巖溶地區橋梁基礎物探及注漿處理技術的應用

胡華清

（中交第三航務工程局有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315200）

0 引言

我國西南山區地質條件復雜、巖溶較為發育，且大多橋墩的基礎設計仍較多采用明挖基礎。由于地勘受現場環境條件的限制，基底界面的地質情況有較大的不確定性，特別是在巖溶發育和富水地區，一旦采用明挖基礎設計，在基礎開挖施工至基底出現巖溶、裂隙、夾泥等不良地質時，較難更改基礎的設計方式。同時，橋梁基礎處理屬于點上施工，在山區較多受環境條件限制處理較為困難，不同于路基區段巖溶基底的處理，后期現場條件影響較小，采用常規物探和注漿處理即可?，F階段橋梁基礎基底的處理還沒有形成一套完善有效的處理工藝，因此，做好橋墩明挖基礎的基底的物探，準確揭示基底的不良地質和巖溶發育情況，并能有效采取基底巖溶處理措施，確保橋墩基礎的工程施工質量和后期運營安全尤其重要。

本文依據新建黔張常鐵路（代建段）阿蓬江特大橋 19# 墩明挖基礎的現場環境條件、基礎類型、地勘資料揭示的巖溶發育情況，重點對基底的地質勘驗、檢測、處理方案及巖溶的注漿處理工藝、注漿的檢測手段應用及處理效果進行了闡述。

1 工程沿線地質構造

新建黔張常鐵路（代建段）工程位于重慶市黔江區武陵山境內，喀斯特地貌發育，地形地貌受底層巖性及地質構造控制，地形起伏大，山上喬木植被茂密，沿線地形變化復雜，不良地質主要有危巖、巖溶、落石、褶皺、裂隙、中、微風化剝落、坍塌等，沿線可溶巖多以條帶狀分布，部分以條團塊狀分布，少數地方星散狀分布出現。

2 橋梁設計概況

阿蓬江特大橋全橋長 1 360.45 m，為高墩大跨矮塔斜拉鐵路橋，設計時速 200 km/h 客貨共線，其中大橋主跨為 240 m，兩主墩高 122.5 m 和 123.5 m，主塔高度 173 m，基礎原設計除常德臺采用明挖基礎外均采用鉆孔樁基礎，樁基最深達 75 m。該橋 19 號墩為（78+2×135+66）m 剛構連續梁主墩，位于阿蓬江“U”型峽谷側壁上，一面深入山體，一面緊靠懸崖，懸崖側壁呈 70°南北走向，與線路夾角為 40°。懸崖頂與河岸地面高差 75 m，與懸崖相對關系如圖 1 所示?；A后變更后采用圓端型挖井式明挖基礎，長10.4 m，寬 6 m，深 38 m，墩身為墩徑 4 m 的實心墩。

圖1 墩身設計位置與懸崖相對關系立面圖（單位：m）

3 基礎基底地質勘驗及基巖試驗檢測

3.1 基礎施工情況

為保證施工安全及巖體的穩定，挖井基礎采用非爆破開挖方案。先采用潛孔鉆在懸崖側圓弧段鉆孔，隔離基礎外側巖體，在懸崖側形成臨空面，再采用液壓劈裂機靜爆破碎法從外到內逐層破碎基坑巖石，小挖機裝斗，汽車吊起吊裝車、渣土車出運。

3.2 基礎基底地質勘驗

基礎開挖至設計標高后經與設計院地質專業探討后，現場對基礎基底進行地質勘察，參照 TB 10027－2012《鐵路工程不良地質勘察規程》［1］先期基底平面釬探勘驗布設 14 孔，后期根據現場地質勘驗需要在 9 # 探孔位置水平增加 15 #、16 # 2 個探孔，在4#探孔位置平面增加 17#、18#、19# 3 個探孔，共布設釬探孔 19 孔，釬探記錄數據如表 1 所示，釬探勘驗探孔布置位置及推測溶腔分布如圖 2、圖 3 所示。

圖3 溶腔立面及水平探孔位置示意圖（單位：cm）

表1 基礎基底巖溶物探記錄

圖2 巖溶平面形態及平面探孔位置示意圖（單位：cm）

為釬探、物探數據能正確揭示基底巖石裂隙及溶腔情況，經對基底裂隙現場實地勘察后，在基底裂隙位置 A 處（5、8、9、10 # 探孔位置）和 B 處（11 # 探孔位置）向下開挖直徑 1.2 m，深度 3 m 的探坑，由人工清理裂隙夾層，探查裂隙情況，探坑布置位置如圖 4 所示。

圖4 墩身基底探坑平面布置位置

在基底裂隙位置 A 處探坑采用人工鋼釬開挖，下挖至 1.5 m 位置底部為基巖，經擴孔下挖至 2 m，上口約 60 cm、下口約 20 cm 為泥結碎石，并向坑內延伸接近至3 號釬探孔，整個填充物深度為 1.5 m，堅硬、較為密實，巖層的泥結碎石填充物，如圖 5 所示；基底巖層處探坑再下挖至 3 m 處發現泥夾層，如圖 6 所示。

圖5 基底巖層泥結碎石填充物

圖6 基底巖層泥夾層

基底裂隙位置 B 處探坑采用水磨鉆取芯方法取樣，探坑下挖至 0.74 m 位置，芯樣整體基本完整，有可見的輕微裂隙，如圖 7 所示；下挖至 1.51 m 位置芯樣不完整，有明顯裂隙，如圖 8 所示；下挖至 3 m 位置后芯樣整體基本完整，有可見的輕微裂隙，如圖 9 所示。

圖7 探坑0.74m處位置芯樣

圖8 探坑1.51m處位置芯樣

圖9 探坑3m處位置芯樣

3.3 基底基巖試驗檢測

對基底基巖的試驗檢測主要進行天然和飽和狀態單軸抗壓強度試驗檢測，檢測數據基底基巖強度較高，自然干燥試樣強度為 104 MPa，48 h 飽水強度為60 MPa，軟化系數為 0.6，具體檢測結果如表 2 所示。

表2 基巖抗壓強度檢測

根據釬探、物探及局部開挖地質揭示，基坑底部巖層相對較完整，局部雖有裂隙，但已完全由泥結碎石填充，并較為密實。基底基巖抗壓強度較高，天然狀態下試樣最小強度達 101 MPa，飽和狀態下強度達 58 MPa，滿足設計容許地基承載力〔σ〕＞ 1 MPa 要求。

4 基礎基底的處理及效果檢測

4.1 基底的處理總體方案

根據阿蓬江特大橋 19 號墩補充地質勘探資料，結合基底釬探、物探及局部開挖地質揭示的巖溶溶蝕影響的分布以及巖溶通道等，對局部巖溶采取挖除換填方案，即將原設計基礎加深 3 m，采用與基礎相同強度等級的混凝土回填密實，對側壁及基底發現的裂隙、巖溶處理采用壓注水泥漿或水泥水玻璃漿雙液壓漿加固處理措施［2］。

4.2 基底巖層裂隙注漿工藝

為確保巖層裂隙的注漿效果，在基底巖層巖溶、裂隙注漿前，現場選擇一處地質條件和巖溶發育程度近似基底的地段進行注水泥漿、水泥水玻璃和注水試驗，根據現場實際注漿情況確定水泥漿及水泥水玻璃注漿壓力、注漿用量、水灰比、水玻璃比例、外加劑類型及摻量等壓漿施工工藝參數。根據現場試驗情況，現場采用兩種注漿方案，一是注水泥漿液，注漿過程中根據注漿壓力、漿液流量、以及特征動態調整漿液水灰比（1∶1～1∶0.5）；二是采用雙液壓漿處理措施，現場注水泥與水玻璃漿液，水泥漿與水玻璃比例控制在1∶0.3～1∶0.8。

4.2.1 灌漿孔的施作

現場考慮到全部鉆孔后，可能引起相鄰注漿孔位的串漿，造成清孔工作量的增加，灌漿孔采取間隔“跳孔施鉆、跟進分注”的方式進行施工，注漿孔施作工藝要點。

1）注漿孔布置采用徠卡 TCA 2003 全站儀精準孔位布點放樣，按照梅花型布置孔位，如圖 10 所示。

圖10 注漿孔位布置示意圖

2）鉆孔采用液壓 100 型地質鉆機，孔徑為 110 mm，上覆土層采用跟進式不帶水鉆進，及時跟進邊鉆邊套管施作［3］。

3）在施作鉆進至基巖 0.5 m 時，在鉆孔中嵌入 108 mm 套管，用 M10 水泥砂漿封閉孔壁，保證孔口套管露出地面 0.3～0.5 m，并及時用砂漿或混凝土封閉套管四周，防止漿液串孔串漏，影響實際注漿效果及密實性。

4）施工前，采用清水洗孔直至返清水為止，沖洗時間控制在不少于半小時，然后擰孔口蓋準備壓注灌水泥漿或水泥-水玻璃漿。

4.2.2 壓注灌漿

根據現場注漿材料情況，注漿液材料采用重慶弘揚 P.O42.5 水泥，壓漿前選取一個代表性孔進行注清水試驗，以確定孔單位長度吸水量。

1）壓漿。現場注漿按照先邊排注漿、后內排注漿、遵循跳孔注漿順序［2］，水泥漿（1∶1～1∶0.75），水泥漿流動度控制在 10～30 s，同時，密切注意注漿情況，當發現連續注漿吸漿量下降時，采用水泥漿-水玻璃雙液壓漿措施，水泥漿與水玻璃配比（1∶0.3～1∶0.8）；壓漿壓力控制在 0.3～0.5 MPa［2］。注漿遇到有巖溶發育但不進漿或吸漿量少時，現場采用先用高壓清水洗孔、再利用鉆機清孔疏通巖溶裂隙的通道后，再進行注漿作業。

2）壓漿結束控制標準。根據現場基底勘驗情況，并結合代表地段的工藝性試驗結果，注漿時出現以下情況現場結束對基底巖層的注漿作業。

①注漿孔口壓力達到 1.0 MPa，漿液難以再注入時；

②單孔壓漿量達到平均設計壓漿量的 2.0 倍，且進漿量明顯減少時；

③冒漿點超過注漿范圍 5 m 時；

④當注漿壓力不大或注漿量降低，基底突然出現層間異常上鼓，應及時終止注漿作業，同時采取對附近注漿孔進行補償注漿等措施。

根據現場開挖勘驗揭示的情況以及釬探驗證結果，預估單孔注漿量 11 m3或每米注漿量 2.2 m3/m，總計預估注漿量 66 m3，因此，施工過程中當單孔注漿量達到平均單孔估算注漿量的 2 倍，或者現場注漿總量達到估算總量的 80 %，并預計會突破估算數量時，要查明情況、分析原因，采取補救措施。

4.3 注漿效果檢驗

為保證注漿效果，滿足橋梁基礎設計要求，現場按照注漿孔總數量的 2 % 且不少于 3 孔進行注漿效果檢驗，注漿檢查孔通過鉆芯取樣和注水試驗兩種方法來驗證注漿效果。

1）注水試驗。在孔內注水試驗前，先量測孔內原有穩定水位后，再進行孔內定量注水，觀測單位長度的吸水量變化幅度或水位，壓漿后試驗的單位長度吸水量實測 20 %（＜判定標準的 35 %），達到壓漿效果。

2）鉆芯取樣?，F場采用液壓 100 型地質鉆機鉆取自檢孔巖芯芯樣，可見多處水泥漿與巖溶裂隙結石體，基本可見填滿空洞及縫隙，自檢孔巖芯如圖 11 所示。

圖11 自檢孔巖芯

5 結語

在我國西南地質條件復雜，巖溶較為發育地區，橋梁基礎基底處理的重點和難點是應根據基礎類型和巖溶發育程度布置勘探點，綜合利用鉆孔、孔內透視等物探手段查明基底巖溶發育及地質情況，然后有針對性地采取地基處理措施。阿蓬江特大橋 19# 墩基底的地基處理在充分考慮地基處理的邊界條件、地質勘查資料，基底釬探、物探及局部開挖地質揭示的巖溶溶蝕影響的分布以及巖溶通道后，綜合采用局部巖溶挖除換填和注漿兩種措施。根據處理后地基處理檢測結果及后期線路運營情況，該基底的地基處理在物探手段、巖溶處理方法的選擇、處理效果檢測等是比較符合實際的，巖溶地基經注漿處理后，能夠滿足橋梁基礎設計基礎工后沉降量不應超過限值 50 mm 要求，同時，也為以后巖溶地區在橋墩基礎的基底處理實際應用上提供參考。Q