橋梁樁基礎(chǔ)特殊地質(zhì)施工技術(shù)初探

史文輝

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008)

1 工程概況

某橋梁工程主墩采用樁基礎(chǔ)，橋梁承臺尺寸為：長×寬×厚=12.0 m×14.0 m×3.0 m，在承臺下方設(shè)置鉆孔灌注樁，共9根，樁徑為1.8 m，按照嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計。與小箱梁相接部位的過渡墩采用圓柱墩。基巖表面上部可見少量石炭系，其厚度在1～3 m范圍內(nèi)，下部以志留系泥巖為主，場地地質(zhì)條件特殊，主要為溶洞，其高度大多超過5 m，空間表現(xiàn)為串珠狀，填充物包括碎石、黏性土與砂土，存在嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。在深入分析特殊地質(zhì)條件下樁基施工可能發(fā)生的問題基礎(chǔ)上，結(jié)合該工程實際情況，制定行之有效的處治對策。

2 樁基礎(chǔ)施工中特殊地質(zhì)處治

2.1 處治原則

(1)根據(jù)前期地勘資料結(jié)果，對區(qū)域內(nèi)巖溶較為發(fā)育的段落應(yīng)優(yōu)先考慮繞避。

(2)如果無法直接從巖溶發(fā)育區(qū)域中跨越，應(yīng)采用不同方法確定溶洞具體分布情況及頂板力學(xué)特性，在必要的情況下還應(yīng)對溶洞中的填充予以專門試驗，以此確定各項力學(xué)性質(zhì)，從而為之后的處治工作提供可靠參考依據(jù)。

(3)在溶洞處治過程中，應(yīng)對包含溶洞填充、位置與尺寸等在內(nèi)的各項因素進(jìn)行綜合考慮，以此保證特殊地質(zhì)條件處治的安全性和經(jīng)濟性。

2.2 處治技術(shù)

遵循以上基本原則，對于溶洞這一特殊地質(zhì)條件，常用處治方法包括回填、注漿與鋼護(hù)筒跟進(jìn)，不同處治方法有不同的適用條件：對于小型溶洞(高度在2 m以內(nèi)的溶洞)，建議采用黏土沖孔固壁的方法處治；對于大型溶洞(高度在2～5 m范圍內(nèi)的溶洞)，當(dāng)為全填充形式時，建議采用水泥、黏土和片石造漿的方法處治，當(dāng)無填充或填充物以流塑狀為主時，建議采用灌注混凝土的方法處治，采用強度等級為C20的混凝土；對于特大型溶洞(高度超過5 m的溶洞)，當(dāng)為全填充形式時，建議采用水泥、黏土和片石造漿的方法處治，當(dāng)無填充或半填充形式時，建議采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行處治；對于其它溶洞，建議采用水泥、黏土和片石造漿法進(jìn)行處治。

(1)對于造漿回填法，是指通過對混凝土、黏土及片石等的回填進(jìn)行反復(fù)沖擊造壁，針對沒有通過勘察發(fā)現(xiàn)但在成孔時被發(fā)現(xiàn)的溶洞，可按照適當(dāng)比例對水泥、片石與黏土進(jìn)行混合、填筑與復(fù)打，到成孔為止，若需要反復(fù)進(jìn)行回填與復(fù)打，則可適量添加外加劑來提高泥漿的膠體率與黏性，從而保證護(hù)壁質(zhì)量與效果。

(2)對于混凝土灌注法，適用于大型溶洞和填充物以流塑狀為主的溶洞，由于泥漿有很大側(cè)向壓力，且自穩(wěn)性相對較差，所以可通過混凝土的灌注來達(dá)到護(hù)壁效果，采用強度等級不低于C20的水下混凝土。

(3)對于鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，適用于空孔與半填充形式的大型與特大型溶洞，當(dāng)采用開孔護(hù)筒時，護(hù)筒的內(nèi)徑按照孔徑+30 cm控制，沖錘直徑按照孔徑+1 cm控制，成孔直徑按照設(shè)計要求的孔徑+5 cm控制，護(hù)筒長度為2 m，護(hù)筒的底部標(biāo)高為1.5 m，護(hù)筒的頂部標(biāo)高應(yīng)達(dá)到地面以上0.5 m，護(hù)筒在開孔之前安裝，具體的安裝方法為完坑埋深和回填夯實；當(dāng)采用跟進(jìn)鋼護(hù)筒時，護(hù)筒的內(nèi)徑按照孔徑+5 cm控制，沖錘直徑按照孔徑-2 cm控制，成孔直徑應(yīng)滿足設(shè)計要求的孔徑，護(hù)筒長度根據(jù)溶洞高度確定，護(hù)筒底部標(biāo)高以達(dá)到巖面為準(zhǔn)，護(hù)筒頂部標(biāo)高以達(dá)到地面以上0.5 m為準(zhǔn)，護(hù)筒在沖孔到溶洞頂部1 m左右后安裝，具體的安裝方法為采用起重機和振錘將護(hù)筒振入。

3 處治技術(shù)和指標(biāo)

該橋梁45#墩所在位置的巖溶較為發(fā)育，現(xiàn)以該墩位的0#與5#樁為例，對其巖溶處治方案予以比選。結(jié)合工程的具體情況，考慮到場地內(nèi)巖溶較為發(fā)育，而且無法直接跨越，故根據(jù)前期探勘成果，找出樁位內(nèi)溶洞所在位置、尺寸大小與填充情況。與此同時，對該墩兩處樁位的溶洞填充物實施土工試驗，經(jīng)試驗，0#樁位溶洞分布在32.7～33.7 m范圍內(nèi)，填充以軟塑至流塑狀黏土為主，屬全填充，局部可見溶蝕；5#樁位溶洞分布在25.5～33.3 m范圍內(nèi)，呈串珠狀，填充以白云巖碎屑和軟塑狀黏土為主，屬全填充。根據(jù)以上孔位溶洞實際情況，樁基施工中應(yīng)將必備材料準(zhǔn)備充足，保證溶洞鉆穿過程中可以立即補漿，并防止灌注時填充物進(jìn)入到孔中。

由于該橋梁45#墩所在區(qū)域的溶洞較為發(fā)育，而且樁位地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，有多層小溶洞分布，溶洞的填充以全填充與半填充為主，而且填充物的強度很高，在保證樁基施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能降低工作難度，并節(jié)省材料消耗，縮短處治的周期。基于此，對該墩地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合現(xiàn)有各項處治技術(shù)，設(shè)計決定采用造漿法進(jìn)行處治。該處治方案可以對多層分布的小型溶洞進(jìn)行有效處治。另外，由于該橋梁工程周圍有采石場分布，可減少工程造價，而且這項處治技術(shù)相對成熟，難度較低，能實現(xiàn)預(yù)期的快捷性、可靠性和經(jīng)濟性等目標(biāo)。

在樁基的沖孔施工中，以泥漿密度為依據(jù)適量添加黏土與膨脹土，在樁錘將溶洞頂部巖層完全沖破以后，立即投入片石，之后按照設(shè)計確定的比例投加黏土和片石，需要注意的是，黏土應(yīng)使用水泥袋進(jìn)行包裝，然后整袋投入。

(1)采用鉆頭對溶洞進(jìn)行施鉆，鉆穿以后立即補充水、片石與黏土，其中，片石的直徑應(yīng)按照10～20 cm控制，片石和黏土按照2∶1的體積比進(jìn)行投放，并補充足夠的水，避免塌孔，片石的具體回填高度應(yīng)達(dá)到溶洞頂部高度不小于樁徑的3倍，之后采用小沖程對混合料進(jìn)行沖擊，直到溶洞邊產(chǎn)生穩(wěn)固的護(hù)壁。

(2)采用黏土碎石將孔隙完全堵塞以后方可繼續(xù)鉆進(jìn)，直到設(shè)計要求的樁底標(biāo)高，此時即可完成樁基成孔。

(3)在初次完成回填與復(fù)打之后依然可能發(fā)生漏漿，此時要按照設(shè)計要求的比例對水泥、黏土和片石進(jìn)行混合，然后將其添加到回填材料當(dāng)中，加以的混合比例為水泥∶黏土∶片石=1∶10∶20，對以上過程進(jìn)行重復(fù)，直到樁基成孔完成。

(4)材料的回填應(yīng)按照以下順序進(jìn)行：先回填水泥，再回填黏土，最后回填片石。在鉆孔過程中，如果發(fā)現(xiàn)泥漿的流失情況比較嚴(yán)重，則應(yīng)重復(fù)添加黏土與片石，將整個溶洞填滿為止，避免孔中的泥漿發(fā)生滲漏。

該橋梁工程45#墩處溶洞使用片石水泥土進(jìn)行造漿處理，在成樁以后通過質(zhì)量檢測，發(fā)現(xiàn)該墩每個樁基都能達(dá)到I類樁的水平，這說明該方案的應(yīng)用能有效避免成孔時產(chǎn)生各類問題，保證樁基施工能夠順利進(jìn)行，并降低施工難度與處治成本，從而加快溶洞這一特殊地質(zhì)條件的處治效率。

4 結(jié) 語

綜上所述，在橋梁樁基礎(chǔ)施工中經(jīng)常可能遇到特殊地質(zhì)條件，如巖溶地質(zhì)等，在這種情況下，為保證樁基礎(chǔ)施工能夠順利完成，將特殊地質(zhì)條件對樁基礎(chǔ)造成的不利影響降至最低，應(yīng)在施工中根據(jù)工程實際情況，結(jié)合特殊地質(zhì)條件制定行之有效的處治措施，并在施工中加以嚴(yán)格執(zhí)行，以此保證樁基施工質(zhì)量與安全，為之后的墩身與上部結(jié)構(gòu)施工奠定良好基礎(chǔ)。