巖溶區鐵路橋梁鉆孔樁施工控制技術

摘要：以巖溶區某鐵路特大橋的鉆孔樁施工處理為實例，闡述巖溶地區鉆孔灌注樁施工處理的工藝、處理方案，施工方法，為巖溶區鐵路鉆孔樁施工積累了新的技術經驗。

關鍵詞：鐵路；巖溶；橋梁；鉆孔樁施工

1 工程概況

某鐵路特大橋，起訖里程為DK2+097.494～DK5+293.00，全長3.196km。基礎為φ1.25m鉆孔灌注樁，部分橋梁通過巖溶發育地段，部分樁基穿過溶洞，施工難度較大，為保證鉆孔順利進行，采用沖擊鉆成孔，護筒跟進的施工方法。

2 鉆孔樁施工控制技術

巖溶區鐵路橋梁鉆孔樁施工見圖1，具體施工方法為：

2.1 鉆孔前的溶洞處理方法。開鉆前，設計單位未逐根鉆探的鉆孔位置用地質鉆機補探，詳細記錄地質狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應施工方案提供詳實依據。對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。根據地質鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。對每種處理方案，都要進行仔細的計算，施工前在橋位外進行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗，取得經驗數據，完善施工方案，指導施工。根據巖溶發育程度，擬定六種處理方案。①對于已探明較小封閉型溶洞在鉆孔前可用注漿加固法處理。②對于遇到未探明巖隙：發現孔內泥漿面較慢下降時采用優質膨潤土配置5%的CMC外加劑并加入鋸木灰拌成軟塑狀，分批投入孔內，再用1-1.5m小沖程進行沖鉆，使鋸木灰和粘土擠入巖石裂隙，隔斷泥漿漏失的通道。③對于遇到未探明的小溶洞：如突然發現孔內泥漿面較快下降，用小片石（直徑10～20cm）和粘土，按1：1的比例迅速回填，并用小沖程擠壓密實。同時迅速補水，直到泥漿面不再下降。④較大封閉型溶洞：先在孔口附近準備好足夠的塊石、粘土、水泥。在洞頂打穿時，一旦發現漏漿，要迅速填堵，防止塌孔。一般溶洞洞頂擊穿后，樁孔中泥漿會迅速下降，此時要用鏟車及時將準備好的塊石、粘土、水泥拋入孔中直到泥漿停止下降，并慢慢上升，此時可用沖錘進行適當擠壓，反復拋塊石、粘土、水泥，直至把樁基兩側的溶洞都填滿或堵死為止，最后補充滿泥漿再重新成孔。⑤對于單級串通型溶洞：采取用12mm厚鋼板加工成的雙護筒跟進方法解決，大護筒跟進至溶洞頂巖石上，小護筒跟進至溶洞下0.5米，大護筒比設計孔徑大0.4米，小護筒比設計孔徑大0.2米.大小護筒需用等直徑鉆頭沖孔。⑥對于多級串通型的溶洞：同單級串通型溶洞處理方案類似，只是采用多級護筒跟進方法解決，最內側小護筒跟進到最下層溶洞底以下0.5m。

2.2 護筒跟進法施工要點。①巖溶地區鉆孔樁基礎施工工藝與一般地層區別極大，也困難得多。采用沖擊成孔工藝，以十字型鉆頭沖擊成孔，泥漿護壁，下沉與沖孔直徑相同的鋼護筒達基巖面，其作用是防止孔壁坍塌。當進尺接近溶洞頂部2m左右時，要求鉆機操作人員改用低沖程（1～1.5m）沖擊，以防止擊穿溶洞頂板時卡鉆，這是巖溶鉆孔的特殊性所決定的。②當鉆穿巖溶頂板時暫停鉆孔，將小于上述鋼護筒直徑20cm的鋼護筒沉入巖溶層，并隨鉆孔跟進至穩定性巖面。小鋼護筒作用是防止溶洞中填充物涌入鉆孔，并為鉆孔過程中清碴和終孔后清孔創造較好條件（巖溶地層鉆孔時取碴和終孔后取碴清孔時極易塌孔，甚至導致墩位地表發生大塌陷）。最后，沖擊鉆進至設計標高，清孔、安放鋼筋籠、灌注水下混凝土，鋼護筒則留在巖溶地層中與水下混凝土結合成為一根“鋼護筒混凝土樁”。③跟進的鋼護筒底要進行加固處理：用舊鋼軌與鋼護筒底焊接牢固插打鋼護筒。④鋼護筒跟進要安裝樁帽及樁錘，樁錘用B-3型復打氣錘。⑤錘擊鋼護筒下沉過程中，要嚴格控制鋼護筒的傾斜度和錘擊貫入度，中心偏差不得大于5cm，斜度不得大于1%。⑥鉆孔內投放的片石及粘土數量要作好記錄，鉆進資料應齊全完整，并應有崗位負責人簽字。⑦鋼護筒跟進先利用振動錘打入，然后邊沖孔邊跟進，直到穿過易坍塌的地層。護筒到位后，當鉆頭鉆至護筒底腳以上0.5m時，投入15cm直徑以下塊石和優質粘土，在不掏渣的情況下鉆至護筒以下0.5m，掏出泥漿，再投入同樣數量的塊石和粘土，利用鉆頭的沖擊力將塊石和粘土造成一個高質量的殼體孔壁，使護筒底腳與孔壁結合緊密。

2.3 巖溶區或溶洞處理后鉆進成孔時注意事項。①沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進行，一般等待時間為10d左右。②為防止意外，沖孔前應有備用措施，備好材料，一旦泥漿泄露，及時向孔內投放粘土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內形成片石夾粘土的圍護結構墻，保持孔內泥漿高度，使得沖鉆順利進行。③加大泥漿質量和密度。采用優質泥漿，當缺少優質粘土時，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力。④當巖面的傾斜較大時，鉆頭擺動撞擊護筒或孔壁，這時，回填片石，使孔底出現一個平臺后再轉入正常沖孔或采取孔內爆破。⑤接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。當孔深達到設計要求，檢孔合格后，即可進行清孔、下鋼筋籠、下導管、混凝土水下灌注等工序。

2.4 孔及清孔。樁深達到設計要求后，還必須檢驗樁徑、垂直度、泥漿厚度等指標，并做好記錄，合格后進行清孔換漿。樁徑、垂直度采用檢孔器檢查，檢孔器用鋼筋籠做成，其外徑等于設計孔徑，長度等于孔徑的4-6倍。如發生彎孔、斜孔、縮孔等情況較嚴重時，應重新鉆孔。清孔的目的是降低孔內泥漿比重，減少沉碴厚度。保證混凝土灌注質量，沉碴厚度必須控制在規范或設計要求范圍內。清至泥漿比重為1.05左右，測量沉碴厚度，合格后開始下鋼筋籠。

2.5 鋼筋籠制作安裝。按照設計圖紙及施工規范要求進行鋼筋籠的制作，并在鋼筋籠四周對稱焊接耳朵或按設計要求設置圓形混凝土墊塊，保證鋼筋籠的定位并有足夠的保護層，并在頂節鋼筋籠上焊接至少4根加長鋼筋，以固定鋼筋籠。鋼筋籠的綁扎及焊接工藝，施工中嚴格按設計要求和施工規范執行。鋼筋籠制作完成后，運到現場，利用鉆架及時吊放鋼筋籠也可移開鉆機用吊車放鋼筋籠。為保證成孔質量，必須縮短下籠時間，盡可能增大鋼筋籠的長度，較長鋼筋籠分節制作，每節長度不大于15m，鋼筋籠接頭采用直螺紋套筒連接，以減少下籠時間。為了防止鋼筋籠放置偏心，以及保證混凝土保護層的厚度，每隔2m設一組定位鋼筋或綁扎圓形墊塊。鋼筋籠吊放時按掛牌編號逐節起吊骨架就位。先兩點水平起吊，待骨架立直后由上吊點吊入孔內。（5）水下混凝土灌注。混凝土灌注采用下導管水下灌注，導管采用壁厚6mm無縫鋼管，底部距孔底30～50cm，導管要有足夠的剛度和強度，導管使用前和使用一個時期后應做壓水試驗，并試驗隔水栓能否順利通過。水密試驗時的水壓不小于孔內水深的1.3倍壓力；壓水試驗根據施工中可能出現的最大壓力確定。導管自下而上作標尺和編號，灌注前還要進行升降試驗。混凝土灌注要及時進行，若時間過長須再測沉渣，沉渣厚度超過設計要求需重新清孔。混凝土必須具有良好的和易性，配合比應通過試驗確定。為防止水下混凝土在灌注過程時間較長，混凝土凝固而導致重大事故的發生，混凝土中可摻入高效緩凝減水劑以延緩凝結時間，改善混凝土的和易性及節約水泥。混凝土集中攪拌，泵送澆筑。首批混凝土灌注前精確計算首盤混凝土方量，制作足夠容積的封底用漏斗，確保封底順利，確認封底成功后，進行正常澆注。灌注過程嚴格依照規范進行，隨時進行混凝土質量、導管埋置深度等各項檢測以保證整個灌注過程的順利。澆注開始時，要連續有節奏地進行，當導管內混凝土不滿時，徐徐地澆注，防止在導管內造成高壓氣囊，壓漏導管。導管底端要始終埋入混凝土面以下2～6m，嚴禁把導管提出混凝土面。混凝土澆筑過程中注意觀察鋼筋籠是否上浮，否則采取加固措施。在澆注將近結束時，導管內混凝土柱高度相對減少，導管內混凝土壓力降低，而導管外井孔的泥漿稠度增加、比重增大。若出現混凝土頂升困難，可在孔內加水稀釋泥漿，減少泥漿比重，使澆注工作順利進行。灌注結束后，用測繩準確測出樁頂的混凝土面標高，并按規范要求考慮超灌余量。

3 結束語

采用上述施工方法，順利安全地完成了該鐵路橋梁巖溶區鉆孔樁的施工，對樁的完整性采用超聲波無破損法檢測、靜載抗壓試驗、全長鉆孔取樣試驗等檢測，均滿足規定要求，表明采用的施工控制技術是成功的，可供同類工程施工參考。

參考文獻

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[3]劉金良，謝軍，李巖.復雜巖溶地區超長深樁成孔技術研究[J].鐵道標準設計.2008（04）.

作者簡介：溫懷理（1986，10-），男，助理工程師，主要從事路基、橋梁施工技術管理。