陳小杰

（深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東 深圳 518034）

碳酸鹽溶洞在華南地區(qū)廣泛分布，廣東省則主要分布在粵北。在粵北地區(qū)修建公路，遇到巖溶地基是不可避免的。本文以穿越巖溶地區(qū)的公路特大橋樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工為例，對(duì)巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行探討。

1 工程概況

此特大橋位于廣東省西北部地區(qū)，全長(zhǎng)1 094.5m。橋臺(tái)采用U型臺(tái)、樁柱式臺(tái)，樁基礎(chǔ)；橋墩采用Y型墩，承臺(tái)及樁基礎(chǔ)。全橋共有93根樁，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料分析，溶洞樁基約占21%，均為橋墩樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)要求嵌入中風(fēng)化白云灰質(zhì)巖。橋址所處地質(zhì)巖溶發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞以無(wú)充填物為主。據(jù)勘察報(bào)告，地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

2 設(shè)計(jì)概況

此特大橋處地質(zhì)從上往下大致為：人工填石，粘土，紅粘土，中風(fēng)化白云灰質(zhì)巖（局部段含溶洞）。樁基設(shè)計(jì)如下。

2.1 施工圖設(shè)計(jì)階段，均按嵌巖樁設(shè)計(jì)，以中風(fēng)化白云灰質(zhì)巖為持力層，入巖不小于4.5m，且樁底持力層厚度不小于5.0m。如施工過(guò)程中出現(xiàn)不能滿(mǎn)足嵌巖樁設(shè)計(jì)條件時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。

2.2 對(duì)樁位下較深范圍內(nèi)，有密集型溶洞和完整巖性埋置較深的情況，或者溶洞分布較淺、頂板較薄無(wú)法滿(mǎn)足嵌巖樁要求時(shí)，可考慮采用摩擦樁，并應(yīng)考慮基礎(chǔ)的不均勻沉降。當(dāng)樁穿過(guò)溶洞巖層時(shí)，不應(yīng)考慮巖溶層對(duì)樁側(cè)起摩阻作用，僅將這種摩阻作用視作安全儲(chǔ)備。

2.3 巖溶地區(qū)的巖石裂隙發(fā)育，賦存豐富的裂隙水和巖溶水，樁基施工可能會(huì)出現(xiàn)滲水、漏漿，樁底沉淀土難以清除，在摩擦樁設(shè)計(jì)中應(yīng)不計(jì)樁尖抗力的作用，以策安全。

2.4 人工填石層為現(xiàn)狀道路路基，固結(jié)時(shí)間已超過(guò)10年，考慮其對(duì)樁側(cè)起摩阻作用；當(dāng)中風(fēng)化白云灰質(zhì)巖為夾層且厚度小于1m時(shí)，不考慮其對(duì)樁側(cè)起摩阻作用。

2.5 因地質(zhì)情況復(fù)雜，樁基施工前，在各墩、臺(tái)處進(jìn)行地質(zhì)超前鉆，并根據(jù)地質(zhì)情況，對(duì)各樁基進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 施工方案

根據(jù)詳勘地質(zhì)鉆探資料，結(jié)合樁基設(shè)計(jì)要求，0～10#、38#墩（臺(tái)）采用人工挖孔。 11～37#墩（臺(tái)）采用人工挖孔，當(dāng)遇豐富地下水、不穩(wěn)定巖層或中風(fēng)化白云灰質(zhì)巖等時(shí)，再采用回填沖擊成孔。

由于橋址所處地質(zhì)巖溶發(fā)育，各工點(diǎn)情況不盡相同，溶洞無(wú)充填物，以致鉆孔施工過(guò)程中易出現(xiàn)塌孔、卡鉆、漏漿等事故，增加了施工難度，所以施工時(shí)必須熟知各工點(diǎn)的具體情況，對(duì)施工方法進(jìn)行合適的選擇，以確保施工安全及質(zhì)量，保證工程順利進(jìn)行。

3.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔前將場(chǎng)地整平，清除雜物，更換軟土。場(chǎng)地表面壓實(shí)平整后橫向鋪設(shè)枕木，然后在枕木上鋪設(shè)廢舊鋼軌或型鋼，即構(gòu)成鉆機(jī)平臺(tái)。場(chǎng)地的大小要能滿(mǎn)足鉆機(jī)的放置、吊機(jī)站位及混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸?shù)葏f(xié)調(diào)工作的要求。如果墩位溶洞較復(fù)雜，泥漿池的尺寸盡可能大一些，以便滿(mǎn)足單根樁的泥漿量?jī)?chǔ)備。為應(yīng)對(duì)墩位溶洞可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況，應(yīng)在就近備好粘土、石塊、水泥，以便在漏漿時(shí)能及時(shí)回填，避免大面積坍塌的發(fā)生。研究橋址地質(zhì)情況，制定合理的開(kāi)孔順序，在開(kāi)工前進(jìn)行技術(shù)交底，提出相關(guān)技術(shù)措施以保證施工技術(shù)安全和工程質(zhì)量。

3.2 施工工藝

3.2.1 選擇鉆機(jī)

沖擊鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適用于各種巖層，鉆進(jìn)速度快，對(duì)偏孔的處理較容易；缺點(diǎn)是穿過(guò)溶洞時(shí)容易卡鉆，過(guò)黏土層容易糊鉆，對(duì)周邊建筑物和構(gòu)造物有輕微影響。綜合考慮，為方便對(duì)溶洞的處理，采用沖擊鉆機(jī)成孔。

3.2.2 埋設(shè)護(hù)筒

一般情況，護(hù)筒長(zhǎng)度采用2.0m即可。護(hù)筒頂要高出地面不小于30cm，護(hù)筒內(nèi)徑大于鉆孔直徑20cm，護(hù)筒頂面位置偏差不大于5cm，傾斜度不大于1%。當(dāng)出現(xiàn)塌孔時(shí)，采用全回填后重新開(kāi)孔處理時(shí)，護(hù)筒長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加長(zhǎng)，護(hù)筒外緣回填采用黏土，并保證密實(shí)。

3.2.3 樁基成孔

人工挖孔時(shí)，應(yīng)控制樁孔中心點(diǎn)的偏位，按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范規(guī)程并結(jié)合該工程的實(shí)際情況采取有效的安全措施，確保樁基施工安全有序進(jìn)行。

沖擊鉆孔時(shí)，開(kāi)鉆時(shí)先在孔內(nèi)灌注泥漿，泥漿相對(duì)密度等指標(biāo)根據(jù)土層情況而定。施工時(shí)應(yīng)采用小沖程，鉆進(jìn)深度大于鉆頭全高加沖程后，方可進(jìn)行正常沖擊，沖程以2.0～3.0m為宜。 在下列情況時(shí)，宜采用2.0m以下的中低沖程：

a）在斜面開(kāi)孔和在護(hù)筒內(nèi)、在護(hù)筒刃腳以下3.0m范圍內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)；

b）在停鉆后重新開(kāi)鉆時(shí)；c）當(dāng)遇到局部溶洞時(shí)；

d）在處理其他特殊情況時(shí)。

由于巖溶地區(qū)地層情況復(fù)雜，鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)不同情況采用不同的施工方法，以使鉆孔質(zhì)量滿(mǎn)足相關(guān)要求。

3.2.3.1 軟弱層或砂層中施工時(shí)，應(yīng)投粘土并摻適量小片石，采用小沖程沖擊，將粘土和小片石擠進(jìn)孔壁。遇流砂現(xiàn)象時(shí)，采用小沖程，宜增大泥漿比重，增大孔內(nèi)壓力。

3.2.3.2 在溶洞中施工時(shí)，由于溶洞不整齊，頂、底板犬牙交錯(cuò)、高低不平，因此必須采取相應(yīng)措施。鉆進(jìn)接近頂板時(shí)，應(yīng)采用小沖程。空洞內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，就分層面填粘土坯和石塊，經(jīng)反復(fù)沖砸形成泥壁，堵塞原洞內(nèi)填充物的活動(dòng)通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。鉆頭在洞內(nèi)沖擊高低不平的巖面時(shí)，易造成卡鉆或斜孔事故。糾偏方法為，拋填片石和黏土坯或用低沖程打密，反復(fù)循環(huán)，保證沖孔質(zhì)量。

3.2.3.3 對(duì)于特大型溶洞，采用護(hù)筒隔離上部松軟地層的方法。打入巖面的鋼護(hù)筒刃腳只有一點(diǎn)或幾點(diǎn)接觸巖面，在護(hù)筒刃腳下，用10～15cm邊長(zhǎng)的片石和黏土，以低沖程反復(fù)沖砸，擠壓泥石堵塞溶洞，形成堅(jiān)實(shí)的泥石壁，保證施工過(guò)程不坍不漏。鋼護(hù)筒準(zhǔn)備通過(guò)溶洞時(shí)，先用鉆頭沖擊若干次后再將鋼護(hù)筒打至下一層的巖面。

3.2.4 樁基清孔

第一次清孔，在鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，鉆機(jī)停止鉆進(jìn)，將新漿壓入孔內(nèi)，把鉆孔內(nèi)懸浮較多鉆渣的泥漿置換出孔外。一般以孔口返漿比重在1.1左右（手觸泥漿無(wú)明顯的顆粒感覺(jué)），另外孔底沉渣量測(cè)定以小于5cm為控制標(biāo)準(zhǔn)。待安放鋼筋及導(dǎo)管就緒后，再進(jìn)行第二次清孔，用泵將泥漿壓入孔內(nèi)置換沉渣，復(fù)測(cè)沉渣厚度應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2.5 鋼筋籠制作、安裝

鋼筋籠在岸上集中分節(jié)預(yù)制，設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)，確保鋼筋骨架的幾何尺寸和綁扎質(zhì)量。為保證在運(yùn)輸過(guò)程中不變形，鋼筋籠內(nèi)用十字支撐加固。鋼筋籠用吊車(chē)吊入孔內(nèi)，在孔口對(duì)焊接長(zhǎng)，并保持上下節(jié)在一條軸線上。鋼筋籠下到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用懸掛器將其與護(hù)筒或平臺(tái)連接牢固，防止鋼筋籠發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。

鋼筋籠安裝要認(rèn)真對(duì)中，保證樁壁混凝土保護(hù)屋的厚度及鋼筋籠標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.6 灌注水下混凝土

水下砼采用灌漿導(dǎo)管法灌注，導(dǎo)管在使用前要對(duì)其規(guī)格、質(zhì)量和拼接構(gòu)造進(jìn)行壓水試驗(yàn)。要求壓水試驗(yàn)時(shí)的壓力應(yīng)不小于灌注砼時(shí)導(dǎo)管可能承受的最大壓力。

灌注砼時(shí)，大灌漿斗裝滿(mǎn)足夠的混凝土，以保證導(dǎo)管埋深，從而保證水下砼的質(zhì)量。進(jìn)行水下砼的灌注時(shí)，導(dǎo)管接頭不得漏水或漏氣；提升導(dǎo)管時(shí)，不得有搖動(dòng)，要維持孔內(nèi)靜水狀態(tài)，起拔導(dǎo)管要保證導(dǎo)管底部埋深不少于2m，并不得大于6m，灌注完成后的鉆孔樁樁頂應(yīng)比設(shè)計(jì)高度至少高出50cm，以便清除樁頭浮漿砼后，保證截面處砼有良好的質(zhì)量。

3.2.7 樁基質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)所有鉆孔樁樁身混凝土進(jìn)行樁基無(wú)損檢測(cè)。按施工圖要求在鋼筋籠安裝時(shí)預(yù)埋聲測(cè)管，成樁后進(jìn)行超聲波透射法檢測(cè)。對(duì)不滿(mǎn)足要求的樁，采取鉆芯法檢測(cè)混凝土質(zhì)量。

3.3 施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及措施

3.3.1 鉆孔過(guò)程中發(fā)生漏漿

3.3.1.1 發(fā)生原因

在地面以下約20m段地質(zhì)情況正常，采用人工挖孔，當(dāng)接近軟弱層時(shí)，改為沖擊鉆孔。鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)漏漿。

3.3.1.2 措施

根據(jù)實(shí)際漏漿情況，及時(shí)對(duì)樁孔進(jìn)行粘土、石塊回填處理，再反復(fù)沖砸，最終解決了漏漿問(wèn)題。

3.3.2 鉆孔過(guò)程中發(fā)生卡鉆

3.3.2.1 發(fā)生原因

墩位處地質(zhì)情況復(fù)雜，有流砂層又有溶洞，加上地質(zhì)鉆施工過(guò)程不斷反復(fù)擾動(dòng)，施工中出現(xiàn)了卡鉆現(xiàn)象，分析原因主要是流砂層護(hù)壁不夠牢固，導(dǎo)致流砂層及以上部分巖層坍落造成卡鉆，或者是溶洞護(hù)壁不夠牢固，導(dǎo)致溶洞及以上部分巖層坍落造成卡鉆。

3.3.2.2 措施

根據(jù)實(shí)際卡鉆情況，采用工字鋼進(jìn)行沖擊清孔，或者采用小沖錘進(jìn)行沖擊清孔，最終解決了卡鉆問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)與施工較為復(fù)雜，處理不當(dāng)，會(huì)造成在施工中改移墩（臺(tái)）位或改變結(jié)構(gòu)形式，增加投資，影響工期。從該橋的順利實(shí)施可以看出，詳細(xì)的地質(zhì)勘探，科學(xué)選擇樁端持力層的位置及安全厚度，合適的穿過(guò)溶洞的施工處理方案，對(duì)確保橋梁樁基工程質(zhì)量、加快進(jìn)度、縮短工期及提高經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。所以，巖溶地區(qū)橋梁建設(shè)，應(yīng)根據(jù)巖溶發(fā)育和分布的規(guī)律，認(rèn)真勘測(cè)、綜合分析、精心組織設(shè)計(jì)與施工，并加強(qiáng)檢測(cè)，以確保橋梁安全。

[1]JTG TF50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]劉金波.建筑樁基技術(shù)規(guī)范理解與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[4]徐進(jìn)前，葉慧石.灰?guī)r巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)與施工[J].中南公路工程，2001，26（2）：49-51.