巖溶地質條件下橋梁大直徑水中鉆孔灌注樁施工技術應用

段軍強

（中鐵二十五局集團第一工程有限公司，廣東 廣州 510000）

當前國內的鐵路建設覆蓋到許多區域，不同區域的地質條件存在很大的差異，因此需要差異化選擇施工技術。尤其巖溶地質條件下橋梁大直徑水中鉆孔灌注樁施工存在很大的難度，由于巖溶地質的影響，鉆孔灌注樁施工的質量控制與進度控制存在很大的難度[1]。針對施工要結合地質條件選擇科學的施工方案，改善施工條件，以保證施工質量、控制工期。

1 項目簡介

新建贛州至深圳鐵路（GSSG-4 標） 柳城東江特大橋全橋長2600.755m，中心里程DK233+041.013。孔跨布置為：13-32m 簡支梁+（60+100+60） 轉體連續梁+3-24m 簡支梁+1-32m 簡支梁+2-（48+48） mT 構+（88+160+88） m 連續剛構+3-（48+48） mT 構+（48+45） mT 構+1-24m 簡支梁+9-32m 簡支梁+2-24m 簡支梁+16-32m 簡支梁+1-24m 簡支梁。其中25#、26# 墩為跨越東江（88+160+88） m 連續剛構主墩，為水中墩，需要完成巖溶地質條件下橋梁大直徑水中鉆孔灌注樁施工。

2 項目施工方案分析

2.1 方案內容

本橋25#墩、26#墩為水中墩，需搭設鋼棧橋及水中鉆孔施工平臺法施工。

根據本項目勘察調查的工程地質特點，水中樁基采用沖擊鉆成孔，沖擊鉆主要利用鉆錘不斷提錘、落錘反復沖擊孔底土層，把土層中泥砂、石塊擠向孔壁或打成碎渣，鉆渣懸浮于泥漿中，重復上述過程沖擊鉆進成孔。按照同一橋墩樁基先施工長樁再施工短樁的原則施工。

2.2 重難點工程分析

本橋全長2600.76m，包含多聯大跨徑連續梁，跨越京九鐵路、G205 國道和東江，一聯（88+160+88） m 連續剛構跨越東江。全橋的施工進度直接影響本標段箱梁架設，對整個標段工期起控制作用，是本標段的控制工程和重、難點工程之一。其中25#、26#墩位于東江水道中間，該處探明水深約7～8m，設計采用鋼板樁圍堰施工，東江的河道通航等級為內河三級航道，通航凈空及凈寬均要求較高，施工便橋及作業平臺的搭設難度大。該橋的橋址區巖溶發育，其中25# 墩、26# 墩樁基設計長度在11.5～36m 間，設計樁徑為2.2m，施工周期長，施工難度大。橋址區下伏基巖溶溝、溶槽、溶洞發育，淺表性溶洞頂板較薄，施工中容易引發地面塌陷引發事故，深埋溶洞多為半填充型，鉆孔過程中容易出現斜巖、偏孔等現象，施工難度大。

3 施工準備

3.1 平臺施工

根據現場實際搭設鋼棧橋與水中鉆孔平臺[2]。鋼棧橋寬6m，棧橋鋼管樁基礎采用單排三根式，將三根鋼管樁插打完成連接平聯后安裝I45 雙拼工字鋼，上安裝貝雷片。在貝雷片上弦桿節點處安裝I25a 工字鋼橫梁，間距約75cm；上鋪I12a 工字鋼，間距25cm。鉆孔平臺平面尺寸為33m×36m，頂標高為+63.88m（與鋼棧橋橋面標高一致）。上部構造由貝雷架、型剛構成，其中承重結構采用2I45a 和貝雷架，分配梁采用I25a（@37.5cm），分配梁上鋪設1cm 厚鋼板，平臺四周設置1.2m 的安全護欄，護欄設置照明用路燈和警示燈。平臺基礎采用規格為Φ63cm，δ10mm 的螺旋鋼管，2I45a 支撐在Φ63cm，δ10mm 的鋼管上。平臺搭設經過嚴密認真的驗算，確保承載力和穩定性即安全可靠。

3.2 鋼護筒準備

鋼護筒規格為內徑Φ260cm，δ12mm，如圖1 所示。25# 墩局部沖刷線標高49.07m，鋼護筒底刃進入局部沖刷線以下按1.2m 計算；河床標高約55.0m，鋼護筒打入河床面以下7m。鋼護筒高出鋼平臺30cm，平臺標高63.88。計算25# 墩鋼護筒長度16.3m。26# 墩局部沖刷線標高49.07m，鋼護筒底刃進入局部沖刷線以下按1.2m 計算；河床標高約55.5m，鋼護筒打入河床面以下7m。鋼護筒高出鋼平臺30cm，平臺標高63.88。計算26# 墩鋼護筒長度16.3m。護筒間采用直徑為Φ400mm，δ6mm 鋼管做平聯（同時做泥漿循環連通管），鋼管樁間采用槽鋼[20a 做平聯、斜撐，以加強鋼護筒及鋼管樁的整體穩定性。平聯在最低水位時焊接。鋼護筒和鋼管樁振沉擬采用50T 汽車吊配合DZ60 型振樁錘懸打，采用懸臂式導向架作為振沉護筒、鋼管樁的導向設置，導向架設置在鋼平臺上，采用I50工字鋼焊接，確保鋼護筒定位穩定。

圖1 鋼護筒實圖

4 巖溶地區施工中成孔分析

4.1 成孔中易發生漏水漏漿

溶洞依據有無填充物可以分為填充溶洞、部分填充溶洞、空溶洞；依據是否存在滲漏分為漏水與不漏水溶洞。不同區域的溶洞的走向、大小、分布存在很大的差異，且難以獲得準確的地質資料，施工多采用“摸著石頭過河”的施工。鉆孔中，由于發生漏漿會使孔內水頭快速發生下降，護筒發生擠壓變形，還會導致塌孔、垮孔、埋鉆，嚴重時會導致地面發生大面積沉降，水上鉆孔平臺的安全會受到影響。因此施工前要明確溶洞是否存在漏水，還要考察漏水量的大小、速度等，以保證施工方案可靠性。

4.2 復雜地質下的混凝土澆注

在多層溶洞施工，單樁需要穿越的溶洞層數較多。而巖面較為復雜，孔內分布有石筍、溶溝、溶槽等，巖面呈斜面、陡異形等多種復雜形狀，孔內有大塊孤石、半邊洞等，混凝土澆注受到很大的影響。施工前如果沒有全面掌握溶洞的大小、分布、走向，難以預估超方量。如果溶洞高度過大，由于混凝土壓力的持續作用，導致造壁充填物失穩或發生坍塌導致斷樁現象發生。

4.3 孔內發生涌砂

鉆孔需要達到覆蓋層到鋼護筒刃腳的接合部位，會導致大量砂土進入到護筒，鉆孔平臺的安全會受到影響及會導致無法鉆進成孔。施工中借助常規方法清孔、水下混凝土澆注、封堵工藝不易成功。由于巖面傾斜較大，通常條件下鋼護筒直徑較大并由于溶蝕存在溶槽、溶溝、大塊孤石的影響，許多護筒部分著巖，護筒因采用強行施打的方式會導致刃腳卷口、發生變形。表層巖石若存在裂隙，拋石層會導致回轉鉆機難以鉆進，還會導致成孔施工中事故多，成孔中發生塌孔、埋鉆、卡鉆等事故[3]。

4.4 清孔難度大

施工工藝如果采用沖擊鉆機沖擊成孔，特別是大直徑樁孔完成成孔后清孔難度大。清孔要保證沉渣厚度與泥漿性能符合要求。灌漿雖然符合要求，但泥漿比重降低、粘度不足，滲漏、塌孔事故會重新發生。

5 成樁的施工工藝

5.1 根樁全部要護筒跟進

在施工中針對大直徑變截面嵌巖樁，要結合結構形式采用護筒跟進的施工方式，保證每根樁全面合格成樁[4]。施工采用護筒跟進能消除溶洞或裂隙發生漏漿引發的鉆孔事故，施工中避免發生塌孔、埋鉆、護筒發生擠壓變形等問題。施工中可在護筒上部開口，通連河水，采用清水鉆進。這種方式可以降低泥漿費用及保證鉆進效率，為后續成孔的清孔工序創造有利條件。

5.2 護筒埋設

鋼護筒的長度根據實際情況確定，內徑為2.60m，壁厚為12mm，統一在鋼結構加工場制作，制作節段長度為8m，在鋼平臺上下護筒時吊裝接長。單件組裝前檢查部件尺寸；在連接接觸面和沿焊縫邊緣的30～50mm 范圍內的鐵銹、毛刺、污垢等清除干凈。在鋼護筒內壁徑向布置一組或多組單向螺旋頂撐桿，具體位置視鋼護筒局部矢圓度而定，采用調節螺栓控制鋼護筒的橢圓度。各焊接段均應在旋轉胎架上焊接，定位焊接前按圖紙及工藝要求檢查焊件的幾何尺寸、坡口尺寸、根部間隙、焊接部位的清理情況等，如不符合要求不得進行定位焊。護筒的中心點即樁基礎的中心點，放樣時將中心點引到兩邊工字鋼上，以便施工過程中控制。

下放護筒至河床，直到護筒靠自重不再下沉。用50T輪式吊車配合DZ60 型振樁錘施打護筒。輪式吊停放在已施工完成的棧橋橋面，吊裝懸臂導向支架，利用懸臂導向支架精確打入鋼護筒，測量組確認樁位與樁的垂直度滿足要求后開動振樁錘振動，在振動過程中要不斷檢測樁位與樁的垂直度，發現偏差及時糾正。每個護筒的下沉應一氣呵成，中途不可有較長時間的停頓，以免護筒周土擾動恢復造成沉樁困難。鋼護筒施工完成后測量組復測鋼護筒偏位、傾斜度，符合要求后方可焊接平聯。護筒間采用直徑為Φ400mm，δ6mm 鋼管做平聯（同時做泥漿循環連通管），鋼管樁間采用槽鋼[20a 做平聯、斜撐，以加強鋼護筒及鋼管樁的整體穩定性。

5.3 溶洞穿越

沖擊鉆在受力不均條件下易發生鉆頭掉肢、斷頭，還會發生鋼繩斷裂后掉錘等現象。沖擊鉆頭可以加焊雙層打撈環，防止掉肢、掉角后無法打撈。沖錘刃腳加焊耐磨塊，破巖效率可以提升。沖擊鉆穿越溶洞層成孔要點：穿越溶洞頂板要采用低沖程進尺，防止發生空錘，要仔細觀察孔口液面。溶洞頂打穿后補水，拋填片石、黃泥進行封堵，等到液面穩定后再次沖擊。沖進過程要經常觀察防止有十字孔發生。要定期檢查繩卡、吊桿等關鍵部位，防止發生掉鉆、卡鉆。

5.4 鋼筋籠安裝

鋼筋籠統一由鋼筋廠加工運輸，施工中常用汽車吊吊裝鋼筋籠就位，鋼筋籠要分節段吊放，保證鋼筋籠垂直入孔，孔位對準后緩慢放入并避免觸碰到孔壁，下放時如有阻礙要查找原因，避免強行下放以防鉆孔受到破壞；鋼筋籠進入到孔內后不能轉動，在孔口接長時保證上下鋼筋籠主筋的對中，接長后兩段鋼筋籠的同軸度。下放鋼筋籠時在孔處設置支撐并固定；鋼筋籠進入到孔確認鋼筋籠中心與孔位是否保持同心，最大偏差要＜10mm，合格后對鋼筋籠加固處理，混凝土澆筑時要避免鋼筋籠上浮。

5.5 灌樁操作

灌注水下砼采用鋼導管灌注，導管內徑為30cm，主管為每節2.7m，底管為4m 導管，另加0.5m 和1.0m 兩種調節導管。鋼導管內壁光滑、圓順，內徑一致，接口嚴密。導管直徑與樁徑及混凝土澆筑速度相適應。漏斗底距鉆孔上口，大于一節中間導管長度。采用螺旋絲扣型接頭。

導管使用前應進行水密承壓和接頭抗拉試驗，嚴禁用壓氣試壓。水密試驗的水壓應≥孔內水深1.3 倍的壓力，也應≥導管壁和焊縫可能承受灌注砼時最大內壓力p 的1.3 倍。在灌注混凝土開始時導管底部距孔底應有40cm 的空間，根據首批混凝土的數量要滿足初次埋深的要求及相應的安全儲備量，制作相應要求的大料斗。施工過程中保持導管埋深控制在2～6m，施工時做好混凝土灌注記錄。循環使用導管4～8次后應重新進行水密性試驗。

6 結語

高鐵大直徑橋梁樁基施工要考慮到巖溶地區的特殊性。橋梁鉆孔樁施工要注重地質調查，明確巖溶的情況，結合實際制定合理的施工方案，將施工技術措施落實到位。在施工階段，對于技術問題要及時分析并盡快采取措施，以確保橋梁樁基施工質量。