霍 翼

(京沈鐵路客運(yùn)專線京冀有限公司，北京 100142)

1 工程概況

京沈鐵路客運(yùn)專線(簡(jiǎn)稱“京沈客?！?所經(jīng)承德境內(nèi)為山區(qū)地形，地勢(shì)起伏較大，站位選址尤為重要。為了保證線路順直，線路在柴河地區(qū)附近，綜合跨越G112國(guó)道、柴河防洪要求等因素確定了柴河特大橋的橋位。由于柴河特大橋穿越強(qiáng)烈發(fā)育巖溶區(qū)，從降低施工風(fēng)險(xiǎn)、保證工期和后期運(yùn)營(yíng)安全等角度，選擇最優(yōu)的孔跨布置及施工技術(shù)方案。柴河特大橋12號(hào)墩～17號(hào)臺(tái)原設(shè)計(jì)采用(64+64)m T型剛構(gòu)跨越柴河主河槽和G112國(guó)道(見圖1)，根據(jù)已完成地勘資料采用了摩擦樁和柱樁基礎(chǔ)；連續(xù)梁采用掛籃懸澆施工、簡(jiǎn)支梁橋位支架現(xiàn)澆施工。

圖1 原設(shè)計(jì)方案孔跨布置及地質(zhì)狀況(單位：m)

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地層巖性

2.2 不良地質(zhì)影響及評(píng)價(jià)

勘察揭示該橋址區(qū)主要的不良地質(zhì)為巖溶。巖溶主要發(fā)育在白云質(zhì)灰?guī)r層中，均被第四系沖洪積的圓礫土、卵石土層所覆蓋，埋藏于地表22.60～26.60 m以下，屬淺覆蓋型巖溶，下伏基巖埋藏較淺。溶洞發(fā)育呈串珠狀，相鄰上下層溶洞的基巖厚度一般在0.70～3.00 m之間，溶洞內(nèi)被粗、細(xì)角礫土及粉土、砂類土充填，揭露溶洞高度為4.20～28.90 m。地下水與地表水連通較密切，主要為河水補(bǔ)給地下水。

本橋巖溶補(bǔ)充勘察主要涉及到12～16號(hào)墩。根據(jù)鉆探及物探結(jié)果、巖溶的形態(tài)、溶洞的連通性以及地下水與地表水的水力聯(lián)系情況綜合分析，巖溶發(fā)育強(qiáng)度如下：10～11號(hào)墩為巖溶中等發(fā)育段； 12～16號(hào)墩為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育段，其中14、15號(hào)墩巖溶發(fā)育尤為強(qiáng)烈，14號(hào)墩基礎(chǔ)左側(cè)樁鉆至90 m仍未揭穿溶洞底板；15號(hào)墩基礎(chǔ)左中線處樁鉆至89.6 m才揭露溶洞底板，鉆探過(guò)程中極易塌孔，成孔困難；13號(hào)墩巖溶空腔高度達(dá)20 m，巖溶樁基施工風(fēng)險(xiǎn)極大、工期難以控制。巖溶補(bǔ)勘后地質(zhì)縱斷面如圖1所示。

3 設(shè)計(jì)方案的比選

本線巖溶地質(zhì)工點(diǎn)較少，參照國(guó)內(nèi)滬昆鐵路、貴廣客專等鐵路的巖溶樁基設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一般溶洞要求樁底巖層溶洞頂板厚度≥6 m且需考慮臨近鉆孔巖溶情況，避免將石筍尖當(dāng)作頂板；對(duì)于多層溶洞，深度達(dá)到40～50 m仍找不到6 m以上厚度的頂板作為持力層時(shí)，按柱樁側(cè)頂板累計(jì)厚度>5 m、支承樁尖的頂板厚度≥3 m的要求設(shè)計(jì)[1-2]?？紤]本橋14號(hào)墩90 m深度仍未揭穿溶洞底板且極易塌孔、成樁困難，為保證結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全、減少巖溶橋墩、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、確保施組工期，組織參建單位對(duì)橋梁孔跨布置方案進(jìn)行調(diào)整，重點(diǎn)研究了兩聯(lián)(64+64)m T型剛構(gòu)與主跨128 m連續(xù)梁方案[1-4]。

3.1 雙聯(lián)(64+64)m T構(gòu)方案

雙聯(lián)(64+64)m T型剛構(gòu)方案如圖2所示。梁部采用掛籃懸澆施工，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁(支承樁)，最大樁長(zhǎng)91 m。

圖2 雙聯(lián)(64+64)m T型剛構(gòu)方案孔跨布置

雙聯(lián)(64+64)m T型剛構(gòu)方案可避讓原14號(hào)墩位置未揭示底板的深大溶洞，但13號(hào)墩樁基仍需穿越深大溶洞，最大樁長(zhǎng)達(dá)91 m，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，施工周期難以控制。

3.2 主跨128 m連續(xù)梁方案

為進(jìn)一步降低施工風(fēng)險(xiǎn)及難度，在雙聯(lián)(64+64)m T型剛構(gòu)方案基礎(chǔ)上優(yōu)化主橋孔跨布置、采用1×(64+128+64)m連續(xù)梁跨越原14號(hào)墩位置的深大溶洞(具體方案見圖3)，避免深長(zhǎng)樁施工，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

12號(hào)墩巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，存在較大空腔(最大高度20 m)。為確保結(jié)構(gòu)安全，樁基穿透串珠狀溶洞，樁尖置于完整基巖內(nèi)，樁底嵌入完整基巖不小于0.5 m。樁基采用16根?1.8 m鉆孔樁矩陣排列(4×4)、不等長(zhǎng)樁布置，樁長(zhǎng)30～65.5 m[3-4]。

圖3 主跨128 m連續(xù)梁方案孔跨布置

13號(hào)墩溶洞多填充密實(shí)且弱風(fēng)化灰?guī)r，單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度較高，樁基設(shè)計(jì)及終孔根據(jù)以下原則確定：①巖層完整、溶洞頂板厚度大于5 m時(shí)，可按照支立于巖面的柱樁設(shè)計(jì)，樁底嵌入完整基巖不小于0.5 m；②樁側(cè)巖壁累積厚度大于5 m時(shí)(巖板厚度小于樁徑的不計(jì))，樁尖可置于厚度不小于3 m的巖溶頂板上，樁底嵌入完整基巖不小于0.5 m。樁基采用20根?1.8 m鉆孔樁矩陣排列(4×5)、不等長(zhǎng)樁布置，樁長(zhǎng)26～58.5 m[3-4]。

3.3 方案確定

根據(jù)施組安排柴河特大橋?yàn)楸径喂こ炭刂乒?jié)點(diǎn)，為加快施工進(jìn)度采用大節(jié)段原位支架澆筑，根據(jù)拌合站混凝土供應(yīng)能力確定梁部節(jié)段劃分。主跨128 m連續(xù)梁方案進(jìn)一步減少巖溶橋墩個(gè)數(shù)、有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，工期總體可控，但主體結(jié)構(gòu)增加工程投資較多。具體方案比較見表1。

考慮規(guī)避巖溶地質(zhì)區(qū)域深長(zhǎng)樁施工風(fēng)險(xiǎn)及減小對(duì)柴河河道過(guò)水的影響，結(jié)合總體進(jìn)度安排及現(xiàn)場(chǎng)施工需要，決定采用主跨128 m連續(xù)梁繞避深大溶洞方案，梁部采用大節(jié)段原位支架澆筑施工，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

表1 孔跨布置方案對(duì)比

4 巖溶區(qū)基礎(chǔ)施工

巖溶地段鐵路橋梁樁基處理措施一般有片石黏土筑壁法、護(hù)筒跟進(jìn)法、超前注漿填充法、全回轉(zhuǎn)全套管法等。針對(duì)本橋巖溶分布特點(diǎn)、重點(diǎn)研究12號(hào)墩巖溶樁基施工方案。

4.1 巖溶分布

12號(hào)墩逐樁鉆探揭示溶洞35次，溶洞高度為0.7～22.1 m，洞頂標(biāo)高為534.72～579.02 m，洞底標(biāo)高為529.53～577.03 m。中下層溶洞基本無(wú)充填物，為空洞；上層溶洞基本為全填充，充填物為粉質(zhì)黏土、細(xì)角礫土。受地下徑流影響，充填物可能隨時(shí)間逐漸減少，易形成新的空洞。該墩遇洞率為87.5%，線溶率為13.56%～61.47%，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)烈發(fā)育。單個(gè)溶洞最大高度15.7 m，單個(gè)溶腔最大高度19.6 m。溶洞頂板以上土層整體采用預(yù)注漿處理、沖擊鉆施工工藝。

4.2 巖溶處理措施

根據(jù)巖溶分布及填充情況，綜合采用了鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、超前注漿法和片石黏土筑壁法進(jìn)行施工。根據(jù)實(shí)際情況按照有利于及時(shí)封閉溶洞、隔斷通道、先邊后中、先長(zhǎng)后短、隔樁跳打的原則安排施工[5]。

(1)表層卵石層(最深24.5 m)部分在鉆機(jī)鉆進(jìn)至卵石層底部以下白云質(zhì)灰?guī)r時(shí)，極易塌孔，及時(shí)下放一級(jí)鋼護(hù)筒確保順利穿越。

(2)鉆進(jìn)過(guò)程中存在斜巖，容易偏孔、偏錘、卡鉆，造成進(jìn)尺較為緩慢；及時(shí)回填混凝土待強(qiáng)度滿足要求后再次沖擊成孔。

(3)24.5 m以下第1層巖溶的填充體在沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中漏漿十分嚴(yán)重，頻繁回填造成進(jìn)尺十分緩慢。在樁基開孔前對(duì)樁基周圍布置注漿孔，采取雙漿液樁位注漿對(duì)該部分地層進(jìn)行預(yù)加固處理，減少漏漿。

(4)第2層大型巖溶空腔(較低空腔為2.7 m，最高空腔為19.6 m)，一般空腔采取拋填片石、黏土、混凝土筑填成孔；溶腔高度較高的溶洞在設(shè)計(jì)樁位周圍根據(jù)實(shí)際情況開小孔(直徑500 mm)，采用灌注水下混凝土處理漏漿。最高空腔溶洞鉆至溶腔內(nèi)時(shí)多次嚴(yán)重漏漿，采取灌裝絮狀混凝土的辦法，對(duì)漏漿進(jìn)行處理。

本橋巖溶區(qū)樁身混凝土質(zhì)量均達(dá)到Ⅰ類樁標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了所采取措施的可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，該巖溶區(qū)域的橋梁及無(wú)砟軌道均已按施組安排高質(zhì)量完工，滿足了京沈客專的工期要求，收到了良好的效果。本橋巖溶地區(qū)的孔跨布置和施工技術(shù)方案，對(duì)保證工期起到了至關(guān)重要的作用，對(duì)今后其他鐵路建設(shè)項(xiàng)目的類似方案研究具有一定的參考價(jià)值。