鐵路橋梁建設(shè)中的巖溶地層鉆孔灌注樁施工技術(shù)

曲冶

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京100043）

1 工程概況

新建吳圩雙線特大橋全長3 269.02 m，全橋以柱樁為主，采用鉆孔樁基礎(chǔ)，橋樁基底部為灰?guī)r，地基的鉆孔樁地層存在溶洞。橋址區(qū)域有較多沖洪積物，地下水位較高，施工時易發(fā)生地面塌陷，需要采取有效措施來避免發(fā)生塌陷事故。

2 施工方案

2.1 鉆孔方式

新建吳圩雙線特大橋鉆孔灌注樁主要采用沖擊鉆和旋挖鉆長套筒成孔進行施工，沖擊鉆成孔便于處理溶洞回填沖擊造壁，在巖溶地區(qū)適用性強。對于巖溶區(qū)上巖土層厚的區(qū)域，也可在上部非巖溶區(qū)域采用旋挖鉆或回旋鉆成孔，再在巖溶區(qū)域采用沖擊鉆成孔的組合方式，從而提高成孔效率。

2.2 溶洞處理

2.2.1 拋填黏土夾片石混合物處理

拋填黏土夾片石法即在鉆錘擊破溶洞頂層時，需向溶洞內(nèi)拋填黏土夾片石混合物，并利用鉆錘反復(fù)沖砸，將拋填的片石黏土擠向樁孔四周，以形成環(huán)向封閉圓臺，從而保證鉆孔過程中泥漿不流失、澆筑過程中孔壁不坍塌。在此過程中，施工要點主要包括：

1）拋填片石與黏土一般按照1∶1的比例混合，片石強度要大于30 MPa，尺寸約15～25 cm。

2）黏土要有較好的黏性。

3）每次拋填黏土夾片石的高度應(yīng)至少超出溶洞頂3 m，以5～10 m為宜，反復(fù)回填并用鉆錘沖砸，直至高錘重擊下基本無進尺，再持續(xù)沖砸20～30錘，可視為溶洞段填充基本密實，則可開始取渣鉆進。

2.2.2 鋼護筒跟進法處理

鋼護筒是常規(guī)法深水鉆孔樁基礎(chǔ)施工中的輔助措施，作用在于樁基定位、施鉆導(dǎo)向、保護孔口和維持孔內(nèi)水頭壓力。在巖溶地區(qū)鉆孔樁基的施工，若處理措施不當，則會造成塌孔；若卡鉆、泥漿急劇流失等事故發(fā)生在灌注水下混凝土過程中時，就會出現(xiàn)混凝土流失，從而引發(fā)斷樁等事故。可見，鋼護筒跟進在施工作業(yè)巖溶地層鉆孔樁基施工中，并不具有護孔成樁的特殊作用。

3 施工工藝及方法

3.1 施工準備

結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)資料和土、溶洞的具體分布情況，因存在樁長不等的現(xiàn)狀，所以，要按照先長樁、后短樁的順序進行鉆孔施工。但需注意，鉆孔作業(yè)要等到鄰孔混凝土強度達到5 MPa后才能進行。

鉆孔樁施工工序：施工準備→測量放樣→制備泥漿→埋設(shè)鋼護筒→安裝鉆機→鉆孔施工→安裝鋼筋籠→灌注混凝土。

當鉆孔灌注樁在鉆進作業(yè)過程中遭遇溶洞或裂隙地帶時，孔內(nèi)泥漿會在短時間內(nèi)急劇下降。此時，若未能及時補充水頭，則需用片石、黏土等回填物對裂隙帶、溶洞等存在空洞和漏漿的位置進行堵塞；同時，還要抬高水頭以保證孔壁側(cè)壓力增加。這是因為，如果孔壁欠壓時間過長，孔壁側(cè)的土層便無法承受周圍土層和地下水的側(cè)壓力，從而引起埋鉆或護筒底部底層坍塌問題，并造成護筒周圍地面下沉，嚴重時甚至還會導(dǎo)致地面產(chǎn)生裂縫。

3.2 工藝流程

3.2.1 平整場地

施工開始之前需提前平整好樁位處的場地，先對地面的雜草、樹根等雜物清除后，再利用小型壓路機壓實。若樁位處于軟基地段，則需先進行清淤作業(yè)，再利用碎石土回填，最后再進行推平壓實。

3.2.2 測孔定位

測量人員要結(jié)合設(shè)計圖紙和現(xiàn)場實際對樁位坐標進行放樣，并在此基礎(chǔ)上確定樁位，以準確測量樁位中心（必須要反復(fù)多次測量、計算所放樁位換手），最終確認無誤之后，仍需報給施工現(xiàn)場的監(jiān)理工程師進行復(fù)測，只有待監(jiān)理工程師復(fù)測合格且簽字確認，才能開始進行下道工序[1]。

此外，將護樁埋設(shè)在樁位的縱橫中心線上時，要盡可能確保護樁位置的精確性，以便施工時對孔位隨時校驗。樁位放樣時，要在樁的周圍距樁中心2 m處分別設(shè)置護樁，方便隨時檢測樁中心、測定護筒頂標高及控制鉆孔深度。值得注意的是，要加強護樁保護，并在其周圍豎立警示牌，嚴禁隨意破壞。

3.2.3 護筒埋設(shè)

在進行護筒埋設(shè)工作前，需提前挖除護筒周圍的砂性土，利用黏性土對筒底以下0.5 m的位置進行回填并夯實，再借助定位進行控制樁的放樣，將鉆孔的中心位置標注在孔底后，再將護筒放進坑內(nèi)，然后，緩慢勻速移動護筒，使得護筒中心位置和鉆孔的中心位置重合，之后將黏土分層回填在護筒周圍并進行夯實，以求達到最佳的密實度。

3.2.4 鉆機就位、校正和鉆孔工藝

在對施工區(qū)域進行一定程度的平整夯實之后，才能進行鉆機安裝。此做法可以更好地避免鉆孔時出現(xiàn)鉆機傾斜、下陷等問題，進而保障最終的成孔質(zhì)量。鉆機到位后，應(yīng)固定牢固，鉆孔作業(yè)開始后嚴禁挪移鉆機。若施工時發(fā)現(xiàn)鉆機位置偏移，則應(yīng)在施工間隙對其進行調(diào)整，以確保鉆錐起吊滑輪緣、鉆錐中心和樁孔中心三者在同一垂線上，穩(wěn)定好鉆機和扒桿攬風(fēng)繩。鉆進作業(yè)開始前，要重新復(fù)測樁位，確保無誤后才能施工。本橋施工的地質(zhì)情況特殊，故采用沖擊鉆與旋挖鉆2種鉆孔形式。

鉆孔深度達到施工標準及設(shè)計要求時，要安排人員利用籠式測孔器和驗孔器檢查孔深、孔徑、孔傾斜度和孔底沉渣量，確認各數(shù)值均在標準范圍內(nèi)后，才能清理孔底并開始準備水下混凝土的澆筑工作。

鉆孔完成后，必須對孔深、直徑和傾斜度進行再次檢測，保證傾斜度在1%內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，需注意最后進行一次清孔，清理孔內(nèi)石渣、泥漿，以保證孔內(nèi)含泥量、含渣量和孔底沉渣均可符合設(shè)計及圖紙的要求。

3.2.5 鋼筋籠、導(dǎo)管的安裝及二次清孔

先檢測鉆孔，確保鉆孔內(nèi)部無明顯坍塌及孔壁側(cè)不存在影響鋼筋安裝的障礙物后，再將鋼筋籠吊裝至既定空位，利用人工牽拉方式進行對準，盡可能沿著豎直方向輕放、慢放。鋼筋籠入孔定位之后，容許偏差應(yīng)＜5 cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。

在地面上需先對導(dǎo)管進行平整對接，對接時應(yīng)注意對應(yīng)導(dǎo)管編號。導(dǎo)管直徑與樁徑及混凝土澆筑速度相適應(yīng)。導(dǎo)管長度按孔深和工作平臺高度決定。導(dǎo)管接頭法蘭盤加錐形活套，底節(jié)導(dǎo)管下端不得有法蘭盤。采用螺旋絲扣接頭，設(shè)防松裝置。

將鋼筋籠安放到位且在進行混凝土澆筑作業(yè)前，需要對孔底的沉淀厚度進行再次檢查，若達不到設(shè)計要求，則需進行二次清潔，直至符合設(shè)計標準為止。

3.2.6 灌注水下混凝土、成柱

在進行混凝土灌注作業(yè)時，若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土未填實而含有空氣時，需緩慢、勻速灌入后續(xù)的混凝土，不能在短時間內(nèi)將整斗混凝土灌入漏斗和導(dǎo)管，避免促成導(dǎo)管內(nèi)高壓氣囊的形成，從而使其擠出管節(jié)間的橡皮墊導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。混凝土灌注作業(yè)一旦開始，就必須保證施工現(xiàn)場有足夠的混凝土，若發(fā)現(xiàn)混凝土有流失，則應(yīng)快速灌注混凝土。

待孔樁灌注完成后，要使用原土對孔樁進行回填，其余樁基礎(chǔ)則用預(yù)埋聲測管聲波透射法進行檢測。對質(zhì)量存在疑問的樁，應(yīng)進行重點反復(fù)檢測。

4 施工安全及環(huán)境保護

1）對施工現(xiàn)場產(chǎn)生的雜物、障礙物進行及時清理運輸，所有進入施工現(xiàn)場的工具都要進行安全檢查，合格后才能用于施工作業(yè)。

2）及時對施工現(xiàn)場場地進行硬化和綠化，嚴禁拋擲垃圾，積極配合環(huán)保部門進行施工區(qū)域周邊環(huán)境的保護，對于施工過程中參與渣土運輸?shù)能囕v要即刻進行沖洗，防止對路面造成污染。

3）對施工現(xiàn)場的古樹應(yīng)注意保護，若現(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)文物、古跡時，則應(yīng)立即停止施工并上報有關(guān)單位，做好現(xiàn)場封鎖、相關(guān)物品隔離，待得到有關(guān)部門的明確回復(fù)后再進行施工。

5 結(jié)語

我國國土遼闊，巖溶地貌發(fā)育較好，不可能完全繞開巖溶地區(qū)進行橋梁建造。只有弄清巖溶的分布、發(fā)育規(guī)律，認真勘探、勘察并了解橋梁施工現(xiàn)場的地質(zhì)地貌和環(huán)境后，進行精心設(shè)計，才能在最大程度上保證橋梁的成功建設(shè)和后期運營安全。在巖溶地區(qū)設(shè)計橋梁并進行施工，難度較大，尤其是要全程跟蹤樁基施工的整個過程，還要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況來進行動態(tài)調(diào)整和改變，使工程竣工能達到其設(shè)計質(zhì)量的要求。