巖溶地區橋梁樁基施工及質量控制探討

文／江西省現代路橋工程集團有限公司 葉祺 黃煒

關鍵字:巖溶地區；橋梁工程；樁基礎；施工；質量控制

1 工程背景

某橋梁工程所處地區地勢高低起伏，其10#主墩承臺按15*15*4.5m的尺寸設計，按照4.0m的樁間距和1.8m樁徑共設置16根樁基礎，外側樁與承臺邊相距1.5m，全部樁基均采用嵌巖樁設計。橋梁樁基位于層狀巖溶發育區域，樁基空腔高2.5～19.5m，溶巖充填物主要是粉質粘土和細角礫土。

2 施工方案的優化

考慮到本橋梁工程地質條件特殊，沖擊成孔、安裝鋼護筒、巖溶處理等是其鉆孔灌注樁施工及質量控制的重要方面。為提升成樁質量，應在逐樁判別溶洞特征的基礎上，實施“一樁一案”[1]，分類處理。在確定成樁次序時，應先邊側后中間，隔樁跳打，并同時安排4臺鉆機分別進行樁基施工，具體見圖1。

圖1 不同周期模態對比情況

結合本橋梁工程10#主墩巖溶地震散射地勘報告及工程現有施工資源配置情況，考慮到鉆機鉆至表層卵石層底以下白云質灰巖層時發生塌孔的可能性很大，故應通過下降鋼護筒的方式順利穿越；鉆進施工過程中如遇斜巖，則會發生偏孔、卡鉆、偏錘，影響進尺進度，應及時進行混凝土回填并待混凝土達設計強度后再次沖孔；沖鉆過程中白云質灰巖層以下第一層巖溶填充體存在較嚴重的漏漿可能，頻繁回填混凝土會拖慢進尺，應在樁基成孔前在其周圍布置注漿孔，并通過巖溶注漿進行預加固；白云質灰巖層以下第二層巖溶發育，樁基空腔高2.5～19.5m，應根據工程實際在樁位周圍開直徑500mm的孔，并采用絮凝混凝土材料填筑溶腔。

3 施工技術

3.1 沖擊成孔

樁基礎沖孔采用直徑2.0m的鉆頭正常鉆進至卵石層底，鉆進過程中根據工程地質條件調整泥漿比重，并及時下降鋼護筒。按照設計將直徑50cm的灌注孔布設于樁基四周，并結合灌注要求進行灌注孔數量的調整。具體而言，采用小沖擊鉆完成灌注孔成孔，上層粗圓礫土和卵石土孔徑60cm，為防止卡鉆，應通過630螺旋管跟進；下層白云質灰巖通過磨盤鉆進成孔，孔徑50cm。

此后更換成直徑1.8m的鉆頭，按照34.0～53.0m的正常沖程鉆進，待鉆至溶洞高程52.0m時減小沖程，并以緩慢的鉆速沖開巖板，待鉆至53.0m處時通過灌注水下混凝土將溶腔回填至其頂部以上3.0m。在灌注水下混凝土施工過程中必須加強混凝土頂面高程測量，并仔細核對地質柱狀圖[2]中的溶腔位置變動情況，待混凝土實際強度達設計值的70%后再繼續沖鉆至設計高程。

在正常鉆進至卵石層底后改用小尺寸鉆頭鉆進施工的過程中，如遇漏漿或充填物溶洞等情況，應通過反復回填沖擊予以處理，并按照片石:黃土:水泥=70:25:5的混合物以間隔的方式回填，且水泥使用量不能低于設計值的30%，為節省漏漿處理時間、減少漏漿量，應事先按設計比將黃土和片石拌合好，待使用過程中再摻加水泥。對于位置較深且有充填物的溶洞，在多次采用片石+黃土+水泥混合物填充方式的基礎上如仍存在塌孔現象，則應改用灌注混凝土的方式增加強度。為保證鉆進施工質量，還應進行樁基周圍地質情況的補充勘測，在充分掌握樁基地質情況的基礎上，以套管方式跟進，對于巖溶區應及時補漿。

3.2 鋼護筒施工

本橋梁10#主墩承臺樁基第一級鋼護筒長34.5m，壁厚1.2cm，護筒底面標高556.50m，在鋼護筒施工過程中應實施測量其垂直度并糾偏，將其垂直度偏差控制在其長度的1/200以內。采用單面開坡口滿焊的方式進行各段鋼護筒的連接，焊縫處加焊高度至少50cm、厚度至少1cm的加強鋼板。為防止鋼護筒起吊變形，應通過設置在加強箍區域內的吊耳輔助鋼護筒起吊下放。

3.3 巖溶注漿

本工程樁基巖溶注漿主要采用水玻璃和水泥混合料，混合料水灰比應控制在（0.8:1）～（1:1），水玻璃摻加量應為水泥質量的10%，以提高混合料的波美度。在樁基礎施工前應間歇式循環注漿至少6h，而后停注并待已注入漿液初凝后再次注漿。注漿過程完全結束后，待漿體材料實際強度達設計值的80%后鉆孔。

注漿施工過程中參數的控制應以設計技術要求為依據并根據實際注漿效果進行調整。注漿機械采用裝配LJ-300攪拌機的注漿泵，注漿速度設置在20～30L/min，注漿壓力為0.5～1.0MPa，每段（長度0.5m）注漿時間應為5~10min，注漿量主要根據巖溶屬性、深度確定，并以達到充填要求為控制依據。待注漿壓力達到1.0MPa后再繼續注漿10min，且吸漿量將至30L/min以下后則可結束注漿。

3.4 溶腔回填混凝土

3.4.1 絮凝混凝土材料性能

本橋梁10#主墩承臺樁基溶腔回填絮凝混凝土材料通過在常規混凝土中摻加一定設計比的絮凝劑配置而成。與普通混凝土材料所不同，絮凝混凝土抗分散性能良好，堆積速率高，施工工藝簡單，施工快速，且具有自密實和自流平等特征，能有效阻止水泥、骨料等材料的分散，對于水下薄壁、異形結構等的充填較為適用[3]。按照《水下不分散混凝土施工技術規范》的相關規定，絮凝混凝土攪拌粘度、抗分散性能較好，其7d和28d水陸強度比分別為70~85%、80~90%；其塌落度在23cm以上，水下靜置1h塌落度無損失，靜置2h塌落度損失不超過10%，靜置4h仍具有良好的施工性、和易性、保水性、填充性和自密實性，不會出現離析[4]。

3.4.2 混凝土回填要求

絮凝混凝土材料應灌注在每根樁基周圍的鉆孔內，為降低塌孔發生的可能性，并減少混凝土材料用量，增強填充效果，采用開孔直徑50cm的小孔及間歇式灌注回填方式，絮凝混凝土材料凝固時間一般為10h，相鄰兩次灌注時間間隔應控制在15h左右。

4 施工質量控制

為保證本橋梁10#主墩承臺樁基施工質量，應在施工前全面檢查各項施工機械性能，并在鋼護筒起吊前調整并復核導向架位置，待鋼護筒緩慢吊起后使其沿導向架穩定沉至土層，并起吊振動錘使其與鋼護筒中心重合。

護筒對接時主要參照所預留的十字線，對接結束后焊接固定，焊縫寬度和高度應控制在0.8cm和0.4cm以上，在打入鋼護筒時應通過測量儀器校核垂直度等指標，鋼護筒允許偏差應控制在下表允許范圍內。

表1 鋼護筒允許偏差

5 結論

本橋梁工程10#主墩承臺樁基施工結果表明，形式復雜多樣的巖溶不良地質通常伴有地下水及傾斜起伏的基巖面，是施工重難點所在，巖溶地區樁基礎施工往往面臨成孔難度大、施工空間受限、施工質量控制難等問題，本工程通過采用巖溶注漿及滿腔回填絮凝混凝土材料的方式保證了橋梁工程巖溶區域施工質量，并對傳統的水下混凝土灌注技術和工藝起到了進一步改進的作用。