溶處理方法在巖溶發(fā)育、地下暗河、地質(zhì)情況復(fù)雜的樁基施工過程中，安全風(fēng)險(xiǎn)低，施工質(zhì)量可控、施工工期短、造價(jià)成本低，可避免出現(xiàn)安全、質(zhì)量事故。因而，在巖溶、地下暗河較多地區(qū)的樁基溶洞處理中，可先對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，綜合考慮多種溶洞處理方案，在確保樁基施工安全、質(zhì)量的前提下?lián)駜?yōu)選擇施工成本低、工期快的處理方案。