岩溶地区桥梁桩基施工研究
2016-09-26
0 引言
新建沪昆客运专线大猫坡特大桥地处贵州省平坝县，桥址主要出露碳酸盐灰岩地层。地表岩溶主要为溶洞、溶沟、溶槽以及溶蚀小孔。一般洞内有水，上部垂直岩溶较发育。地表下40m左右则以水平岩溶发育，多表现为地下暗河通道。暴雨季节个别洞口则为地下水出口。地下岩溶主要为岩溶洞穴，除个别桥墩、台未揭露溶洞以外，大部分墩台均为揭露溶洞，钻孔揭示大多为串珠状溶洞，有的溶洞全充填，有的溶洞无充填，一般洞径0.5～6m，局部伴有岩溶破碎带发育。
溶洞大概可分为4类，即空溶洞、串珠状溶洞、大型溶洞、有充填物溶洞（全填充、半填充）。类型主要以有填充物溶洞为主，其充填物主要有半充填淤泥质土、砂砾、碎石、卵石、粘土等；串珠状溶洞一般单层高度较小。为了保证岩溶发育地区钻孔灌注桩施工过程中不漏浆，或漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求，施工时应根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物情况，根据不同的溶洞采取不同方案。
1 施工措施
根据大猫坡特大桥地质特点，桩基岩溶处理拟采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石黄泥、回填素混凝土、压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同施工工艺。
1.1 常规成孔方案 当溶洞有填充物，填充物是可塑或软塑的亚粘土，且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向数量有多少，都不考虑溶洞的存在，按正常地质情况施工。
1.2 片石黄泥回填 若桩基岩溶高度达不到5m，采用一般成孔方法施工即可。当钻穿溶洞漏浆时，可借助钻头冲击力将填入洞内的锯末、水泥、烧碱、石片、黄泥压进岩溶裂隙，使孔壁结构更为牢固。粘土和片石应按照3：7的配比填加，按粘土的10%添加锯末，每米使用2包水泥即可。使用粒径为15～50cm、强度≥30MPa的石灰岩作片石。用水泥袋装黄泥，整袋溶岩裂隙。掺加方法为：片石和粘土袋分层间隔加入，回填至溶洞顶板以上1m处。
回填时，护筒内泥浆标高、四周地表沉降情况以及钻机运行情况都要留意，若有漏浆等突发状况，可及时采取补救措施。参照地质柱状图，要在挨近溶洞的部位勤于观察，经验丰富的技术人员通过抽取的岩样、冲击岩层的响声、握住冲击主绳的手感等途径来估测施工部位与岩溶地层的距离。接近岩溶时主绳数据是不是偏小，防止穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补浆液，以保持孔内泥浆高度。
该施工方法简单有效，造价较低。适用于较小的无填充物或半填冲溶洞（溶洞高度小于5m）。
1.3 素混凝土回填 根据一般工艺流程进行成孔施工，若碰上倾斜岩面，或钻穿溶洞漏浆，则改用低标号混凝土继续填孔，间歇一定时段在混凝土终凝后用冲击钻成孔。用于成孔施工的混凝土为C20或C15、C10素混凝土。可将定量早强剂加入混凝土中，以快速增大素混凝土的早期强度，缩短工期。遇到倾斜岩面需对孔位进行校正，使斜岩面顶面和回填素混凝土持平，对于溶洞处，回填顶面要比溶洞顶板高出50厘米。
施工中回填时间不宜过长，终凝时间一般不超过48h，待溶洞完全填充且强度达到后进行桩基施工。无填充物的中、小溶洞均可采用此方案。施工方法简单，造价相对较高。
1.4 注浆加固 参照图1所示的地质柱状图，对桩穿过的溶洞进行水泥浆填充和加固。
①注浆孔布设：按钻孔柱状图确定最大溶洞进行注浆加固。连通的溶洞也选择其中最大的溶洞进行注浆。②注浆压力控制：通过注浆泵注浆，注浆压力最好不超过0.5～1.0MPa，根据现场试验确定具体的压力值。为使浆液充分渗入到砂石等填料内，注浆速度必须控制在15～20L/min以内，渗透直径不得低于3.0米，确保浆体凝固后冲钻成孔有足够的固结体。在注浆过程中，一定要不要让渗透半径超出限定范围，且要留意注浆管是否已插到填充物底部。随着注浆过程的持续推进，根据注浆速度匀速向上提升注浆管。③施工需要注意的事项：注意避免浆液流失，浪费原材料，通过间歇注浆的方法，待填充物和浆体胶结后才可以继续注浆，当注浆压力、注浆量满足工程要求后方可停止循环注浆。要逐孔进行注浆加固，并按照现场施工情况适当增加注浆压力，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。
该方法适用于任何形式的溶洞处理，但造价较高，多适用于小型（高度小于1米）或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有填充物的溶洞。 1.5 钢护筒跟进加固 采用钢护筒跟进法：一面冲孔，一面接钢护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内孔底标高或者溶洞底标高（图2）。
内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=（h+H）m（h为超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30厘米的高度）；钢护筒孔径要准确，连接顺直，用卷扬机成型。钢护筒要有一定的刚度，直径1m的桩基护筒板厚10mm，直径1.25m的桩基护筒板厚12mm。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔竖直，无歪斜、缩颈。溶洞高度大于5m时，施工中一般采用钢护筒跟进加固。
2 施工注意事项
2.1 工艺选择：为确保岩溶发育地区钻孔灌注桩施工时不漏浆，或漏浆但不发生坍孔，在承载力达到施工要求的前提下不影响桩基的成孔、成桩施工，作业时先参照地质钻孔柱状图，对空洞大小、溶洞地层及其填充物进行分析，确定最佳施工方案，通过常规泥浆护壁方法，向孔内抛填（片石、黄土、水泥、锯末、稻草、素混凝土等），采用混合材料以增加粘合力提高填充物的强度，压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同施工工艺。
2.2 孔位选择：桩基钻孔顺序总体按先长桩后短桩，先中间桩后四周的原则。对于溶洞贯通的桩基，先施工溶洞底板低的桩，后施工其他的桩；先施工大岩溶再小岩溶；尽量隔孔施打，减小桩位间的挠动应力。
2.3 孔口加固：岩溶发育地区，孔口下沉量极其明显，导致护筒下沉，更甚者导致孔口大面积塌陷。加固措施如下：①在护筒周围回填片石、沙袋、低标号砼皆可，最后用机械配合压实固结；注意的是不要破坏护桩，回填时先校正护筒，尽量将护筒中心与桩心重合，再进行压实。②对于土层较浅的可加长护筒，让护筒堑岩，以增加护筒周围的摩擦力及岩层的承载力，来减小下沉的位移量。③增加横向支撑，用方木、钢管或工字钢来固定护筒，增加护筒的受力面积，防止下沉。
2.4 时间上的控制：如一个溶洞经多次回填后仍无法通过，则可先将钻机调走施工其他墩位。孔位回填满，待其溶洞回填物稳定后重新钻进。
3 结论
沪昆客运专线大猫坡特大桥总计桩基346根，分别使用了以上五种施工工艺，桩检结果均为I类桩，具体应用情况见表1。
沪昆客运专线岩溶地质下桩基的施工根据复杂的地质情况，采取灵活多变的处理方案，不仅节约了成本，还加快了施工进度，对相似地质下的桩基施工具有一定的借鉴意义。
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