串珠式溶洞地質(zhì)條件下的拼寬橋樁基施工技術(shù)

洪漢江

廣州市市政集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510060

我國高速公路建設(shè)行業(yè)經(jīng)過快速發(fā)展的階段，如今已發(fā)展到了一個比較成熟的階段。根據(jù)國內(nèi)高速公路建設(shè)目前的發(fā)展?fàn)顩r，與北美、西歐的一些發(fā)達(dá)國家對比，我國高速公路發(fā)展趨勢主要有兩個特點：一是網(wǎng)絡(luò)化，即高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；二是智能化，主要為高速公路軟硬件系統(tǒng)的改造升級。因此，新舊高速公路拼接及舊路改造升級將成為行業(yè)發(fā)展重點。高速公路拼寬橋梁的施工是公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個重要內(nèi)容，也是舊路硬件升級的一個標(biāo)志。施工期間舊橋結(jié)構(gòu)的安全問題事關(guān)人民生命健康和社會財產(chǎn)保護(hù)，越來越受到工程建設(shè)各方及社會各界的關(guān)注，確保拼寬橋梁的施工安全是工程建設(shè)管理的一項重要工作。

1 工程概況

廣樂高速公路位于廣東省北部地區(qū)，起點位于湘粵省界的小塘接京港澳高速湖南段，終點位于廣州市接廣州機(jī)場高速北延線，呈南北走向。該工程為廣樂高速T30合同段，工程位于花都區(qū)花山鎮(zhèn)，工程內(nèi)容主要為廣樂高速與肇花高速、機(jī)場高速北延線相互連接的大型樞紐互通（花山北互通立交），共14座橋梁，其中6座拼寬橋。該工程橋梁樁基礎(chǔ)共992根，其中6座拼寬橋樁基233根，數(shù)量眾多，工程量較大。拼寬橋樁基礎(chǔ)都位于陸地上，有少量樁位于大沙河、流溪河的堤岸邊，也屬陸上樁，無須修建樁基施工鋼平臺。

該工程大部分橋址所處地區(qū)地質(zhì)較差，分布有溶洞、土洞，局部有溶蝕溝槽，對橋梁施工有較大影響。根據(jù)進(jìn)場后的地質(zhì)勘察圖揭示，拼寬橋梁位置樁基溶洞特大溶洞、串洞較多，洞內(nèi)以全充填軟塑狀黏性土及砂為主。根據(jù)該工程地質(zhì)情況，主要選用沖孔樁機(jī)進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，項目將面臨以下安全問題。（1）不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)安全問題。既有橋梁拼寬施工時，由于新老樁基礎(chǔ)相距較近，在新建拼寬橋梁樁基礎(chǔ)施工時，既有橋梁樁端基礎(chǔ)持力層、樁側(cè)原狀土層將被擾動破壞，容易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致既有橋梁結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力增大，隨著沉降的加深，附加應(yīng)力值將沿著開口向上的拋物線增加，其結(jié)構(gòu)安全不容忽視。（2）巖溶區(qū)樁基事故引起的結(jié)構(gòu)安全問題。巖溶地區(qū)不管是外在動力因素或者人為因素的影響下均容易出現(xiàn)各種不可預(yù)見隱患；同時，若新建橋梁結(jié)構(gòu)采用摩擦樁時，按設(shè)計規(guī)范新建橋梁樁長應(yīng)比舊橋樁長長，容易觸及更深層的溶洞。一旦打穿溶洞頂層硬殼，瞬間破壞舊橋樁基側(cè)邊土層、持力層的完整結(jié)構(gòu)，極易造成舊橋原有樁基的側(cè)移或坍塌，危害性較大。

根據(jù)項目特點，拼寬橋位置地質(zhì)條件較復(fù)雜，存在較多特大型、串珠式樁基溶洞，而目前國內(nèi)對此領(lǐng)域的研究還比較零散，不足以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。樁基施工溶洞處理的成功與否關(guān)系到整個工程能否按期完成、工程質(zhì)量能否得到保證，在施工前須做好安全防患措施，溶洞地區(qū)尤其拼寬橋梁鉆孔灌注樁施工是該項目的重點和難點工程。

2 串珠式溶洞地質(zhì)條件下拼寬橋樁基施工措施

2.1 單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)法與高壓旋噴樁帷幕法相結(jié)合

特大、串珠式樁基溶洞處理常規(guī)技術(shù)包括泥漿護(hù)壁、片石黏土回填、回填素混凝土、壓力注漿、水泥攪拌樁帷幕、高壓旋噴樁帷幕、鋼護(hù)筒保護(hù)（跟進(jìn)法）。這些技術(shù)單獨(dú)使用時均具有很大的局限性，故采用單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工與高壓旋噴樁帷幕相結(jié)合的方法，處理拼寬橋特大型、串珠式樁基溶洞。

考慮到特大型、串珠式多層溶洞的復(fù)雜性，一般常規(guī)性的方法沒有考慮施工時間過長引起地基沉降及坍孔等事故對周邊建筑物的影響；采用多層鋼護(hù)筒的方法處理多層溶洞，樁基施工工期、安全、質(zhì)量等較有保障，但多層鋼護(hù)筒對浪費(fèi)較大，施工工藝煩瑣，不利于大規(guī)模推廣使用。在該項目新橋樁基施工前，在新舊橋之間打入一排高壓旋噴樁帷幕，將舊橋樁基及周邊土層、樁端持力層獨(dú)立隔離；在鋼護(hù)筒安裝過程中，充分發(fā)揮高壓旋噴樁作為預(yù)防性措施的特有優(yōu)勢，彌補(bǔ)單層鋼護(hù)筒施工時間過長、施工中存在安全隱患的不足，兩者結(jié)合使用可滿足拼寬橋特大型、串珠式樁基溶洞處理的安全、質(zhì)量要求。

在溶洞區(qū)域的拼寬橋施工前，逐樁超前地質(zhì)鉆探，針對地下溶洞情況，在新舊橋樁基之間合適位置設(shè)置一道高壓旋噴樁帷幕，然后采用鉆孔灌注樁的方式進(jìn)行新橋樁基施工，單層鋼護(hù)筒處理特大、串珠式樁基溶洞，使用垂直控制架嚴(yán)格控制樁孔垂直度，尤其注意刃腳部位的處理，施工全程對周邊建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)控。

2.2 單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工

多層鋼護(hù)筒在處理串珠式溶洞時較為常見，而采用單層鋼護(hù)筒（除開孔護(hù)筒外）處理特大型、串珠式多層溶洞，鋼護(hù)筒尺寸統(tǒng)一，更利于標(biāo)準(zhǔn)化制作及安裝，效率較高；避免造成多級鋼護(hù)筒產(chǎn)生的鋼材浪費(fèi)，也不需要頻繁更換鉆（沖）頭。采用單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工具有以下優(yōu)勢：（1）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法能提高樁基溶洞處理的安全系數(shù)，護(hù)筒一旦正常打入溶洞底板，可確保不坍孔，是處理（特）大型、串珠式樁基溶洞的有效方法；（2）鋼護(hù)筒能明顯提高新橋樁基鉆孔及成樁質(zhì)量，精確控制成樁樁徑，縮頸現(xiàn)象基本消失，成孔后灌注混凝土，可避免澆筑混凝土?xí)r的夾渣情況；（3）遇到多層串珠式溶洞，采用單層鋼護(hù)筒（除開孔護(hù)筒外）與多級鋼護(hù)筒相比，經(jīng)濟(jì)效益更高。

使用鉆（沖）孔樁機(jī)時，傳統(tǒng)多層鋼護(hù)筒每層直徑的計算公式如下：

式中：Di為第i層護(hù)筒直徑；D0為樁基直徑；n為護(hù)筒總層數(shù)；i為層數(shù)。

根據(jù)工藝要求，鋼護(hù)筒直徑總會比樁基直徑要大，護(hù)筒層級越多，則使用的鋼材越多；而采用單層鋼護(hù)筒，直徑為D=D0+15cm，直徑小且僅有一層，尺寸統(tǒng)一，更利于標(biāo)準(zhǔn)化制作及安裝，效率較高。多層及單層鋼護(hù)筒頂部標(biāo)高均在地面標(biāo)高以上，多層鋼護(hù)筒底部標(biāo)高在每一層溶洞底的持力層內(nèi)，而單層護(hù)筒直達(dá)最下層溶洞底持力層。多層鋼護(hù)筒長度的計算公式如下：

式中：Li為第i層護(hù)筒長度；H為頂部標(biāo)高；Hj為第j層溶洞底標(biāo)高。

多層鋼護(hù)筒理論上除最后一層外均能回收，但為了穩(wěn)定內(nèi)護(hù)筒以防偏位及加強(qiáng)護(hù)筒剛度，需要將內(nèi)外護(hù)筒之間空隙固結(jié)填充，外護(hù)筒難以拔出回收，造成鋼材的浪費(fèi)。由于內(nèi)外護(hù)筒的尺寸不一，使用的鉆（沖）頭直徑也隨之改變，施工中需要頻繁更換鉆（沖）頭，且內(nèi)外護(hù)筒固結(jié)填充等工藝必不可少，既增加了成本，也延長了工期。

2.3 垂直度控制架

鋼護(hù)筒分節(jié)定做，直徑為D0+0.15m，每節(jié)長度為8m。施工時，前節(jié)鋼護(hù)筒振入地層，吊機(jī)吊起下一節(jié)鋼護(hù)筒與前節(jié)焊接接上，使得單層鋼護(hù)筒成為一個整體。采用垂直度控制架配合控制鋼護(hù)筒垂直度偏差，有效提高其控制精度，避免斜孔現(xiàn)象。

由于溶洞區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，尤其頂（底）巖面不平整，沖孔鉆機(jī)施工難以保證樁孔垂直度及孔壁線形縱向順直、橫向圓滑；鋼護(hù)筒打設(shè)相當(dāng)于二次成孔，且鋼材不是松散材料，樁孔上部垂直度沒有控制好，將一直影響最底部，無法糾正，因此鋼護(hù)筒施工對垂直度要求較高。配合自制的垂直控制架，能及時發(fā)現(xiàn)及采取措施糾正斜孔現(xiàn)象，確保終孔時的垂直度滿足規(guī)范要求。

3 注意事項

3.1 逐樁鉆探（超前地質(zhì)鉆探）

由于設(shè)計階段地質(zhì)鉆探資料不可能太齊全，進(jìn)場后需要補(bǔ)充逐樁鉆探，一旦發(fā)現(xiàn)樁基下存在溶洞，需把每個地質(zhì)圖詳細(xì)記錄后歸類，以便于有針對性地采取不同的施工方案。

3.2 及時采取高壓旋噴樁保護(hù)

鋼護(hù)筒接長時間長，在樁錘進(jìn)入溶洞后，可能發(fā)生因鋼護(hù)筒接長跟進(jìn)不及時導(dǎo)致塌孔，需采取高壓旋噴樁對舊橋樁基進(jìn)行保護(hù)。該項目采用MGJ-50型旋噴樁機(jī)施工，高壓旋噴樁樁徑為500mm，樁長根據(jù)舊橋樁長、入巖深度、持力層厚度等選取。

3.3 單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)處理溶洞

除開孔護(hù)筒外，采用單層鋼護(hù)筒處理溶洞，采用厚度為1.2cm的鋼板卷制加工；護(hù)筒總長度為Hi+0.5m，Hi為設(shè)計樁長范圍內(nèi)最底層溶洞底板巖層（鋼護(hù)筒可入巖層區(qū)域）至地面高度；護(hù)筒內(nèi)徑為D0+15cm，D0為樁徑，單節(jié)護(hù)筒長度為8m，接長時需滿焊，并注意確保垂直度符合要求。

4 結(jié)束語

樁基溶洞處理期間，項目部針對巖溶樁基施工難點，從施工班組優(yōu)選開始，組織技術(shù)力量及資源調(diào)查分析溶洞情況，擬訂方案，在施工過程中嚴(yán)控溶洞處理關(guān)鍵工藝，樁基鉆孔、終孔等確立樁基標(biāo)準(zhǔn)施工流程，使得整體樁基質(zhì)量較好。其中使用高壓旋噴樁帷幕+單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工處理的樁基均為一類樁。在拼寬橋溶洞處理期間，未發(fā)生影響舊橋通車的樁基施工事故；舊橋橋墩未現(xiàn)肉眼可見裂縫；根據(jù)樁基施工沉降觀測數(shù)據(jù)，舊橋相鄰兩根立柱的沉降差最大不超過10mm。該項目經(jīng)過精心組織部署，精細(xì)化施工管理，成功處理了拼寬橋特大型、串珠式樁基溶洞，有效解決了拼寬橋梁樁基溶洞處理的施工難題，可為今后同類型工程提供參考。