淺談廣州白云國際機(jī)場5#滑行道橋溶洞處理施工方法

丁成玉

(上海公路橋梁工程有限公司)

1、工程概述

廣州白云國際機(jī)場5#滑行道橋場區(qū)位于廣花盆地西北部的邊緣。寬61.0米，長50.9，為2跨連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，沖孔灌注樁基礎(chǔ)，W形薄壁造型墩。地層主要由沉積層和基巖組成。沉積層為第四系沉積，有表土、粘性土、砂性土等，其中粘性土為具弱脹縮性的膨脹土；各層土的埋深和厚度變化較大。在沉積層下部常有土洞(分空土洞和有堆積物土洞2種)分布。基巖層處珠江三角洲巖溶發(fā)育地段，主要為石灰?guī)r，巖層分布相對較淺，但巖面起伏較大，石灰?guī)r為巖溶含水層，有多層溶洞發(fā)育，溶洞也有空溶洞和有堆積物溶洞之分，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。

2、處理方案

經(jīng)過詳勘和超前鉆的排查，發(fā)現(xiàn)5#滑行橋樁位內(nèi)有較多土、溶洞存在，按充填狀態(tài)分為三種：①覆蓋層中的土洞內(nèi)一般有充填物，但不密實，空洞范圍不大；②基巖中的小溶洞，且洞內(nèi)無充填物，或有充填物，但不密實，即小空洞；③基巖中的大溶洞，且洞內(nèi)無充填物，或有充填物，但不密實，即大空洞；按設(shè)計要求，我們對①、②兩種情況（洞高小于3m，高寬比值≤1），采用拋石填沖法處理，即洞頂打穿后拋填膨脹土、片石、整包水泥后沖擠壓密實，凝固后復(fù)沖。對③情況，分二種進(jìn)行處理：土溶洞內(nèi)全充填型：采用袖閥管注漿處理方法。土溶洞內(nèi)半充填型或無充填型：采用泵注低標(biāo)號混凝土與袖閥管注漿相結(jié)合的處理方法。

3、溶洞施工處理方法

3.1、拋石填沖法

（1）、在孔位附近備有大量膨脹土、片石和適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥，設(shè)置2個容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿，能及時補(bǔ)漿和回填樁孔。

（2）、在接近溶洞頂板1m左右時拋填膨脹土，加大泥漿比重，小沖程沖擊，逐漸擊穿頂板，同時加強(qiáng)對孔內(nèi)泥漿面變化的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面明顯下降，立即提起沖錘，及時補(bǔ)充泥漿，回填膨脹土、片石和袋裝水泥（重量比1:1:0.2），停置一段時間（一般24h）。在停置期間，若孔內(nèi)泥漿繼續(xù)下降，應(yīng)隨時補(bǔ)充泥漿和回填混合物，待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后，方可繼續(xù)沖孔，采用小沖程沖擊投下混合物，使其擠入溶洞中，堵塞溶洞通道。

（3）、在沖擊過程中，孔內(nèi)泥漿還會多次下降，每次泥漿下降，都要及時提起沖錘，補(bǔ)充泥漿和回填膨脹土、片石，并停止沖孔一天，待穩(wěn)定后繼續(xù)沖孔。如此循環(huán)反復(fù)，直到樁孔不再漏漿為止，順利穿越溶洞。

（4）、穿越溶洞進(jìn)入的巖層如果為微風(fēng)化石灰?guī)r，沖擊時沖程不宜過大，以免振坍溶洞已固結(jié)的護(hù)壁。清孔、下放鋼筋籠及灌注砼同一般鉆孔灌注樁施工方法。

3.2、泵送低標(biāo)號混凝土施工法

⑴采用低標(biāo)號混凝土泵送填充到土洞內(nèi)，混凝土采用現(xiàn)場攪拌，由配料機(jī)自動送料至攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆颍炷翑嚢璩霾酆螅炷凛斔捅眉訅狠斔汀?/p>

⑵低標(biāo)號混凝土配合比將通過現(xiàn)場試驗確定。初定配合比（重量比），水泥：粉煤灰：砂：石粉：水 =1：0.55：4.05：4.14：1.09；施工中根據(jù)泵送情況調(diào)整配合比，確保泵送不堵管。

⑶泵送壓力：根據(jù)輸送距離，混凝土配合比情況現(xiàn)場試驗確定。保證混凝土洞內(nèi)有一定的流動性，并對原有充填物有一定加固效果。

⑷泵送低標(biāo)號混凝土量應(yīng)根據(jù)洞體的充填情況確定，以充填密實為準(zhǔn)，直到該孔注不進(jìn)為止。同時泵送低標(biāo)號混凝土不應(yīng)跳孔灌注，應(yīng)依次挨孔灌注。

⑸進(jìn)行泵送施工時，應(yīng)在每個洞體地表面設(shè)置3～5個水準(zhǔn)觀測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控地面的變化情況；根據(jù)地面的變化情況隨時調(diào)整泵送壓力和灌注量。

3.3、袖閥管注漿施工法

3.3.1、注漿工藝流程圖

3.3.2、工藝要求

⑴鉆孔：根據(jù)設(shè)計要求鉆到土洞底板，開孔直徑90～110mm，垂直度偏差小于3%，要求全段跟管跟套管鉆進(jìn)。

⑵灌入封殼料：鉆孔到位之后，從鉆桿向內(nèi)注入封殼料。

⑶插入塑料袖閥管到設(shè)計深度。

⑷待封殼料凝固后，在塑料袖閥管中插入雙向密封注漿芯管進(jìn)行注漿。

⑸注漿完畢用清水沖洗塑料袖閥管中的殘留漿液，以利下沉重復(fù)注漿。

⑹注漿芯管應(yīng)有雙向密封裝置，保證上下密封良好，達(dá)到定位注漿的目的。

3.3.3、鉆孔取芯

⑴因為需處理區(qū)的地質(zhì)詳情還不知道，必須利用布置好的注漿孔對地層分布進(jìn)行勘察，以確定施工的范圍和注漿層的深度。

⑵鉆孔施工采用XY-100型鉆機(jī)，φ110mm鉆頭泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，并跟管取芯，從中心向外漸次推進(jìn)，并一邊施工，一邊判定處理區(qū)邊界。

⑶在施工前，現(xiàn)場技術(shù)人員要熟悉場地巖（土）層發(fā)育情況，了解待處理區(qū)代表地質(zhì)鉆孔柱狀圖，詳細(xì)了解土洞分布的頂、底界埋深及洞高度。有的一序孔均要全孔取芯，并做好成孔記錄（各地層及土洞的頂、底界埋深、厚度等），原始記錄必須真實準(zhǔn)確。鉆孔資料須交現(xiàn)場監(jiān)理驗收，并作為注漿深度的依據(jù)。

3.3.4、埋設(shè)袖閥管

⑴澆筑套殼料：在注漿段范圍內(nèi)要澆筑套殼料（水泥漿），用來防止袖閥注漿管在注漿過程中變形、變位或損壞，并能保證水泥漿通過。要求套殼料收縮性小，脆性較高和早期強(qiáng)度高。套殼料配合比為水泥：水=1:1～1:0.8。用注漿泵將拌好的套殼料經(jīng)鉆桿注入孔內(nèi)，直至注漿段高度以上0.2m。

⑵安放袖閥管：袖閥管分花管和實管兩部分，根據(jù)注漿段長度配備花管，下管時管內(nèi)灌入清水克服浮力，使花管下至孔底，占據(jù)注漿段，（對淤泥質(zhì)土體要超出頂?shù)捉绺?.20m），花管以上至地面為實管，實管要出地面0.20m，盡量使袖閥管垂直居于孔中心。花管與實管連接牢固。袖閥管下端要套好錐形堵頭，上頂端要戴上保護(hù)帽。

⑶固管止?jié){：在袖閥管與孔壁之間注入固管水泥漿，套殼料頂面以上，水泥漿配合比為水泥=1:1。孔口漿面下沉后應(yīng)多次回灌，保證固管止?jié){效果。

3.3.5、分序注漿

⑴根據(jù)鉆孔平面布置，自外向內(nèi)“分序”注漿施工，一序注漿孔按間隔一個分段注漿，二序注漿孔為一序孔中間加密的孔。

⑵待套殼料灌注滿3～7天后，將帶雙塞的注漿鋼管從袖閥管中下到注漿段位置，自下而上分段注漿，分段長度1.0～2.0m。⑶漿液配合比為水泥:水=1:1。注漿施工時，根據(jù)注漿效果調(diào)整漿液配合比。⑷注漿壓力為0.2～0.6Mpa，在注漿壓力表上觀測。終灌標(biāo)準(zhǔn)為在正常注漿壓力下，注入量<1～2L/min，穩(wěn)壓15min。⑸注漿量控制：注漿時根據(jù)攪拌桶的容積和漿液流量確定注漿量，在攪拌桶中配好漿液測定體積后再輸入注漿池中。注漿時再通過壓力表和漿液流量來控制注漿量。一般先期注漿孔的注漿量大于后期孔，外圍注漿量大于內(nèi)部孔。⑹設(shè)置觀測點(diǎn)：注漿前在地面設(shè)置3～5個沉降觀測點(diǎn)，注漿時觀測控制地面變化。⑺在注漿過程中，應(yīng)觀察相鄰注漿孔的返水、排氣、冒漿情況，若周圍孔有漿液冒出，說明注漿效果好，當(dāng)注漿量過大時，應(yīng)采用“間歇定量分序注漿法”，間隔時間為12小時。

4、土、溶洞的處理措施

4.1 對于單個土溶洞的情況，主要采取回填的方法進(jìn)行施工。對于深度小于5m的土、溶洞的樁進(jìn)行施工時，先要準(zhǔn)備好泥漿、粘土、小塊石或低標(biāo)號的混凝土。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，在快接近土溶洞時，采用低沖程、低頻率進(jìn)行沖擊以減少沖錘的沖擊力。一旦突破土溶洞頂，根據(jù)孔內(nèi)液面情況判明溶洞、土洞內(nèi)的充填物情況。若孔內(nèi)液面沒有下降或下降不大，則說明有充填物，此時向孔內(nèi)投入小塊石或低標(biāo)號的混凝土并同時用鉆頭進(jìn)行沖擠，邊回填邊沖擠，直至溶洞頂面以上1～2m，待充填物沉積、固結(jié)密實具有一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行沖擊；若孔內(nèi)液面突然下降很大，則判明是空洞，無充填物，此時應(yīng)立即回灌大比重泥漿，以防止坍孔，然后再立即投入小塊石料、低標(biāo)號混凝土，必要時挖機(jī)配合投石，邊沖擠邊回填，待回填至溶洞頂以上1～2m時，待充填物沉積、固結(jié)具有一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行沖擊。對于土、溶洞深度在5M以上的樁，開孔采用大一級的鉆頭，在接近土、溶洞時停止沖擊，按要求全孔段下入護(hù)筒，以防止液面突然下降后孔壁坍塌。護(hù)筒下好后，再換用正常的鉆頭進(jìn)行沖擊，沖破土、溶洞頂部。根據(jù)液面下降情況，決定是否補(bǔ)充漿液。對于溶洞，則護(hù)筒下至溶洞頂，溶洞內(nèi)再進(jìn)行回填沖擊；對于土洞，則將護(hù)筒壓入土洞底部，以防止土洞頂面坍塌，再進(jìn)行回填沖擊，防止樁空傾斜。

4.2 對于多根樁位于同一土溶洞的處理：

（1）、對于深度在5M以內(nèi)體積不大的土、溶洞，在沖破土、溶洞頂層以后仍然采用回填片石加低標(biāo)號混凝土，并同時采用鉆頭沖擠，待形成具有一定強(qiáng)度的密實的混和物結(jié)構(gòu)時，再用正常的沖擊方法成孔。

（2）、對于大于5m深度的土、溶洞，則需采用下鋼護(hù)筒護(hù)壁加回填的措施來進(jìn)行處理。開孔時采用大一級孔徑的鉆頭進(jìn)行沖孔，便于鋼護(hù)筒能順利下入孔內(nèi)。沖破土溶洞前，停止沖擊，全孔段下好鋼護(hù)筒。沖破土、溶洞后，根據(jù)液面下降情況決定是否補(bǔ)充泥漿。針對土洞為防止洞頂坍塌，快速壓入準(zhǔn)備好的鋼護(hù)筒至土洞底部；若為溶洞則不必將鋼護(hù)筒下至溶洞底部。考慮到土、溶洞底部的不平程度，采用碎石加低標(biāo)號混凝土回填，邊回填邊沖擠到一定高度，待具有一定強(qiáng)度后，再換用正常的鉆頭進(jìn)行沖擊。這樣便有效地防止了塌孔現(xiàn)象。在灌注混凝土過程中，應(yīng)隨時測量砼面高度，控制導(dǎo)管埋深，加大超灌高度，以防止混凝土面下沉而影響樁頂強(qiáng)度。

（3）、為解決土、溶洞較深、較大和多根樁位于同一溶洞內(nèi)，在進(jìn)行沖擊時可能造成地面大面積塌陷，產(chǎn)生嚴(yán)重事故，我方將充分利用現(xiàn)成的超前鉆孔進(jìn)行高壓注漿加固，加固范圍為土、溶洞部分。超前鉆孔結(jié)束后，立即在超前鉆孔內(nèi)下入塑料花管，塑料花管外徑比鉆孔稍小，長度為下至土、溶洞底部。若為單根樁土、溶洞，則下三根花管，一為注漿管，其余為透氣、返漿孔；若為多根樁土、溶洞相連，則每根樁可只下一根花管，其中一部分為注漿管，另一部分則為透氣、返漿孔。塑料花管在孔口進(jìn)行固定保護(hù)，以免破壞。待塑料花管都安放完畢后，邊攪拌水泥砂漿（1：1.5）邊在花管內(nèi)下入注漿芯管，芯管離土、溶洞底部10cm左右。待芯管安放好后，開始注入高壓水泥砂漿，壓力為1.0Mpa，利用砂漿的流動性及在高壓作用下，充分沖填在空洞及裂隙發(fā)育的地方，觀察透氣孔返漿情況，便可基本掌握洞內(nèi)充填情況。若土、溶洞體積較大，考慮到砂漿固結(jié)密實，則可利用花管進(jìn)行多次注漿，以保證洞內(nèi)完全被高壓水泥砂漿所充填。待3～5天后水泥砂漿固結(jié)密實形成具有一定強(qiáng)度的充填物后便可進(jìn)行正常的沖擊成孔。即使沖破土、溶洞頂后，孔內(nèi)液面也不會突然下降，確保孔壁不會坍塌。

[1]滕小楷，申冠鵬.淺談巖溶地區(qū)橋梁樁基施工處理方法.山西建筑，2009年27期.