陸有傳，馬 進(jìn)，李明杰，黎振源

(廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530009)

0 引言

我國(guó)現(xiàn)代化土木工程尤其是樁基行業(yè)，在交通運(yùn)輸加速發(fā)展的拉動(dòng)下，隨著道路交通網(wǎng)以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的持續(xù)優(yōu)化，得到了迅猛發(fā)展。近年來(lái)，樁基礎(chǔ)技術(shù)尤其是對(duì)橋梁鉆孔灌注樁施工方法已輕車(chē)熟路，包括成樁施工、理論驗(yàn)算和樁的制造等方面都取得顯著成果，但在深水溶蝕地質(zhì)快速成樁施工方面技術(shù)仍有欠缺，突出表現(xiàn)在成樁效率緩慢，基樁完整性質(zhì)量難以控制等。

由于我國(guó)各式橋梁的發(fā)展趨勢(shì)迅猛，逐漸提高了對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)成品質(zhì)量、施工效率的要求，然而傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁施工方法在深水溶蝕地質(zhì)條件下出現(xiàn)的漏漿、塌孔、斷樁等問(wèn)題處治效率緩慢、效果差、成本偏高，無(wú)法突破施工效率低、樁基完整性合格率不高的瓶頸，這就直接衍生了深水溶蝕地質(zhì)快速成樁技術(shù)的研究應(yīng)用。鉆孔灌注樁發(fā)展至今，其經(jīng)驗(yàn)沉淀、工藝成熟、機(jī)械設(shè)備先進(jìn)、泥漿制備質(zhì)量提高，使鉆孔快速成樁成為一種趨勢(shì)。本文以柳州市鳳凰嶺大橋主橋水中樁基施工為背景，介紹并分析深水溶蝕地質(zhì)快速成樁施工過(guò)程中的核心技術(shù)。

1 工程概況

柳州市鳳凰嶺大橋主橋與柳江斜交，設(shè)計(jì)5個(gè)主橋墩，其中3個(gè)位于水中，每個(gè)主橋墩基礎(chǔ)采用18根φ1.8 m鉆孔灌注樁，共計(jì)90根。樁端持力層為微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r層，如圖1所示，場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，樁端須穿過(guò)淺層溶洞(槽)及溶蝕裂隙破碎帶全斷面進(jìn)入完整的微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，施工水深為18～25 m。橋墩樁位處河床裸露無(wú)覆蓋層，巖面大幅傾斜，呈不規(guī)則起伏現(xiàn)象，為裸露斜巖面。

圖1 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)斷面圖(m)

2 地質(zhì)特征與處治原則

典型深水溶蝕地質(zhì)，其特征在于地質(zhì)區(qū)域位于河流水深超過(guò)20 m處，巖面大幅傾斜且裸露無(wú)覆蓋層，地層出現(xiàn)較大范圍的溶蝕裂隙破碎帶，巖體不連續(xù)，交替呈現(xiàn)巖石和裂隙充填物，巖塊溶蝕張裂且發(fā)育強(qiáng)烈。主橋中墩樁位位于巖面裸露大幅傾斜段，地層裂隙、溶洞發(fā)育強(qiáng)烈的溶蝕地質(zhì)，屬于典型溶蝕地質(zhì)，樁與樁之間溶洞溶槽大多為貫通現(xiàn)狀，鉆孔過(guò)程易發(fā)生漏漿塌孔現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)條件采用沖擊鉆成孔工藝，隔樁鉆孔，加強(qiáng)泥漿配置與循環(huán)利用。

考慮橋位地質(zhì)情況為典型的溶蝕地質(zhì)，樁基施工從巖面到地層的鉆進(jìn)過(guò)程需嚴(yán)格執(zhí)行深水裸露斜巖處理技術(shù)、溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術(shù)的處治原則，同時(shí)針對(duì)不同溶洞采用不同的處理方案(如表1所示)。

表1 不同種類(lèi)溶洞處理方案對(duì)比表[1]

3 深水裸露斜巖處理技術(shù)

3.1 方案比選

方案一：采用弱爆破法對(duì)橋墩樁位處進(jìn)行河床整平。

方案二：下放鋼護(hù)筒，然后在水下安裝鋼模，在墩位河床底部澆筑混凝土，埋設(shè)鋼護(hù)筒并填平河床面。

方案三：在樁位處通過(guò)移動(dòng)沖擊鉆擴(kuò)大范圍錘擊河床，將凸起巖層錘平，使樁位處較大范圍內(nèi)河床面平整，滿足鋼護(hù)筒定位固定要求。

深水裸露斜巖處理方案分析比選如表2所示，根據(jù)工程特點(diǎn)及地質(zhì)特征，綜合考慮成本效益、進(jìn)度、安全質(zhì)量等因素，最終選擇“方案三：沖擊鉆移動(dòng)整平法”為主，對(duì)于巖面高差較小的樁位，可選擇“方案二：墩位河床底部澆筑混凝土或填筑片石”。

表2 深水裸露斜巖處理方案分析比選表

3.2 工藝流程(圖2、圖3)

圖2 墩位河床底部澆筑混凝土處理技術(shù)流程圖

圖3 鉆機(jī)沖擊斜巖整平處理技術(shù)流程圖

3.3 方案實(shí)施

(1)墩位河床底部澆筑混凝土(圖4)。在鉆孔平臺(tái)搭設(shè)完成后，準(zhǔn)確下放鋼護(hù)筒；吊機(jī)配合潛水員在橋墩河床底部沿著鉆孔平臺(tái)四面內(nèi)側(cè)錨固樁安裝水下鋼模，并將鋼模板與錨固樁固定；采用導(dǎo)管澆筑水下C30混凝土，利用混凝土的流動(dòng)性，使河床底部填平，將鉆孔樁鋼護(hù)筒埋設(shè)并固定，有利于沖擊鉆錘頭精準(zhǔn)鉆進(jìn)；待混凝土終凝過(guò)后，進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

圖4 墩位河床底部澆筑混凝土示意圖

(2)沖擊鉆移動(dòng)整平法(圖5)。首先確定每個(gè)樁位河床面需沖擊整平高度(即整平后高程)，鉆機(jī)就位后，移動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行錯(cuò)位沖擊，在四個(gè)方向分別錘平斜巖面至統(tǒng)一高程；然后進(jìn)行鋼護(hù)筒下放定位及固定；最后采用沖擊鉆完成鉆孔樁成孔施工。

(a)斜巖面整平范圍

針對(duì)斜巖面，鉆機(jī)可采用小沖程沖擊斜巖，避免錘頭偏位，可適當(dāng)增加處理范圍，以滿足樁基鋼護(hù)筒下放定位要求。

4 溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術(shù)

4.1 漏漿分析與措施

因橋址鉆孔樁河床覆蓋層較薄或沒(méi)有，溶洞貫通且大多無(wú)充填物，地層裂隙破碎帶發(fā)育強(qiáng)烈，這些因素都有可能導(dǎo)致鉆孔樁孔內(nèi)出現(xiàn)漏漿，無(wú)法進(jìn)行泥漿循環(huán)。鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象可歸納為兩種類(lèi)型：(1)深水裸巖巖面漏漿；(2)溶洞及裂隙破碎帶漏漿。

受深水裸露河床面影響，多數(shù)的鉆孔樁鋼護(hù)筒底端與巖面接縫處無(wú)覆蓋，這就導(dǎo)致護(hù)筒底口與巖面間接縫易出現(xiàn)漏漿，無(wú)法形成泥漿循環(huán)，達(dá)到泥漿護(hù)壁的效果。對(duì)此，可在前期施工時(shí)，采用φ2.0 m錘頭鉆進(jìn)，錘頭帶有一定的擴(kuò)孔影響，基本可以滿足鋼護(hù)筒跟進(jìn)；然后采用振動(dòng)錘跟進(jìn)鋼護(hù)筒，至少跟進(jìn)3 m，加黏土造漿沖進(jìn)，可以保證鋼護(hù)筒嵌入段不漏漿。

鉆孔過(guò)程中的溶蝕裂隙破碎帶造成孔內(nèi)漏漿，主要概括為錘頭在孔底遇到溶洞、裂隙等地質(zhì)時(shí)，容易導(dǎo)致孔隙處漏漿，滲透速度較慢；若遇到空洞型溶洞，則泥漿會(huì)急劇泄漏，甚至引起塌孔。對(duì)此，可優(yōu)先加入黃土堵漏，復(fù)沖以濃漿泥皮的形式填充溶洞裂隙，針對(duì)性加入片石復(fù)沖。若存在串孔或孔隙連通江水的情況，應(yīng)選擇回填拌和稻草纖維的彈性黏土進(jìn)行復(fù)沖堵漏，并靜置24 h后方可進(jìn)行泥漿循環(huán)鉆進(jìn)?？梢暻闆r采取澆筑砂漿、混凝土進(jìn)行堵漏處理。

4.2 鋼護(hù)筒施工技術(shù)與指標(biāo)

若仍無(wú)法有效處理漏漿問(wèn)題，則可采取雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，將內(nèi)層鋼護(hù)筒跟進(jìn)至孔底，在外層鋼護(hù)筒與內(nèi)層鋼護(hù)筒中間縫隙處填充軟性混凝土。具體技術(shù)步驟為：(1)用φ2.0 m梅花錘沖擊河床面，直至入巖3 m，后用振動(dòng)錘將φ2.1 m鋼護(hù)筒振至巖面以下3 m處，φ2.1 m鋼護(hù)筒露出水面3 m，然后再將φ1.86 m鋼護(hù)筒跟進(jìn)至孔底；(2)在φ2.1 m鋼護(hù)筒與φ1.86 m鋼護(hù)筒中間縫隙處填充軟性混凝土；(3)φ2.1 m鋼護(hù)筒周邊焊接箍筋，將袋裝砂石綁在箍筋上跟隨φ2.1 m鋼護(hù)筒下至河床底部，將周?chē)赡苈{的地方填補(bǔ)；(4)設(shè)置泥漿循環(huán)系統(tǒng)，形成泥漿反循環(huán)法。鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)參數(shù)及安裝工藝如下頁(yè)表3所示。

表3 鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)參數(shù)及安裝工藝一覽表

4.3 卡錘現(xiàn)象分析與措施

卡錘現(xiàn)象主要出現(xiàn)在鉆孔過(guò)程中，錘頭接觸面為不完整巖層，而且是無(wú)充填物溶洞，錘頭遇空洞地質(zhì)情況時(shí)，落差較大，相當(dāng)于錘頭遇斜巖出現(xiàn)嚴(yán)重偏位情況。此外還有因復(fù)沖片石、滑落石頭等因素導(dǎo)致卡錘情況?？刹扇〉膽?yīng)用措施有：(1)研讀樁基地質(zhì)詳勘資料，針對(duì)有較大范圍或者深度較大區(qū)段的空洞地質(zhì)時(shí)，鉆孔應(yīng)以小沖程鉆進(jìn)。(2)若遇卡錘現(xiàn)象，可采取人工操作鉆機(jī)小沖程提錘，吊車(chē)配合振動(dòng)提錘，潛水員清理障礙物提錘，孔內(nèi)弱爆破等措施。針對(duì)反復(fù)卡錘縮孔位置，應(yīng)采取回填片石復(fù)沖處理，或采取混凝土澆筑復(fù)沖處理。[2]

4.4 泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置

合理設(shè)置沉淀池、泥漿池，制備優(yōu)質(zhì)泥漿，配合使用膨潤(rùn)土，改善泥漿質(zhì)量，起到孔內(nèi)循環(huán)護(hù)壁作用。嚴(yán)格控制鉆孔施工的泥漿指標(biāo)為：鉆進(jìn)過(guò)程中的泥漿比重為1.03～1.10，黏度值為17～20 Pa·s，含砂率<2%，膠體率>98%。[3]

4.5 水下混凝土澆筑

樁基水下C35混凝土采用導(dǎo)管法澆筑，針對(duì)大直徑樁基可采用雙導(dǎo)管澆筑。統(tǒng)籌兼顧深水溶蝕地質(zhì)的漏漿塌孔風(fēng)險(xiǎn)以及澆筑水下混凝土順暢因素，導(dǎo)管埋深約為4～6 m，在規(guī)范值內(nèi)選擇低坍落度混凝土。嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深和混凝土流動(dòng)性，預(yù)防漏漿塌孔帶來(lái)的斷樁質(zhì)量問(wèn)題。

柳州市鳳凰嶺大橋按照深水裸露斜巖處理技術(shù)、溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術(shù)成功解決了巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、溶洞(槽)貫通及溶蝕裂隙破碎帶發(fā)育完全等地質(zhì)因素對(duì)鉆孔灌注樁造成的成樁效率低、質(zhì)量差的影響，縮短工期約45 d，直接節(jié)省成本約92萬(wàn)元。經(jīng)樁基完整性檢測(cè)，主橋樁基均為Ⅰ類(lèi)樁，證明了該施工技術(shù)科學(xué)、高效、經(jīng)濟(jì)，適用于深水溶蝕地質(zhì)條件下鉆孔樁的成樁工藝處理。

5 結(jié)語(yǔ)

深水溶蝕地質(zhì)快速成樁施工從地質(zhì)勘探開(kāi)始，每一步都需要分析控制，無(wú)論是地形地質(zhì)勘察、斜巖面處理、溶洞及溶蝕裂隙帶處理、泥漿循環(huán)控制、水下混凝土澆筑等每道工序都可能影響樁基成品質(zhì)量，特別是從巖面到地層的深水溶蝕地質(zhì)處理尤為關(guān)鍵。本文經(jīng)技術(shù)研討和分析深水溶蝕地質(zhì)快速成樁技術(shù)工藝，提出了多種針對(duì)性的施工應(yīng)用技術(shù)，有效地解決深水溶蝕地質(zhì)樁基成孔效率低、質(zhì)量差難題，對(duì)此類(lèi)地質(zhì)樁基施工具有應(yīng)用價(jià)值，可為社會(huì)創(chuàng)造更多效益。