磨萬(wàn)鐵路巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)

高 永 民， 侯 麗 君， 楊 小 年

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

新建鐵路磨萬(wàn)段北起中老邊境磨丁、經(jīng)老撾4省后到達(dá)老撾人民民主共和國(guó)首都萬(wàn)象，全長(zhǎng)414.332 km。

磨萬(wàn)段Ⅴ標(biāo)Ⅰ分部所屬的施工范圍位于老撾萬(wàn)象省萬(wàn)榮縣境內(nèi)，全長(zhǎng)38.26 km，共設(shè)計(jì)有橋梁15座，橋梁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑分別為1 m和1.25 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)總長(zhǎng)24 422 m。其中6座橋梁位于巖溶發(fā)育地區(qū)，涉及樁基礎(chǔ)570根，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)總長(zhǎng)12 668 m，最大樁長(zhǎng)54 m。

巖溶地區(qū)的樁基地層為地表溶溝、溶槽、溶蝕洼地等各種巖溶形態(tài)發(fā)育，巖溶呈中等～強(qiáng)烈發(fā)育，隱伏性巖溶發(fā)育，巖層中存在一定規(guī)模的溶洞(含串珠狀、連通型等)、溶隙，地質(zhì)條件極差。項(xiàng)目部針對(duì)實(shí)際情況制定了有效的施工工藝并予以實(shí)施，取得了較好的效果。

2 施工工藝

測(cè)量放線(xiàn)→護(hù)樁埋設(shè)→孔口護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→孔位復(fù)核校正→開(kāi)孔鉆進(jìn)→巖溶處理→繼續(xù)鉆進(jìn)→終孔→清孔→清孔驗(yàn)收→鋼筋籠驗(yàn)收→下設(shè)鋼筋籠→澆筑前清孔檢查→澆筑混凝土→導(dǎo)管拆除。

3 施工流程

測(cè)量放線(xiàn)：采用GPS測(cè)量定位，樁位誤差小于50 mm，高程誤差小于±50 mm。定出樁基中點(diǎn)后，用十字引線(xiàn)將控制點(diǎn)引至樁基四周，以便施工中及時(shí)復(fù)核樁基成孔中心。

護(hù)筒埋設(shè)：護(hù)筒采用鋼質(zhì)護(hù)筒，其厚度不小于8 mm，內(nèi)徑大于鉆頭20 cm以上，長(zhǎng)度為2 m，地面以上0.5 m，地下1.5 m。

鉆機(jī)就位：采用吊車(chē)就位。鉆機(jī)就位后，調(diào)平、對(duì)中，確保鉆機(jī)機(jī)身水平，鉆頭中心與孔位中心的偏差≤20 mm。

護(hù)壁泥漿：制漿方法為孔內(nèi)造漿，即在鉆孔過(guò)程中直接向孔內(nèi)添加黏土，利用鉆頭的反復(fù)沖擊研磨攪拌制成泥漿。泥漿性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 泥漿性能指標(biāo)表

鉆孔：開(kāi)鉆時(shí)，先在孔內(nèi)灌注泥漿，泥漿密度根據(jù)地層進(jìn)行調(diào)整。施工過(guò)程中，孔內(nèi)的泥漿面高于地下水位2 m及孔口鋼護(hù)筒底腳1 m。同一墩臺(tái)內(nèi)優(yōu)先施工跟進(jìn)鋼護(hù)筒、溶洞部位深的樁孔以便處理時(shí)“更有效地充填溶洞，阻斷溶洞通道，降低后續(xù)施工難度”[1]，加快工程進(jìn)度。

成孔檢查：終孔后立即進(jìn)行成孔質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，包括入巖深度、巖性、孔深、孔位、孔徑、孔型及孔斜等，驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一道工序。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 鉆孔質(zhì)量控制表

清孔換漿：終孔檢查合格后清孔。對(duì)于鉆孔樁，主要采用泥漿正循環(huán)清孔，若不能采用泥漿正循環(huán)清孔，則采用抽筒法出渣或氣舉反循環(huán)法清孔。清孔后的泥漿指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

鋼筋籠的制作及安裝：采用鋼筋籠成型機(jī)制作，搭接焊搭接，搭接長(zhǎng)度不小于10d(d為鋼筋直徑)。鋼筋籠中心應(yīng)與孔位中心重合，鋼筋籠安裝好后，用吊垂檢查兩中心點(diǎn)是否重合。

下設(shè)導(dǎo)管：混凝土采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆注，采用直徑為300 mm型導(dǎo)管，底管宜為長(zhǎng)導(dǎo)管，頂部及中間可配幾節(jié)短導(dǎo)管，以便于在澆筑過(guò)程中控制導(dǎo)管埋深。

二清：灌注混凝土前應(yīng)檢查孔底沉渣的厚度，如沉渣厚度超出規(guī)范要求則繼續(xù)清孔，直至滿(mǎn)足規(guī)范要求。

澆筑：混凝土灌注前檢測(cè)混凝土入模的坍落度和溫度。坍落度宜為180～220 mm?；炷劣晒捃?chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，下料至料斗進(jìn)行灌注。同時(shí)，首灌混凝土量應(yīng)滿(mǎn)足導(dǎo)管埋置深度(≥1 m)和填充導(dǎo)管底部的要求。

4 巖溶的處理

對(duì)于揭露有溶洞等不良地質(zhì)情況的樁基，本著先難后易、先大后小、先深后淺的原則，先施工溶洞較大、溶洞層次較多、溶洞埋深最深等較復(fù)雜的樁基；然后施工溶洞小、溶洞層次較少、溶洞埋深較淺的樁基。

4.1 回填法

一般而言，巖溶(溶洞深度在5 m以?xún)?nèi))樁基礎(chǔ)的施工優(yōu)先采用回填法，回填黏土片石(比例1:2)。施工時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的片石、黏土和挖掘機(jī)或裝載機(jī)?！爱?dāng)鉆進(jìn)至距溶洞頂上部時(shí)，通過(guò)小沖程、高頻率的沖擊方法逐漸擊穿溶洞”[2，3]，若發(fā)生漏漿則立即向孔內(nèi)補(bǔ)充合格的泥漿，同時(shí)反復(fù)提升鉆頭，在溶洞頂部范圍上下慢放輕提；若鉆頭不明顯受阻，說(shuō)明“頂部已成孔并且圓滑垂直”[4]；提鉆至孔口，以防卡鉆。提出鉆頭后，用裝載機(jī)配合挖掘機(jī)及時(shí)將準(zhǔn)備好的黏土、片石按1∶2的比例回填。當(dāng)回填高度超過(guò)溶洞頂高程并不漏漿、補(bǔ)充漿面至孔口后再采用低提慢進(jìn)的方法重新鉆進(jìn)、擠壓密實(shí)回填物(填充物)，堵住漏漿通道并重新造漿。反復(fù)回填擠壓1～2次，使溶洞范圍形成穩(wěn)定護(hù)壁后繼續(xù)施工。

4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

對(duì)于深度較大的巖溶(高度大于5 m的封閉型較大溶洞及部分較大的串通型溶洞)，或遇地下水(主要以土層孔隙潛水和基巖裂隙水、巖溶水為主)與溶槽、溶溝及覆蓋層基巖接觸段河床水相互貫通形成有流動(dòng)水的通道時(shí)，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，用以“阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或封閉地下動(dòng)水”[5]以利于后續(xù)鉆孔。對(duì)于無(wú)填充的溶洞，在鉆穿溶洞頂板后，還應(yīng)在下設(shè)鋼護(hù)筒前先回填部分黏土片石于溶洞底板，以保證鋼護(hù)筒下設(shè)后與溶洞底板緊密貼合并在后續(xù)沖孔過(guò)程中鋼護(hù)筒不發(fā)生偏移。

對(duì)于護(hù)筒連接處需搭接牢固，以防護(hù)筒掉入孔內(nèi)。護(hù)筒采取施壓法下設(shè)，下設(shè)至距溶洞底部1 m以上。具體操作步驟如下：

(1)提前加工好鋼護(hù)筒：每節(jié)高度1.5 m，護(hù)筒內(nèi)直徑比設(shè)計(jì)樁徑+10 cm。

(2)擴(kuò)大鉆機(jī)鉆頭直徑，設(shè)計(jì)樁徑為1 m，采用直徑為1.2 m的鉆頭成孔；設(shè)計(jì)樁徑為1.25 m，采用直徑為1.4 m的鉆頭成孔。

(3)護(hù)筒的跟進(jìn)：跟進(jìn)護(hù)筒時(shí)，其鋼護(hù)筒中心與孔位重合，每節(jié)護(hù)筒應(yīng)順直，其垂直度應(yīng)滿(mǎn)足成孔要求。

(4)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至擠壓段底部、護(hù)筒到位后將鉆頭改為滿(mǎn)足成孔要求的鉆頭。當(dāng)溶洞較大、樁基較長(zhǎng)、一次跟進(jìn)鋼護(hù)筒難度較大時(shí)，可分次鉆孔、分級(jí)跟進(jìn)護(hù)筒，即先采用大鉆頭擴(kuò)孔跟進(jìn)直徑較大的鋼護(hù)筒，逐漸減小鉆頭直徑及對(duì)應(yīng)的鋼護(hù)筒直至溶洞底部。鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工情況見(jiàn)圖1。

圖1 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法示意圖

4.3 灌注混凝土填充法

對(duì)于溶洞高度在2.5～5 m之間且無(wú)填充或溶洞的高度大于5 m的情況，有時(shí)采用回填黏土和片石的方法難以成孔、而采用鋼護(hù)筒又難以跟進(jìn)的情況下，可采用灌低標(biāo)號(hào)混凝土的方法進(jìn)行處理。為節(jié)約混凝土灌注量，可先填黏土塊和片石、反復(fù)沖孔擠壓，同時(shí)適當(dāng)加大泥漿比重，防止涌水稀釋泥漿而導(dǎo)致泥漿護(hù)壁能力下降、發(fā)生孔壁坍塌事故。若漏漿嚴(yán)重、填料漏失，可在回填黏土片石的同時(shí)加入水泥及速凝劑用以封堵漏漿通道并增加填充物的固結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)鉆至溶洞底、溶洞填充基本飽滿(mǎn)時(shí)，再灌注低標(biāo)號(hào)混凝土，混凝土灌至溶洞頂1 m以上、待混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后重新鉆進(jìn)。灌注混凝土填充法見(jiàn)圖2。

5 結(jié) 語(yǔ)

鑒于巖溶區(qū)地質(zhì)情況的復(fù)雜性和不確定性，施工時(shí)必須根據(jù)地勘資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有針對(duì)性地采取各種處理措施對(duì)巖溶進(jìn)行綜合治理，才能保證鉆孔樁的施工質(zhì)量。

巖溶區(qū)鉆孔灌注樁施工可以采用以下幾種方法控制施工質(zhì)量及成本。

(1)充分掌握地質(zhì)資料，用以指導(dǎo)后續(xù)施工；

圖2 灌注混凝土填充法示意圖

(2)根據(jù)地質(zhì)圖揭示的溶洞情況，采取正確的處理措施，不僅要從孔內(nèi)漏漿情況判斷是否進(jìn)入溶洞，還要注意造孔進(jìn)尺的變化；

(3)對(duì)于存在動(dòng)水的鉆孔，樁采用回填法擠壓密實(shí)1～2次后需跟進(jìn)鋼護(hù)筒以增加孔壁的穩(wěn)定性；

(4)澆筑過(guò)程中采用混凝土置換泥漿，壓力變大時(shí)可能會(huì)擊穿鉆孔施工時(shí)未揭示的溶洞而導(dǎo)致混凝土流失或斷樁。因此，澆注過(guò)程中要注意孔內(nèi)混凝土面的變化，適當(dāng)增加導(dǎo)管埋深，澆注結(jié)束后多次復(fù)測(cè)混凝土面無(wú)變化時(shí)方可拆卸導(dǎo)管。

磨萬(wàn)鐵路第V標(biāo)段第1分部巖溶地區(qū)樁基施工采用上述處理措施，施工質(zhì)量好，工期得到了保證，所取得的經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程參考借鑒。