串珠狀巖溶區(qū)高速公路橋梁樁基技術(shù)研究

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摘要:在巖溶地區(qū)的高速公路橋梁樁基施工是一個難題，極易出現(xiàn)塌孔、掉鉆、卡鉆、地面沉降、斷樁等施工安全事故。結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實踐，探討溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)特點，分析施工技術(shù)難點，旨在為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的高速公路橋梁樁基施工提供經(jīng)驗參考，以避免樁基施工安全事故的發(fā)生，提高施工質(zhì)量和施工效率。

關(guān)鍵詞:串珠狀溶洞，巖溶區(qū)，高速公路，橋梁樁基

1概述

在巖溶強發(fā)育地區(qū)，地下溶洞形狀、大小不一，分布不均勻，承載能力小，溶洞之間連通性好，因此橋梁樁基在鉆進施工過程中容易出現(xiàn)塌孔、掉鉆、埋鉆、鉆孔偏斜以及漏漿等問題［1］，從而影響施工進度，降低施工質(zhì)量。不同巖溶強發(fā)育地區(qū)的巖溶形態(tài)各具特點，其中串珠狀巖溶由于溶洞沿深度方向數(shù)量分布較多，發(fā)育程度和規(guī)模不一，從而成為樁基成孔施工最難應(yīng)對的巖溶形態(tài)之一［2］。雖然王平［3］以廣東紫惠高速公路工程為背景論述了巖溶區(qū)現(xiàn)場施工主要技術(shù)和注意事項，范業(yè)帥［4］針對河北省柴河特大橋12號主墩橋梁樁基施工闡述了巖溶強發(fā)育區(qū)樁基施工方法及特點，但由于串珠狀溶洞的特殊性，這種復(fù)雜巖溶地區(qū)的橋梁樁基施工技術(shù)還需進一步總結(jié)和完善。本文將結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實踐，探討溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶地質(zhì)橋梁樁基主要施工技術(shù)特點，分析主要施工技術(shù)難點，為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的橋梁樁基施工提供現(xiàn)場經(jīng)驗，以此提高高速公路橋梁樁基的施工質(zhì)量和施工效率，避免施工過程中安全事故的發(fā)生。

2工程概況

廣東省佛清從高速公路北段位于廣州市花都區(qū)赤坭鎮(zhèn)和石角鎮(zhèn)，全長27．17km。經(jīng)初步地質(zhì)勘測，東升互通橋梁工程段處于灰?guī)r地區(qū)，地表覆蓋厚，巖溶發(fā)育較強，溶洞埋深較深，洞高呈0．1m～16．8m不均勻分布，其中小型溶洞(洞高小于3m)占59．43%，大型溶洞(洞高位于3m～9m)占34．85%，特大型溶洞(洞高大于9m)占5．72%。溶洞內(nèi)處于全充填、半充填和無充填等狀態(tài)，充填物多為軟～流塑粉質(zhì)粘土夾灰?guī)r碎塊。在東升互通橋梁工程500根樁基中約有200根樁基的樁底或樁側(cè)分布著溶洞，部分樁基將穿越溶洞沿深度方向呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū)，穿越溶洞個數(shù)多達4個。

3主要施工技術(shù)要點

3．1樁基施工工藝

目前，橋梁樁基成孔常用方法有人工挖孔法、旋挖鉆進成孔法、沖擊鉆進成孔法等［5］。由于東升互通橋梁工程位于強發(fā)育巖溶區(qū)，在樁基鉆孔施工過程中易出現(xiàn)漏漿，甚至塌孔等安全事故，因此為了使填充物有效地擠入溶洞，提高護壁堵漏的效果，增強孔壁穩(wěn)定性，建議采用沖擊鉆進成孔法。東升互通橋梁段樁基施工流程如圖1所示。在復(fù)雜巖溶區(qū)使用該成孔施工工藝時應(yīng)注意以下事項:1)根據(jù)現(xiàn)場實際情況來調(diào)整沖擊鉆的沖程大小。沖程過大，易引起較大的振動，從而引起塌孔;沖程過小，則耽誤施工進度;2)鉆至巖層時，若表面不平整，應(yīng)先投入小片石，再進行沖擊鉆進，從而防止斜孔、塌孔事故;3)要適當(dāng)放松鋼絲繩長度。松繩過少，易形成“打空錐”，損壞機具;松繩過多，降低鉆進速度，易發(fā)生鋼絲繩糾纏事故。在距離設(shè)計孔底1m范圍內(nèi)，宜采用小沖程高頻鉆進，以此夯實孔底，有效保證樁孔底部密實、無破損;4)沖擊鉆進一段時間后，應(yīng)及時撈渣。若鉆渣太多，使泥漿濃度變稠，從而吸收大量沖擊能，降低鉆進速度。現(xiàn)場每鉆進2m～4m應(yīng)進行泥漿比重測定，并根據(jù)實際情況及時注水，降低泥漿比重;5)鉆孔過程中需加強測量復(fù)核，鉆機進尺2m～4m后使用護樁對孔位平面位置進行復(fù)核，若發(fā)生偏孔應(yīng)停止鉆進，及時調(diào)整鉆機位置，護樁位置予以保護。若護樁發(fā)生偏移，需重新復(fù)核樁位及護樁平面位置。

3．2施工前準備工作

鉆孔前，需根據(jù)基準坐標點、水準點，按施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計要求布設(shè)施工測量控制網(wǎng)，控制樁位中心、鉆孔垂直度、樁頂、樁底高程等。由于東升互通橋梁采用雙柱墩結(jié)構(gòu)形式，所以樁基的定位精度要求比普通結(jié)構(gòu)的定位精度高，定位復(fù)核需加強精度控制。樁位精確放樣后，使用線繩在樁基四周布設(shè)護樁，護樁距樁基中心點距離根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)節(jié)，一般在2．5m～3．0m之間。施工前，需對鉆機平臺進行整平加固，若樁機倉促定位會導(dǎo)致后期施工中出現(xiàn)樁基孔垂直度不合格。若樁基四周地質(zhì)條件不好，要對鉆機擺放位置進行重點清表，清理到硬土位置為止，然后回填級配碎石，每回填20cm后壓實，再回填下一層并壓實，最后進行整平，鋪設(shè)鋼板，使得鉆機平穩(wěn)固定在施工平臺上，保證鉆進過程不會出現(xiàn)鉆機下沉不均勻或者移動偏位情況;若樁基四周地質(zhì)條件好，可對表面進行清理，然后整平，鋪設(shè)鋼板，保證鉆機位不出現(xiàn)偏移。根據(jù)測量放線埋設(shè)鋼護筒，鋼護筒的厚度為8mm，高度為2．0m～4．0m，內(nèi)徑比相應(yīng)樁徑大20cm，護筒上開有一個溢漿孔。護筒埋設(shè)采用人工開挖的方式，將坑底整平，然后放入護筒，四周即用黏土回填，分層夯實，并隨時觀察護筒，防止填土?xí)r護筒位置偏移，嚴格控制護筒位置和垂直度，鋼護筒頂部需高出施工場地地面30cm，防止雜物等進入施工孔內(nèi)。

3．3造漿及清運

泥漿在施工過程中在孔壁會形成一層泥皮，不僅可以起到保證施工孔免于坍塌的作用，還可以起到浮懸土渣的作用。在樁基孔鉆進過程中應(yīng)不斷測試泥漿的性能指標，并根據(jù)泥漿性能和地層情況及時調(diào)整，必要時可添加外加劑，改善泥漿性能。泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由泥漿池、出漿槽、泥漿泵、沉淀池等部分組成，布置于兩橋墩之間。泥漿池及沉淀池四周應(yīng)布設(shè)防護網(wǎng)和警示標識，底部周邊碼放砂袋，防止漏漿污染。為了加快施工進度及保護環(huán)境，需在施工場地建設(shè)泥漿沉渣晾曬區(qū)，并由泥漿清運車及時清運。

3．4溶洞處理方案

復(fù)雜巖溶區(qū)的橋梁建設(shè)常會因溶洞的存在降低施工效率和工程質(zhì)量，若在樁基施工過程中未能有效處理溶洞，則會在后期運營中出現(xiàn)橋梁樁基的不均勻下沉，從而影響行車舒適度，甚至出現(xiàn)工程事故和行車安全事故［6］。因此樁基施工中常會根據(jù)現(xiàn)場實際巖溶發(fā)育狀況和地質(zhì)情況制定針對性的溶洞處理方案［7］。東升互通橋梁右幅1-1樁位和3-3樁位分布著串珠狀溶洞，因此在鉆孔施工過程中，出現(xiàn)了嚴重的漏漿和塌孔施工事故，故現(xiàn)場工作人員根據(jù)地質(zhì)勘測資料和現(xiàn)場實際情況，結(jié)合了拋填黃土片石法和鋼護筒跟進法來處理溶洞。當(dāng)鉆至距溶洞頂板距離小于500mm時，應(yīng)提出沖擊錘，向孔內(nèi)拋填片石、粘土，再進行小沖程鉆孔，直至穿過溶洞后再逐漸加大沖程至正常鉆孔速度;當(dāng)鉆頭穿過溶洞頂板后需立即提出，向孔內(nèi)先后拋填片石和粘土，拋填比例按1∶1施工，再以小沖程高頻率沖擊穿過空洞，將充填物擠入孔壁，實現(xiàn)人工造壁。對于串珠狀溶洞中的空溶洞或半充填溶洞，在穿越擊溶洞前，應(yīng)密切注意孔內(nèi)泥漿面的變化，若出現(xiàn)下降，則立即補水，并按1∶2的比例回填粘土和片石，再進行沖砸堵漏，當(dāng)漏漿現(xiàn)象全部消失后才正常鉆進;對于溶洞內(nèi)填充物為軟弱粘性土或淤泥，穿越溶洞之后應(yīng)向孔內(nèi)投入比例為1∶1的粘土片石混合物，沖砸固壁，防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔過程中遇到串珠狀溶洞的大型空溶洞時，漏漿嚴重易發(fā)生塌孔事故，此時應(yīng)采取鋼護筒跟進法，鋼護筒直徑要大于樁徑至少10cm，采用震動下沉法將鋼護筒打至溶洞位置。現(xiàn)場溶洞處理施工如圖2所示。

3．5清孔及水下混凝土灌注

樁基孔鉆至設(shè)計深度后，需對孔深、孔徑、孔位進行檢查，然后采用換漿法對施工孔進行清理。當(dāng)換漿至規(guī)定時長后，吊入已經(jīng)制作好的鋼筋籠，進行二次清孔，并再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標和孔底沉淀厚度是否符合規(guī)范和設(shè)計要求，當(dāng)泥漿含砂率小于2%，相對密度位于1．03～1．10之間，方可進行水下混凝土灌注。灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序，需要一次完成，中間不能停留。水下混凝土坍落度應(yīng)控制在180mm～200mm，在灌注過程中，應(yīng)保持孔內(nèi)水頭和導(dǎo)管埋管深度在2m～6m范圍。當(dāng)孔內(nèi)混凝土靠近鋼筋籠時，應(yīng)使導(dǎo)管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，減小混凝土從導(dǎo)管底口出來后產(chǎn)生較大的向上沖擊力，防止鋼筋籠被混凝土頂托上升;當(dāng)混凝土進入鋼筋籠一定的深度后，應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)管，減小導(dǎo)管埋置深度，從而增加鋼筋籠在導(dǎo)管底口下的埋深，增加混凝土對鋼筋的握裹力。為確保樁頂質(zhì)量，應(yīng)在樁頂設(shè)計標高的基礎(chǔ)上多灌注50cm～100cm，灌注結(jié)束后立刻清除樁頂沉渣;待混凝土強度達到70%后，人工鑿除超灌的混凝土，以保證樁頭混凝土質(zhì)量的良好。

4施工技術(shù)難點

1)由于巖溶發(fā)育的不連續(xù)性和復(fù)雜性，使得前期鉆孔勘察工作不能完全反映洞走向、分布以及大小，因此在樁基施工中有可能會碰到未勘探到的溶洞，這樣往往給樁基施工造成一定的經(jīng)濟損失，加大了溶洞處理費用，且在鉆孔過程中易發(fā)生塌孔、斜孔、卡錘、漏漿等風(fēng)險，使得樁基成孔操作難度比較高［8］。2)由于橋址區(qū)巖溶發(fā)育強，溶洞呈串珠狀分布且連通性較好，因此在樁基施工過程中溶洞處理工作難度較大，常在同一個溶洞位置發(fā)生多次漏漿和塌孔。3)由于部分樁基需穿越串珠狀巖溶地基，樁孔設(shè)計深度較深，設(shè)計樁長較長，因此需要大量的混凝土材料，且需要長時間的灌注施工。而因為混凝土材料的質(zhì)量會隨著時間的推移發(fā)生一定的變化，故控制難度會提高，在灌注環(huán)節(jié)易出現(xiàn)流失與斷柱的問題，因此應(yīng)該加強灌注混凝土材料坍落度的控制［9］。

5結(jié)語

在復(fù)雜巖溶區(qū)進行高速公路橋梁建設(shè)，增大了施工難度，減緩了施工進度，加大了施工風(fēng)險，故本文結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實例，對溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)進行了系統(tǒng)的闡述，建立了科學(xué)實用的施工技術(shù)方案，提出了針對串珠狀溶洞的處理技術(shù)，有效地提高了施工質(zhì)量和施工效率，保障了鉆孔施工安全，確保了橋梁運營期的安全性和穩(wěn)定性，可為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的高速公路橋梁樁基施工提供了經(jīng)驗參考。

參考文獻:

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作者：羅海煉 鐘興武 侯億暉 陳文鋒 單位：中電建路橋集團有限公司