巖溶地質(zhì)條件下鐵路橋梁樁基施工技術(shù)

【摘 要】隨著中國鐵路運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的普遍提高，對(duì)鐵路橋梁特別是高鐵橋梁樁基施工提出了更高的要求。本文結(jié)合我局承建的滬昆客專江西段HKJX—1標(biāo)坑頭特大橋巖溶地質(zhì)特征，詳細(xì)闡述了在不同巖溶地質(zhì)條件下采取的幾種不同的施工方案，并對(duì)這幾種不同的方案的實(shí)用性和施工周期、施工成本等方面做出對(duì)比分析。

【關(guān)鍵詞】鐵路橋梁；巖溶地質(zhì)；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)

1 前言

橋梁在鐵路結(jié)構(gòu)中隨處可見，鉆孔灌注樁作為鐵路橋梁的一種基礎(chǔ)形式已被廣泛應(yīng)用。溶巖等不良地質(zhì)條件的存在對(duì)鉆孔灌注樁的施工和質(zhì)量帶來巨大挑戰(zhàn)，在該地質(zhì)條件下施工，必須對(duì)溶巖地質(zhì)特征認(rèn)真分析、總結(jié)探討，在不同的溶巖地質(zhì)情況下采取相對(duì)應(yīng)的處理措施，這對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)施工的安全、質(zhì)量、工程造價(jià)以及工期控制都有著重要積極意義。

2 工程概況

坑頭特大橋是我中鐵十五局滬昆客專江西段HKJX—1標(biāo)項(xiàng)目部四分部承建的一座橋梁，位于滬昆客專江西省段上饒縣羅橋鄉(xiāng)坑頭村，全長1534.87米，墩臺(tái)48個(gè)，全部采用樁基礎(chǔ)，樁基總數(shù)為447根，其中31個(gè)橋墩處于巖溶區(qū)，兩側(cè)為山脈，地下水賦存于溶洞或溶蝕裂隙中，地下水發(fā)育，透水性好，水量大。以灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)頁巖、白云巖為主。

3 樁基施工技術(shù)

為了保證樁基順利成孔，成樁滿足設(shè)計(jì)承載力和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，減少成樁周期，減少混凝土用量，我們對(duì)坑頭特大橋巖溶地質(zhì)做了認(rèn)真分析：坑頭特大橋處于溶巖地質(zhì)樁基較多，有完全填充溶洞，半填充溶洞，也有無填充溶洞；有大型溶洞（H＞3m），小型溶洞，也有串珠式溶洞。有的溶洞是封閉結(jié)構(gòu)，有的溶洞不是封閉，和其他溶洞、溶溝、溶槽相連，并向外擴(kuò)展。其充填物溶洞填充物主要有半充填淤泥質(zhì)土、砂礫、碎石、卵石、粘土等，最大溶洞高24.6m，且很多向外擴(kuò)展延伸。

經(jīng)過認(rèn)真分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們認(rèn)為沖擊鉆工藝施工在巖溶地質(zhì)條件下比較有利，我們根據(jù)地質(zhì)鉆孔柱狀圖來判斷溶洞大小、溶洞是否有填充物，溶洞頂板厚度、斜平程度等。了解情況后，我們根據(jù)各種形式的溶洞采取的不同方案得到實(shí)際效果制定了沖擊鉆施工工藝針對(duì)各類型溶洞專項(xiàng)方案：常規(guī)泥漿護(hù)壁方法、拋填黃土和片石法、灌注混凝土填充法、壓力注漿法以及鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。

3.1 常規(guī)成孔法

當(dāng)溶洞填充物為可塑或軟塑的亞粘土，洞內(nèi)的土質(zhì)和溶洞外的土質(zhì)沒有什么區(qū)別，且溶洞不相外擴(kuò)展，這時(shí)可以不考慮溶洞的存在，而按正常地質(zhì)情況施工，但這種溶洞很少見，所以用得較少。

3.2 片石和黃土回填法

當(dāng)采用沖擊鉆施工，鉆錘擊穿溶洞漏漿時(shí)，多次投入黃土和片石，利用鉆錘沖擊力將黃土和片石擠入溶洞通道或溶洞裂隙中，堵塞溶洞通道或填充溶洞裂隙。

3.2.1 摻加比例： 一般情況下，片石與黃土的體積比例為1:1，需要加水泥時(shí)，摻加比例為每米2～3包。

3.2.2 摻加方法： 片石采用強(qiáng)度≥30MPa石灰?guī)r，石塊粒徑以20～45cm為佳。在回填時(shí)，片石不能太小也不能太大，太小不能起到密實(shí)作用，太大容易在護(hù)壁中卡住，且容易劃傷護(hù)壁；摻加黃土?xí)r采用水泥袋包裝后投放效果更佳，水泥投放方法為以整袋投放為宜，且片石、黃土需分層輪流拋入。

3.2.3 施工注意事項(xiàng)：需準(zhǔn)備現(xiàn)場需要的材料，回填時(shí)應(yīng)密切注意孔內(nèi)的孔底標(biāo)高和水位變化，不能讓泥漿漫出護(hù)筒，污染場地；需現(xiàn)場指揮挖機(jī)、裝載機(jī)等回填機(jī)械設(shè)備不能碰觸鉆機(jī)，以免鉆機(jī)發(fā)生位移導(dǎo)致偏孔。

此類方法適用于較小溶洞（溶洞高度小于3米），無填充物或半填充，施工方法簡單，造價(jià)較低，但需占用大量的場地堆放材料，反復(fù)沖擊，成樁周期相對(duì)較長。

3.3 灌注混凝土填充法

當(dāng)用沖擊鉆成孔時(shí)，當(dāng)鉆錘擊穿溶洞頂板遇到半邊溶洞，半邊巖層發(fā)生偏錘現(xiàn)象時(shí)，回填片石和黃土作用不能起到有效作用，這時(shí)就需要回填強(qiáng)度不小于巖層的素混凝土，高度為斜面頂上來1米左右，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后采用沖擊鉆成孔。

3.3.1 混凝土標(biāo)號(hào)應(yīng)根據(jù)不同的巖層承載力大小而采取不同，為盡快提高混凝土強(qiáng)度，節(jié)約施工時(shí)間，可以在混凝土中摻加一定早強(qiáng)劑，減少素混凝土達(dá)到強(qiáng)度的時(shí)間。

3.3.2 摻加方法：采用水下混凝土灌注，混凝土需密實(shí)，泥漿比重宜控制在1.12g/cm3左右。

3.3.3 施工注意事項(xiàng)：回填混凝土后，一般在7天以后混凝土基本達(dá)到強(qiáng)度，方可繼續(xù)沖擊鉆孔。

該方法主要處理半邊溶洞，半邊巖層情況，有、無填充物皆可，不需要大量材料，施工周期較短，但施工成本較高。

3.4 壓力注漿法

就是通過對(duì)照地質(zhì)柱狀圖，對(duì)樁穿過的溶洞進(jìn)行填充和加固。

3.4.1 注漿壓力控制：用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，控制在0.5～1.0MPa范圍，具體壓力值現(xiàn)場試驗(yàn)確定。注漿速度為15～20L/min，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)，然后固結(jié)，滲透最小直徑定位3.0米，以保證沖鉆成孔是有足夠的固結(jié)體。注漿時(shí)注漿管必須插入填充物底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定，應(yīng)是滲透半徑控制在允許范圍內(nèi)。

3.4.2 施工注意事項(xiàng)：防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)，采用間歇注漿方式，使得先注入漿液與沙子（或碎石）初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個(gè)孔后，繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿，后注漿壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場自行掌握。

主要適用于串珠式小溶洞，也可用于各種有填充物的溶洞，此方法能減少灌注混凝土?xí)r超方量，也能縮短成樁周期，但需做大量施工前準(zhǔn)備。

3.5 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

采用雙護(hù)筒跟進(jìn)方式?jīng)_擊成孔。

3.5.1 護(hù)筒選擇：外護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大20cm，內(nèi)護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大10cm。

3.5.2 施工工藝

待外護(hù)筒下到巖面以后，加大錘直徑讓成孔的樁徑比設(shè)計(jì)樁徑大15cm以便內(nèi)護(hù)筒順利通過頂板。在擊穿溶洞頂板后，需回填適量小片石和黃土以密實(shí)護(hù)壁成孔。

當(dāng)內(nèi)護(hù)筒下沉到位后，需在內(nèi)外護(hù)筒間和內(nèi)護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行拋填片石黃土和水泥混合物處理，讓其結(jié)固，然后再反復(fù)回填，這樣既可以擠實(shí)護(hù)筒和溶洞斜面底板形成的空隙，也可以增加護(hù)筒的整體穩(wěn)定性。

4 溶巖地質(zhì)常見問題的處理措施

溶巖地質(zhì)條件下沖擊鉆沖孔施工時(shí)，由于溶洞頂部巖層平斜不一，強(qiáng)度也不一定相同，容易發(fā)生卡錘、掉錘等現(xiàn)象，以及會(huì)發(fā)生由于溶洞的處理不當(dāng)，在澆筑水下混凝土?xí)r漏漿等情況。

4.1 卡錘

4.1.1 分析：①回填的片石等因震動(dòng)或泥漿比重下降而掉落；②溶洞底板不規(guī)則或者半邊巖層半邊溶洞；③鋼絲繩沖放過多，導(dǎo)致樁錘傾倒頂住孔壁。

4.1.2 處理措施：①鉆錘卡在中間任何部位時(shí)，將主繩徐放—收緊—徐放—收緊，多次進(jìn)行使鉆頭旋轉(zhuǎn)從原位槽道提出；②測準(zhǔn)鉆頭被卡高度后，迅速將乳化防水炸藥捆成兩組，加配重對(duì)稱放入鉆錘刃腳部位，之后將鉆機(jī)主繩緊提，采用電雷管起爆。

4.2 掉錘

4.2.1 分析：①長時(shí)間無進(jìn)尺，導(dǎo)致鋼絲繩在鉆機(jī)滑輪同一地方反復(fù)摩擦而疲勞斷裂；②卡錘時(shí)，用力過大導(dǎo)致鋼絲繩斷裂

4.2.2 處理措施：①選用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具將錘體撈起；②抽干漿回填土，下鋼護(hù)筒人工挖至埋錘地點(diǎn)。

4.3 灌注混凝土?xí)r漏漿

4.3.1 分析：隨著混凝土灌注至溶洞標(biāo)高，較大混凝土側(cè)壓力導(dǎo)致孔內(nèi)壓力和溶洞內(nèi)壓力失去平衡，溶洞通道貫通而漏漿

4.3.2 處理措施：灌注水下混凝土漏漿時(shí)，混凝土面也隨之下降，為保證導(dǎo)管埋深達(dá)到2～6米，應(yīng)迅速加接導(dǎo)管，并向孔內(nèi)補(bǔ)漿以保證灌注混凝土密實(shí)性。

5 結(jié)語

本橋梁鉆孔灌注樁施工中，巖溶地質(zhì)復(fù)雜，既有完全填充、半填充溶洞，又有無填充溶洞；既有單式溶洞，又有串珠式溶洞。在保障安全質(zhì)量的前提下，針對(duì)不同地質(zhì)特征的溶洞采取相適宜的溶洞處理方案，不僅可以減小成樁周期，還能降低成本。現(xiàn)在坑頭特大橋溶巖地質(zhì)樁基施工僅用了2個(gè)月時(shí)間就已基本完成，為該橋能夠按期架梁提供了根本保障，同時(shí)混凝土用量遠(yuǎn)低于其他樁基施工工藝混凝土用量，為工程成本控制做出了重要貢獻(xiàn)。