鄒代峰

(中鐵十八局集團(tuán) 第六工程有限公司，天津 300222)

老屋楊特大橋全長(zhǎng)1 517．76 m，橋跨結(jié)構(gòu)為46 ～32 m 的后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁。橋臺(tái)采用12 根Φ1．0 m 鉆孔樁，15#～21#、24#～45#橋墩基礎(chǔ)采用8 根 Φ1．25 m 鉆孔樁，3#～14#、22#～23#橋墩基礎(chǔ)采用9根Φ1．0 m 鉆孔樁，其余各墩基礎(chǔ)采用8 根Φ1．0 m 鉆孔樁。本橋20#、21#墩按摩擦樁設(shè)計(jì)，其余均按柱樁設(shè)計(jì)，全橋共計(jì)398 根樁基，樁長(zhǎng)從13 ～62 m。橋址區(qū)位于武漢市江夏區(qū)境內(nèi)，屬典型的石灰?guī)r地質(zhì)區(qū)域，巖溶發(fā)育、豐富、溶洞分布范圍廣且復(fù)雜。

1 工程地質(zhì)情況

鉆探資料中表明，老屋楊特大橋鉆孔巖溶可見率達(dá)95%以上，溶洞范圍廣、深度大，存在單層、多層溶洞，最多有9 層之多，大部分樁基為糖葫蘆串式溶洞，普通深度為1 ～8 m，最深溶洞達(dá)26．3 m，溶洞多數(shù)全充填物，少數(shù)半充填，充填物多為軟-流塑狀粘性土，部分夾灰?guī)r碎塊。溶洞分布廣、同一墩臺(tái)溶洞間連通性較好，其儲(chǔ)水空間較大、巖面溶蝕強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育程度屬?gòu)?qiáng)烈發(fā)育級(jí)別。

2 施工準(zhǔn)備

(1)施工前的預(yù)案。巖溶地層的巖面及各層溶洞的頂蓋和底板高低不平，相差懸殊，溶洞有被充填的，也有空的，施工常常會(huì)發(fā)生泥漿急劇損失、坍孔、卡鉆、埋鉆、偏孔等現(xiàn)象。如在施鉆過(guò)程中措施不力成樁十分困難，為確保鉆孔時(shí)順利通過(guò)溶洞，樁基施工前要編制溶洞地質(zhì)專項(xiàng)施工預(yù)案，根據(jù)鉆探提供的地質(zhì)柱狀圖，向每位操作手及現(xiàn)場(chǎng)管理人員交底，使其熟悉樁位上溶洞的分布情況、溶洞頂板厚度、溶洞的大小及填充物性質(zhì)，有針對(duì)性的采用相應(yīng)施工方案。

(2)鉆具的選擇。因?yàn)楸緲驗(yàn)閹r溶發(fā)育區(qū)且灰?guī)r厚度厚，所以全部選用沖擊鉆機(jī)。鉆進(jìn)時(shí)，沖能控制在2 ～6 t·m 之間。因?yàn)闆_能過(guò)小對(duì)孔壁裂隙和孔壁周邊的溶洞槽擠壓能力小，孔壁不夠密實(shí)易于滲漏，同時(shí)破碎能力小，進(jìn)尺慢。但沖能過(guò)大通過(guò)頂板速度快，易于卡鉆，同時(shí)所成孔徑較設(shè)計(jì)大得多。

(3)鉆孔順序。由于巖溶形態(tài)復(fù)雜，溶溝、溶槽、溶洞相互連通，對(duì)開墩開孔順序十分講究，根據(jù)巖溶裂隙走向，溶洞的大小、多少、巖面的高低等地質(zhì)條件，仿圍棋投子的方法，先按排長(zhǎng)樁，溶洞密集處的樁施工，逐步進(jìn)行。樁與樁之間的施工順序應(yīng)十分注意，鉆孔時(shí)應(yīng)做到:先外后內(nèi)、先小溶洞后大溶洞、先長(zhǎng)樁后短樁、樁位之間交叉開孔。步步包圍、隔開和封閉溶洞的原則。

(4)超前地質(zhì)鉆孔。33#墩原設(shè)計(jì)鉆探孔為2 個(gè)，其中1#樁位的鉆探孔中還遺留了鉆桿和鉆頭，在施工時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)困難，后經(jīng)設(shè)計(jì)變更了樁位。為了摸清地質(zhì)情況，勘探單位對(duì)全橋47 個(gè)墩臺(tái)采取逐樁鉆探，并繪制出整個(gè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)剖面圖，判斷溶洞走向、裂隙發(fā)育情況，掌握準(zhǔn)確的場(chǎng)地工地地質(zhì)情況。同時(shí)每個(gè)孔要鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下5 m，確保樁底巖板厚度。

3 施工技術(shù)措施

3．1 高度小于1 m 發(fā)育面積小的溶洞

這種溶洞處理非常方便，在開鉆前準(zhǔn)備20 m3左右的粘土袋及部分小于25 cm 的片石。在鉆孔距溶洞頂板1 m 后利用0．5 m 左右的沖程鉆進(jìn)且制備20 m3左右比重為1．3 ～1．4 的泥漿，如擊穿溶洞后泥漿損失，可一邊補(bǔ)漿一邊投擲粘土袋及片石，然后鉆機(jī)小沖程沖擊，直至不再漏漿為止。在鉆進(jìn)過(guò)程中，保持泥漿合適的稠度(泥漿粘度以25 Pa·s 左右為宜)，使泥漿充滿溶洞后再鉆進(jìn)。本橋目前約有200 個(gè)小溶洞，按此方法施工順利通過(guò)，典型的比如:7#墩9#孔、9#墩2#孔、9#墩5#孔、19#墩6#孔、22#墩6#孔、22#墩7#孔、25#墩1#、4#及7#孔，并且成樁順利，樁基檢測(cè)均為Ⅰ類樁。

3．2 高度在1 ～4 m 且發(fā)育較大的溶洞

這種溶洞處理較為麻煩，因?yàn)樵谌芏磽舸┖?，泥漿突然下降可達(dá)10 m 之多，所以在此類樁基施鉆前，護(hù)筒埋深必須超過(guò)易坍塌地層(特別是流沙層及砂卵層)1 m 以上，如地質(zhì)為硬塑狀粘土層，護(hù)筒埋深在4 m 左右即可。在距溶洞頂板1 m 左右時(shí)，要制備大量比重為1．4 的泥漿、粘土袋、15 ～25 cm 片石、兩臺(tái)以上的泥漿泵、挖機(jī)、翻斗車等，且要有隨時(shí)制造泥漿的能力，在擊穿溶洞后，立即補(bǔ)漿及投擲片石加粘土(按1∶ 1 體積比)回填反復(fù)沖擊直到形成泥石護(hù)壁、不再漏漿為止。但機(jī)具及人員不得離開，待順利穿過(guò)溶洞后再調(diào)走。但此類溶洞如果和周邊暗河連通往往在穿過(guò)后，沖擊過(guò)程中泥漿還會(huì)損失，大約每分鐘下降0．5 m 左右，如有這種現(xiàn)象，補(bǔ)漿不能停止，同時(shí)灌注低標(biāo)號(hào)水下砼且高出溶洞頂板1 m 左右，讓砼填充后堵住周邊裂縫。3 ～4 d 后繼續(xù)鉆進(jìn)即可，這種方法在本橋10#墩1#孔、11#墩5 號(hào)孔得以成功應(yīng)用，且大大的減小了擴(kuò)孔難度。且比鋼護(hù)筒跟進(jìn)方法節(jié)約時(shí)間，既經(jīng)濟(jì)又便捷。

3．3 高度大于4 m 的溶洞

本橋高度大于4 m 的溶洞很多，處理的最好辦法應(yīng)該是護(hù)筒跟進(jìn)，如溶洞是多層，還需采用雙護(hù)筒甚至三護(hù)筒、四護(hù)筒跟進(jìn)，該辦法程序繁瑣、工期長(zhǎng)、難度大、費(fèi)用高，加上場(chǎng)地狹窄，本橋僅在少數(shù)樁位使用過(guò)，而且效果不好，有興趣同志可參考其它資料。本橋旱地區(qū)大溶洞，如填充物為流塑狀填充物時(shí)，先采用雙液注漿固結(jié)填充物，根據(jù)全橋巖溶發(fā)育情況，確定需要壓漿處理的孔位，提早安排壓漿鉆孔，在壓漿鉆孔的過(guò)程中，做好記錄，并進(jìn)一步核實(shí)溶洞情況，為后續(xù)開鉆提供依據(jù);本橋45 個(gè)墩均采用鉆孔壓漿后再開鉆，特別是大溶洞力求注漿越多越好。但也出現(xiàn)了離樁位上百米的地方冒漿情況，此時(shí)需采取間歇注漿法，保證注漿效果。

在穿越填充物為流塑狀的大尺寸溶洞時(shí)，有出現(xiàn)因注漿效果不理想的情況，處理方案為:鉆孔至溶洞底板后，不用清孔，用導(dǎo)管伸到溶洞底部，灌注水下砼，高度高出溶洞頂0．5 m 左右，待砼達(dá)到7 d 強(qiáng)度后，重新鉆進(jìn)。上述方法在該橋38#墩2#孔、41#墩1#孔的鉆進(jìn)過(guò)程中得以成功應(yīng)用。

3．4 裂隙漏漿處理

在該橋橋址區(qū)，不但巖溶大量存在，而且裂隙也非常發(fā)育，所以分清裂隙及溶洞非常重要，為了填滿裂隙，可以就地倒入碎石和粘土，同時(shí)及時(shí)補(bǔ)漿，直到漏漿被堵住，后重新沖孔，這種方法9#墩3#孔、23#墩10#孔得到成功應(yīng)用。如漏漿特別嚴(yán)重、速度快，在倒入鉆渣的同時(shí)加入水泥，比例為1∶ 0．2，由于裂隙大且連續(xù)，加入水泥后有凝固作業(yè)，這種方法在10#墩1#孔中得以成功應(yīng)用。

4 特殊工程難題及注意事項(xiàng)

4．1 巖溶區(qū)斜面或遇孤石施工方案

4．1．1 回填粘土片石法

施工方案同3．2。

4．1．2 回填混凝土法

當(dāng)斜面傾斜嚴(yán)重或樁位置于溶洞邊緣用回填片石法無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，可考慮采用清孔后灌注高標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行處理，一般采用不低于C30 的水下混凝土(摻早強(qiáng)劑)，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，與基巖形成整體后，再進(jìn)行鉆進(jìn)如條件具備，可在澆筑水下砼時(shí)往孔中扔一些廢鋼筋頭，加大填充物強(qiáng)度。33 墩3#樁用了近20 t 鋼筋頭才糾完偏。

4．2．3 潛孔鉆引孔法

當(dāng)樁基所處巖層巖石抗壓強(qiáng)度高或者存在斜巖時(shí)，在沖擊鉆孔效率明顯降低或采取其它方式處理不成功時(shí)，可以利用潛孔鉆對(duì)鉆孔樁位進(jìn)行預(yù)鉆，將巖石打成“蜂窩煤狀”已達(dá)到破壞樁位巖石整體性的目的，然后利用沖擊鉆對(duì)破碎的巖石進(jìn)行沖擊，從而大幅度提高沖擊鉆成孔的施工效率。如33#墩6#樁與7#樁樁位僅差1．5 m，但巖面高差達(dá)9．35 m。先采用砼回填法，將孔內(nèi)傾斜巖面找平后，再采用潛孔鉆，在孔內(nèi)鉆5 個(gè)Φ140 mm 的孔，呈梅花布置，潛孔鉆型號(hào)為SL400，英格索蘭XHP1070 移動(dòng)空氣壓縮機(jī)配套。當(dāng)潛孔鉆機(jī)穿越溶洞時(shí)需采用小沖程、低轉(zhuǎn)速的鉆孔方法，防止由于巖石特性突變引起的預(yù)鉆孔偏斜而影響預(yù)鉆效果，鉆孔過(guò)程中定時(shí)檢查鉆桿的傾斜度，確保鉆桿垂直，保證預(yù)鉆孔的施工質(zhì)量。該方法在31#～40#墩位使用效果非常好。

4．1．4 深孔水壓爆破法

由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，沒(méi)有采用此方案，有興趣的同志可查閱相關(guān)資料。

4．2 穿越大溶洞頂板時(shí)卡鉆，掉鉆問(wèn)題

在施鉆過(guò)程中由于施工不當(dāng)，在穿越頂板厚度時(shí)經(jīng)常發(fā)生卡鉆頭，根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，當(dāng)樁位進(jìn)尺接近溶洞頂板進(jìn)入溶洞前，在已成孔段內(nèi)回填粘土和片石，高度1 ～2 m，同時(shí)減小沖程，有條件可配合小鉆頭先破頂板，然后再用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭擴(kuò)孔成樁。如孔內(nèi)水位急劇下降時(shí)，應(yīng)立即向孔內(nèi)補(bǔ)充水泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度，將鉆頭提起，然后投放黏土、碎石、片石，采用小沖程沖擊，每循環(huán)進(jìn)尺5 ～10 cm ，待填充物完全擠入溶洞內(nèi)后，再加大沖程造孔。這個(gè)辦法效果明顯，能起到緩沖作用，大大減少了因一錘擊穿頂板，造成卡鉆和因失漿過(guò)急造成埋鉆的現(xiàn)象發(fā)生。有利于施鉆的順利進(jìn)行。

4．3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案問(wèn)題

護(hù)筒跟進(jìn)施工工序多，配合設(shè)備多，進(jìn)度慢成本高，加上場(chǎng)地狹小，本橋僅在少數(shù)樁位使用過(guò)，而且效果不好，有興趣同志可參考其它資料。

4．4 糖葫蘆串式溶洞

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示，老屋楊特大橋樁位存在4 層以上糖葫蘆串式溶洞的樁基不少，溶洞內(nèi)為軟泥流質(zhì)填充物，給鉆機(jī)施工帶來(lái)極大困難，經(jīng)綜合分析和經(jīng)濟(jì)比較，最后采取帷幕施工法:在樁孔直徑以外50 cm 四周均勻布置注漿孔，直徑110 mm，數(shù)量為8 ～10 個(gè)，深度穿過(guò)溶洞，然后用注漿泵靜壓注漿，水泥漿配合比為水∶ 水泥=0．6∶ 1，注漿壓力控制在0．8 MPa 左右，目的是使?jié){液滲透到填充物中，使其固結(jié)，在樁孔四周形成穩(wěn)定護(hù)壁，待水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行鉆進(jìn)，施工效果明顯。

4．5 施工注意事項(xiàng)

(1)巖溶區(qū)施工，特別要準(zhǔn)備好應(yīng)急材料和機(jī)具，重點(diǎn)是根據(jù)溶洞大小事先備足泥漿池，備2 臺(tái)以上的泥漿泵，挖機(jī)，翻斗車，要隨時(shí)待命。另外快接近大溶洞頂板時(shí)，最好不要夜間施工，本橋剛開始施工時(shí)，就是由于夜間施工突然泥漿大量損失，調(diào)配機(jī)械不便，補(bǔ)漿回填粘土片石不及，出現(xiàn)塌孔。

(2)注意巖溶區(qū)水下混凝土灌注。沖擊終孔后，緊接著清孔、下籠、下導(dǎo)管、灌注砼，這一過(guò)程的各道工序必須緊扣，盡最大可能縮短時(shí)間。砼供量要保證且和易性流動(dòng)性要好，坍落度嚴(yán)格控制在18 ～22cm之間。另外，巖溶樁基擴(kuò)孔系數(shù)大且有溶洞，首批砼需用量比普通樁基大得多，本橋每根孔樁首灌砼均為6 m3。巖溶樁基在灌注過(guò)程中通常有砼需用方量大、中途坍孔等現(xiàn)象，所以要經(jīng)常觀查及測(cè)量，保證導(dǎo)管埋深，盡量將導(dǎo)管埋至溶洞以下，根據(jù)溶洞高度及埋管的最大深度來(lái)控制提管，盡量減少混凝土對(duì)孔壁的沖擊力。部分巖溶樁基在灌注過(guò)程中或灌注完畢后都有可能發(fā)生砼面突然下沉的現(xiàn)象，所以要特別注意，在灌注完畢后還需觀察30 min 左右，待穩(wěn)定后再行拆除導(dǎo)管。

(3)對(duì)于有流砂層填充物的大溶洞，在清孔過(guò)程中常常發(fā)生孔壁周圍流沙塌落，反復(fù)清孔的情況，部分此類樁基甚至清孔完畢后，鋼筋籠到位，還出現(xiàn)流沙坍落達(dá)1 m 左右，只好重新沖孔，而且有可能反復(fù)出現(xiàn)，這類溶洞嚴(yán)重影響工期，建議一開始就采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)處理，因?yàn)榇祟愖o(hù)壁事先雖然加強(qiáng)了，在沖擊和灌注前清孔時(shí)都有可能發(fā)生流沙塌落現(xiàn)象，采用護(hù)筒跟進(jìn)比較保險(xiǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用上述施工方法是可行和有效的，在已經(jīng)施工的樁基中，經(jīng)檢驗(yàn)成樁合格率達(dá)到100%，除了一根樁為Ⅱ類樁以外，其于全部為Ⅰ類樁。通過(guò)對(duì)該橋的巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工和檢測(cè)的總結(jié)，可為巖溶地區(qū)橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。