程文才

(廣珠鐵路有限責(zé)任公司，廣東廣州 510620)

1 工程概況

廣珠鐵路江村站～DK21+285段線路位于廣州市江高鎮(zhèn)及佛山市里水鎮(zhèn)，該區(qū)域?yàn)閹r溶發(fā)育地區(qū)，溶洞高度最大為61 m，屬于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大的區(qū)域。該區(qū)域的橋梁主要包括京廣上行改線特大橋(緊鄰京廣鐵路干線，橋全長(zhǎng)1 063 m)、廣清高速特大橋(從江高私企試驗(yàn)區(qū)穿過，橋全長(zhǎng)748 m)、白坭河特大橋(部分緊靠民居、工業(yè)廠房及佛山一環(huán)高速公路，橋全長(zhǎng)16 839 m)等幾座橋梁。該區(qū)域橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑根據(jù)不同情況分別采用1.0 m、1.25 m、1.5 m、2.5 m;樁長(zhǎng)由10.5～91.5 m 不等。

2 施工技術(shù)方案

2.1 巖溶基本情況及分析

從白坭河特大橋、廣清高速特大橋及京廣上行改線特大橋的地質(zhì)情況綜合分析，該區(qū)域地質(zhì)情況主要有如下特點(diǎn):

①地表覆蓋層靈敏度高，承載力低。地表覆蓋層上部為第四系沖洪積的軟土層，具流塑狀、高壓縮、高靈敏度、承載力低等特點(diǎn);中部為砂類土層，有不同程度的可液化性，部分砂層較厚;如廣清高速特大橋21號(hào)墩5號(hào)樁，上部覆蓋23.3 m厚的砂層，下部埋藏3層溶洞。

②巖溶發(fā)育，情況復(fù)雜?；鶐r多為灰?guī)r，基巖面起伏較大，巖溶發(fā)育，溶溝溶槽發(fā)育，溶洞大小不一，埋深差異較大，部分呈串珠狀發(fā)育，分為充填、半充填或未充填的溶洞，且溶腔頂板很薄。例如白坭河特大橋5號(hào)墩，共8根樁，鉆探顯示均有溶洞，其中6根溶洞深度在50 m及以上，5號(hào)樁的溶洞高度更高達(dá)61 m。

③地下水發(fā)育，巖溶水分布復(fù)雜。地下水類型主要為孔隙潛水及基巖巖溶水，地下水埋深多為1～5 m，受潮汛影響，地下水位晨夕變化較大，水頭差2～3 m左右。下部巖溶水分布復(fù)雜，可溶巖埋藏較深(一般大于20 m)，巖溶發(fā)育極不均勻，補(bǔ)給邊界復(fù)雜，與上部孔隙潛水的水力聯(lián)系較復(fù)雜。

根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)情況特點(diǎn)分析，橋梁樁基施工過程中，在溶洞的部位易產(chǎn)生漏漿、偏錘等現(xiàn)象，溶洞頂板被擊穿后，在上部孔隙潛水與下部巖溶水間水頭差的作用下，鉆孔樁附近地下水位會(huì)發(fā)生變化，上部砂層極易在短時(shí)間內(nèi)漏失到溶腔內(nèi)，并在上部覆蓋層內(nèi)形成土洞，引發(fā)樁孔附近地表塌陷。當(dāng)樁孔附近地下水位發(fā)生較大變化時(shí)，因地下巖溶及部分地段土洞發(fā)育，當(dāng)溶洞之間連通性好時(shí)在地下水降落漏斗影響半徑范圍內(nèi)的周邊地表極易引發(fā)塌陷，危及地表建筑物及構(gòu)筑物安全。

該段地質(zhì)情況復(fù)雜，周邊建筑物及構(gòu)筑物對(duì)地層穩(wěn)定敏感，社會(huì)關(guān)注程度高，因此該區(qū)段橋梁樁基礎(chǔ)的施工方案必須進(jìn)行充分研究，根據(jù)地質(zhì)鉆探揭示的地質(zhì)情況，制訂有針對(duì)性的施工方案，并在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，隨時(shí)修訂施工方案，防止各類安全、質(zhì)量事故的發(fā)生。

2.2 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)方案

橋梁鉆孔樁施工設(shè)備主要有沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)及套管鉆機(jī)。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，綜合分析地質(zhì)情況，該區(qū)域橋梁墩臺(tái)鉆孔樁基礎(chǔ)均采用沖擊鉆機(jī)成孔。主要樁基礎(chǔ)施工技術(shù)方案如下。

(1)厚覆砂層處理:對(duì)表層為較厚的松散或稍松的粉砂層和淤泥層，且承載力小于等于100 kPa的地層(承載力根據(jù)地質(zhì)資料確認(rèn))，施工時(shí)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，承臺(tái)以下長(zhǎng)度不大于8 m，當(dāng)其厚度小于8 m，穿過即可。

(2)溶洞處理:遇有溶洞且洞內(nèi)有填充物時(shí)，對(duì)溶洞采取提前注漿處理以固結(jié)填充物;遇有溶洞且洞內(nèi)無填充物時(shí)，當(dāng)溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞為串聯(lián)溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，對(duì)溶洞采取回填片石夾黏土處理;遇有溶洞且洞內(nèi)無填充物時(shí)，當(dāng)溶洞高度大于2 m，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底部。

(3)鄰近敏感點(diǎn)處理:距既有建筑物或距京廣線坡腳小于10 m的樁基礎(chǔ)施工時(shí)，采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿過砂層至不透水層;如巖層上為砂層，跟進(jìn)到巖面，如巖面以上為不透水的土層，只需穿過砂層進(jìn)入土層1 m即可。

(4)偏孔、斜孔處理:地質(zhì)資料顯示巖面起伏較大，施工容易產(chǎn)生偏孔、斜孔的樁，在沖孔過程中遇偏孔、斜孔時(shí)采用回填片石進(jìn)行修孔處理。

(5)鋼護(hù)筒壁厚:0～4 m時(shí)采用4 mm;4～6 m時(shí)采用6 mm;6～10 m時(shí)采用8 mm;10～20 m時(shí)采用10 mm;20～30 m時(shí)采用12 mm;30～40 m時(shí)采用14 mm;大于40 m時(shí)采用16 mm。鋼護(hù)筒直徑一般為樁徑+40 cm。

2.3 施工管理措施

(1)逐樁制訂施工方案，做到“一樁一圖一表一方案”。

開鉆前，詳細(xì)了解地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應(yīng)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)。對(duì)填充物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。依據(jù)上述分析的各樁地質(zhì)資料，編制詳細(xì)的地質(zhì)地層表，制訂各樁詳細(xì)的施工方案，包括相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施，確定詳細(xì)的施工工藝參數(shù)，做到“一樁一圖一表一方案”。

(2)加強(qiáng)隱患排查和測(cè)量監(jiān)控，堅(jiān)持信息化施工。

鉆孔樁施工過程中，堅(jiān)持信息化施工。制訂測(cè)量監(jiān)控專項(xiàng)方案，成立專門的監(jiān)控小組，設(shè)置高程控制觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)原地面、既有建筑物及鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)的高程測(cè)量控制，尤其是注漿加固施工過程中，加強(qiáng)地面觀測(cè)記錄(冒漿點(diǎn)位置、水平位移、地面變化等)，并及時(shí)分析測(cè)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析原因，采取相應(yīng)措施，避免危及地表建筑物及構(gòu)筑物安全。

鄰近50 m范圍內(nèi)涉及到的廠企，開鉆前及時(shí)通知，在施工過程中加強(qiáng)場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)和隱患排查，24 h值班，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并有效處理。

3 施工實(shí)施方案及應(yīng)用實(shí)例

3.1 穿過砂層直接嵌巖樁基礎(chǔ)施工

對(duì)表層為較厚的松散、稍松的粉砂層和淤泥層的樁基礎(chǔ)施工，鋼護(hù)筒跟進(jìn)長(zhǎng)度不小于4 m，不大于8 m;對(duì)未跟進(jìn)鋼護(hù)筒的砂層部分，采取優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，泥漿比重也適當(dāng)調(diào)高，并加強(qiáng)泥漿性能的檢測(cè)控制，及時(shí)調(diào)整泥漿比重，保持泥漿護(hù)壁穩(wěn)定。一般情況下，施工過程中泥漿比重為1.3～1.4，黏度23～28，含砂率3% ～5%;灌注樁基礎(chǔ)混凝土前進(jìn)行清孔，將各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)整至規(guī)范允許范圍。當(dāng)遇到裂隙或發(fā)生孔壁坍塌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)立即往孔內(nèi)補(bǔ)充漿液，并同時(shí)投入預(yù)先準(zhǔn)備的片石和黏土。

如廣清特大橋23號(hào)墩8號(hào)樁基礎(chǔ)穿越砂層后直接進(jìn)入巖層，開孔孔內(nèi)造漿實(shí)測(cè)泥漿比重1.4，黏度27，含砂率5%;沖進(jìn)過程中泥漿比重1.3～1.4，黏度25～27，含砂率約3.5%;灌注混凝土前進(jìn)行清孔，泥漿比重1.1，黏度20，含砂率1%。

3.2 穿過砂層和溶洞的樁基礎(chǔ)施工

穿過砂層和溶洞的樁基礎(chǔ)施工，穿過砂層的處理方案與3.1基本一致，對(duì)溶洞的處理主要采取以下三種方案。

(1)回填片石夾黏土方案及應(yīng)用實(shí)例

遇有溶洞且洞內(nèi)無填充物時(shí)，當(dāng)溶洞垂直高度在2 m以下或溶洞為串聯(lián)溶洞，且溶洞垂直高度都在2 m以下，對(duì)溶洞采取回填片石夾黏土處理;對(duì)溶洞高度大于2 m，但鋼護(hù)筒難以下沉至要求深度時(shí)，也可采用此方案。回填片石夾黏土分擊穿溶洞頂板前及擊穿溶洞頂板后兩種情況。

擊穿溶洞頂板前，當(dāng)沖孔至溶洞頂板約1 m時(shí)，回填高約2 m的片石夾黏土，采用小沖程的施工工藝進(jìn)行沖孔，目的是形成比較穩(wěn)固的孔壁，減少擊穿溶洞頂板后泥漿下降帶走的孔壁土體，保持孔壁的穩(wěn)定。

擊穿溶洞頂板后，孔內(nèi)泥漿面將突然下降，應(yīng)立即向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，同時(shí)回填片石夾黏土。回填高度視溶洞大小而不同，一般回填至溶洞以上5～10 m。回填穩(wěn)定后，采用小沖程繼續(xù)沖進(jìn)。由于溶洞的復(fù)雜性及不確定性，回填的次數(shù)也有很大差別，如廣清特大橋1－6號(hào)樁擊穿溶洞頂板后回填3次，而廣清特大橋21－5號(hào)樁則先后回填了9次方成孔。

廣清特大橋21－5號(hào)樁基礎(chǔ)共有3層溶洞，埋深分別為28.4 m、31.1 m、34.2 m，溶洞高度分別為1.6 m、1.0 m、6.8 m?，F(xiàn)場(chǎng)采用回填片石和黏土成孔法施工，先后回填9次，共回填片石及黏土113 m3。

(2)壓力注漿方案及應(yīng)用實(shí)例

遇有溶洞且洞內(nèi)有填充物時(shí)，對(duì)溶洞采取提前注漿處理以固結(jié)填充物;根據(jù)地質(zhì)鉆探資料揭示溶洞裂隙較多，在樁基礎(chǔ)施工可能發(fā)生嚴(yán)重漏漿或塌陷的也應(yīng)采取壓力注漿進(jìn)行預(yù)處理。

壓力注漿一般在樁基礎(chǔ)的周邊布設(shè)4個(gè)鉆孔進(jìn)行注漿，若溶洞較大，或根據(jù)地質(zhì)鉆探資料揭示溶洞分布范圍較廣，應(yīng)增加注漿孔的數(shù)量和擴(kuò)大注漿預(yù)處理的范圍。注漿水泥漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，注漿壓力一般控制在0.3～0.5 MPa之間。當(dāng)注漿孔距離既有建筑物較近時(shí)，水泥漿中添加5%左右的水玻璃(并可適當(dāng)加大水泥漿中水玻璃的摻量)，注漿壓力按0.3 MPa控制，以降低注漿對(duì)建筑物基礎(chǔ)的壓力。在注漿過程中，如遇較大空洞或巖溶強(qiáng)烈發(fā)育時(shí)，可在水泥漿中摻入砂和粉煤灰等。

白坭河特大橋68號(hào)墩坐落在排洪槽中，地質(zhì)鉆探資料顯示溶洞高度在0.2～3.95 m之間，溶洞裂隙分布較廣。由于對(duì)此墩地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)不足，剛開始進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)，未進(jìn)行注漿預(yù)處理即直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)鉆進(jìn)施工，導(dǎo)致出現(xiàn)3次比較嚴(yán)重的坍孔，先后3個(gè)鉆孔皆不能成孔。后采用繡花管進(jìn)行注漿預(yù)處理，每個(gè)樁位周邊各布設(shè)4個(gè)注漿孔，孔徑80 mm，孔深達(dá)到最深溶洞的底部，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa之間，注漿使用水泥36 t。注漿預(yù)處理自2010年7月9日開始鉆孔，至7月27日注漿結(jié)束，8月4重新開孔鉆進(jìn)，至11月15日8根樁皆順利成樁。

(3)鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案及應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)表明，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理溶洞，能取得較好效果。對(duì)于溶洞高度大于2 m且洞內(nèi)無填充物時(shí)，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底部的方案。

鋼護(hù)筒采用鋼板卷制，鋼板厚度根據(jù)跟進(jìn)深度確定，鋼護(hù)筒內(nèi)徑比樁設(shè)計(jì)直徑大30～40 cm，一般采用打樁機(jī)或振動(dòng)錘(功率一般60 kW或90 kW，二級(jí)跟進(jìn)一般采用180 kW)下沉鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒理想打入深度應(yīng)下沉至巖層。當(dāng)覆蓋層較厚，摩擦阻力過大，下沉有困難時(shí)，下沉至機(jī)械能打入的最大深度。樁機(jī)沖孔過程中可能會(huì)使得鋼護(hù)筒下陷，遇到此類情況應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)鋼護(hù)筒，直至護(hù)筒沉陷達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)多層溶洞，無法一次跟進(jìn)至最底層溶洞底部，可采用擴(kuò)孔后振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼護(hù)筒至溶洞底部，或跟進(jìn)多級(jí)鋼護(hù)筒至溶洞底部的處理方案。

白坭河特大橋40－9號(hào)樁樁徑2.5 m，樁長(zhǎng)73.24 m，地面高程3.19 m，共2層溶洞，高度分別為4.65 m和5.2 m，溶洞底高程分別為－44.3 m和－52.67 m，溶洞內(nèi)無填充物。施工中采用二級(jí)鋼護(hù)筒跟進(jìn)，壁厚1.6 cm，第一級(jí)鋼護(hù)筒直徑2.9 m，跟進(jìn)48 m;第二級(jí)鋼護(hù)筒直徑2.7 m，跟進(jìn)56 m。鋼護(hù)筒跟進(jìn)采用雙夾180 kW震動(dòng)錘(型號(hào)DZ180)施打。鋼護(hù)筒跟進(jìn)后于2009年3月30日重新開孔，至5月10日完成樁基混凝土灌注。

巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工過程中，對(duì)情況特別復(fù)雜的樁基礎(chǔ)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合采用以上方法進(jìn)行施工。如白坭河特大橋5號(hào)墩，地質(zhì)情況異常復(fù)雜，溶洞縱橫交錯(cuò)，最大溶洞高達(dá)61 m，在施工過程中漏漿、塌孔等情況經(jīng)常出現(xiàn)，在實(shí)際施工中綜合采用了壓力注漿、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、回填片石夾黏土等方案。

4 施工注意事項(xiàng)

(1)加強(qiáng)施工前對(duì)溶洞及墩周邊地基的預(yù)處理。主要包括壓漿、回填灌砂并壓力注漿固結(jié)、填充混凝土等措施。

(2)杜絕抽水，保持樁孔內(nèi)泥漿水頭不變。除施工單位不能抽取地下水作為施工用水外，同時(shí)要求各鄰近建筑物的權(quán)屬單位在施工期間停止抽水，減少水頭變化對(duì)巖溶的擾動(dòng)。當(dāng)孔樁內(nèi)泥漿流失時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充水頭，保持鉆孔樁泥漿水頭穩(wěn)定。

(3)根據(jù)不同地質(zhì)情況，控制好施工過程中的沖程。開孔前，用0.5 m低錘快打，保持泥漿黏度;黏土層中，采用0.5～1 m沖程，同時(shí)經(jīng)常清理鉆頭上的泥塊;砂土層，采用0.5～1 m沖程，并需拋黏土塊;砂卵層中，采用1～2 m沖程，鉆孔時(shí)需勤掏渣;基巖中，采用1.5～2.5 m的較高沖程。

鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)作業(yè)，各作業(yè)班組應(yīng)詳細(xì)作好鉆孔記錄，并每鉆進(jìn)1 m和地質(zhì)變化處留取1組鉆碴樣本，如發(fā)現(xiàn)鉆碴取樣與地質(zhì)資料明顯不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系監(jiān)理工程師及設(shè)計(jì)單位研究處理。

(4)施工前，對(duì)距離建筑物較近的墩位側(cè)的地基采取必要的防護(hù)措施，減少對(duì)地下水的擾動(dòng)，保持地層穩(wěn)定。施工過程中，加強(qiáng)對(duì)地下水位和鄰近建筑物及構(gòu)筑物變形的觀測(cè)。

5 結(jié)束語

目前，該巖溶區(qū)域的橋梁已全部施工完畢，施工過程中未發(fā)生危及既有鐵路運(yùn)營安全及周邊群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的情況，滿足了廣珠鐵路的工期要求，收到了良好的效果。從施工過程積累的經(jīng)驗(yàn)看來，各種處理方案要根據(jù)不同的巖溶類型、巖溶發(fā)育程度、地下水和巖溶水的特點(diǎn)，以及現(xiàn)場(chǎng)施工過程中出現(xiàn)的具體情況靈活應(yīng)用，方能收到安全、快速、優(yōu)質(zhì)的最佳效果。

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