高永民, 楊小軍, 楊 杰, 向云詩

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

1 工程概述

中老鐵路磨萬線北起中老邊境口岸磨丁，南至老撾首都萬象，線路全長(zhǎng) 414.332 km。該鐵路全部采用中國管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為160 km/h，為電氣化客貨混運(yùn)鐵路。磨萬線Ⅴ標(biāo)I分部施工范圍位于老撾萬象省萬榮縣境內(nèi)，全長(zhǎng)38.26 km，共有橋梁15座，總長(zhǎng)度7 129.4 m，橋梁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑分別為1.0 m和1.25 m。其中6座橋梁位于巖溶發(fā)育地區(qū)，灌注樁有570根，總長(zhǎng)度13 405 m，最大樁長(zhǎng)54.0 m，最大嵌巖深度38.4 m。

2 工程地質(zhì)條件

巖溶橋址區(qū)樁基地質(zhì)情況為：第四系全新人工填土(Q4ml)粉質(zhì)黏土、沖洪積層(Q4al+pl)粉質(zhì)黏土、松軟土、細(xì)沙、粗圓礫土、卵石土、破殘積層(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土，溶洞填充物(Q4ca)粉質(zhì)黏土；下伏基巖以二疊系(P)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、巖溶化灰?guī)r為主，巖溶中等—強(qiáng)烈發(fā)育，隱伏性巖溶發(fā)育，存在大量無填充、半填充、全填充的溶洞及溶隙，充填物多為軟塑—流塑狀黏土、細(xì)砂等，且多呈串珠狀及貫通型溶洞；地下水豐富，存在中小型暗河和集中徑流，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，鉆孔護(hù)壁難度大。橋址區(qū)內(nèi)地勘鉆孔平均見洞率為57%，大部分橋梁地勘鉆孔見洞率為70%～96%，最大溶洞高約為13.0 m。

3 成樁施工難點(diǎn)

3.1 成孔施工難度非常大

為查明巖溶橋址區(qū)橋墩的巖溶發(fā)育情況，確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性，依照相關(guān)大綱以及規(guī)范、規(guī)定布孔原則對(duì)巖溶墩臺(tái)采用了逐墩逐樁施鉆的方法進(jìn)行了詳細(xì)勘察。然而，在實(shí)際進(jìn)行成孔施工過程中，受資金投入以及勘探技術(shù)的制約，依據(jù)地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)施工圖，依然不能精準(zhǔn)確認(rèn)地層中溶洞的大小、分布情況和走向[1]，使得成孔施工過程中存在一定的偏差，漏漿、孔壁坍塌等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，大大降低了成孔質(zhì)量以及施工效率。同時(shí)，由于地層巖面起伏以及巖溶在空間上發(fā)育的復(fù)雜性及不確定性，在成孔時(shí)常常因?yàn)橛龅叫泵鎺r等，施工過程中不得不投入大量的時(shí)間、材料等進(jìn)行鉆孔偏斜處理，極大地增加了施工成本，拖延了施工進(jìn)度。

同一個(gè)墩內(nèi)，應(yīng)先施工跟進(jìn)鋼護(hù)筒、溶洞部位深、地質(zhì)情況更為復(fù)雜的樁孔，應(yīng)封堵大部分溶洞、裂隙通道，降低后續(xù)樁孔施工難度。同時(shí)，為防止沖擊振動(dòng)致使鄰樁孔壁坍塌或與鄰樁下部貫通或影響鄰孔已澆筑混凝土強(qiáng)度，應(yīng)避免同墩臺(tái)相鄰樁孔同時(shí)施工，可在相鄰樁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可開鉆或進(jìn)行跳樁施工。

3.2 清孔作業(yè)困難

本工程巖溶橋址區(qū)的樁孔大部分樁孔較深，沉渣的數(shù)量比較多，地層中存在大量溶蝕裂隙，且成孔過程中溶洞充填段孔壁穩(wěn)定性較原位地層孔壁差，所以清孔作業(yè)困難。一旦在成孔過程中巖溶處理不足，進(jìn)行清孔作業(yè)時(shí)控制不當(dāng)，將會(huì)引起樁孔內(nèi)漏漿、溶洞充填段充填物的滑塌以及塌孔等，需重新進(jìn)行回填黏土片石等處理，因多次進(jìn)行清孔作業(yè)，從而使施工風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

3.3 水下混凝土灌注要求高、難度大

本工程樁基長(zhǎng)度大，且因地層中存在的大量溶洞、裂隙通道等復(fù)雜的巖溶地貌，雖在成孔過程中進(jìn)行了處理，但實(shí)際灌注的混凝土數(shù)量仍大大的超過了設(shè)計(jì)混凝土方量。同時(shí)也延長(zhǎng)了持續(xù)灌注樁的時(shí)間?；炷敛捎脤?dǎo)管直升法進(jìn)行澆筑，澆筑前應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土入模坍落度、溫度及含氣量，坍落度為180～220 mm。灌注前如不能準(zhǔn)確控制混凝土的入模塌落度、初凝時(shí)間以及首批混凝土方量(滿足導(dǎo)管深度不小于1.0 m)，灌注時(shí)如不能準(zhǔn)確控制混凝土灌注速度、導(dǎo)管埋深(宜為2～6 m)，則極有可能出現(xiàn)夾泥、堵管、混凝土下沉、筑管、斷樁等情況，從而使灌注施工失敗，影響施工質(zhì)量，增加施工成本。依據(jù)實(shí)際情況，澆筑巖溶發(fā)育復(fù)雜的樁孔，導(dǎo)管埋深可以稍微加大，以防澆筑過程中混凝土面下沉而出現(xiàn)斷樁。

4 巖溶發(fā)育地質(zhì)條件下鐵路橋梁樁基施工

4.1 施工流程

經(jīng)過對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，結(jié)合本工程的實(shí)際情況研究決定采用沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行灌注樁施工。施工過程中對(duì)孔斜、巖溶漏漿、溶洞、裂隙通道等進(jìn)行積極高效的處理，提高成孔質(zhì)量和施工效率，降低混凝土超澆量。其施工流程如圖1所示。

圖1 巖溶地層沖(鉆)孔灌注樁施工流程

4.2 巖溶處理

對(duì)于地勘揭示存在溶洞等不良地質(zhì)條件的樁孔，針對(duì)同一墩臺(tái)，應(yīng)遵循先難后易、先大后小、先深后淺的原則，優(yōu)先施工溶洞較大、溶洞層次較多、溶洞埋深較深的，地質(zhì)條件最為復(fù)雜的樁孔；最后施工溶洞較小的、溶洞層次較少的、溶洞埋深較淺的樁孔。施工時(shí)對(duì)溶洞、裂隙通道等采用多種措施，進(jìn)行綜合治理，以保證樁孔質(zhì)量。

4.2.1 超前注漿法

在樁孔鉆進(jìn)施工前，可根據(jù)前期逐墩逐樁的地質(zhì)勘察結(jié)果，通過地質(zhì)勘察孔向溶洞內(nèi)灌注單水泥漿液或水泥水玻璃雙漿液、水泥砂漿、低標(biāo)號(hào)混凝土等進(jìn)行超前預(yù)處理，以堵塞地層中溶洞、裂隙通道等，增加地層整體性和完整性，減少后期樁基施工時(shí)巖溶漏漿、塌孔、混凝土超澆等問題發(fā)生。在注漿施工前，應(yīng)對(duì)注漿材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，其中水泥漿液水灰比為0.8∶1～1∶1；水玻璃與水泥漿的體積比控制在5%～20%之間；水泥砂漿水灰比為1∶0.5～1∶0.8，灰砂比為1∶0.5～1∶1。注漿壓力為1.0～1.5 MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求且持續(xù)穩(wěn)定10 min不進(jìn)漿即可結(jié)束注漿。

為保證注漿效果，注漿時(shí)應(yīng)遵循先周邊、后中間的原則。當(dāng)?shù)乜苯沂救芏椿蜃{量大、注漿壓力不上升時(shí)，可先灌注低標(biāo)號(hào)混凝土或水泥砂漿進(jìn)行回填，再灌注水泥漿，以減少水泥漿液流失或注漿不密實(shí)。針對(duì)串珠狀溶洞，注漿處理時(shí)應(yīng)自下而上分層進(jìn)行處理，以保證將每一層溶洞全部注滿(圖2)。

圖2 超前注漿法示意

4.2.2 拋填法

對(duì)于一般性巖溶，即溶洞高度小于5.0 m，漏漿量較小、漏漿較慢的樁基，施工中優(yōu)先采用拋填法回填適量比例為2∶1的片石、黏土和袋裝水泥(3袋/m)進(jìn)行處理。施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)提前準(zhǔn)備足夠數(shù)量的堵漏材料以及裝載機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備。當(dāng)鉆進(jìn)至溶洞頂板以上1.0 m左右時(shí)，減小沖擊鉆沖程，通過短沖程快頻率的沖擊方法逐漸擊穿溶洞，以防引起埋鉆、卡鉆、地表塌陷、溶洞塌方等事故[2]。若孔內(nèi)未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，則通過短沖程低頻率的沖擊方法繼續(xù)鉆進(jìn)至溶洞底部，然后提出鉆頭，向孔內(nèi)拋填片石、黏土，投入量按該溶洞的豎向高度加1.5 m計(jì)，后重復(fù)進(jìn)行鉆孔繼續(xù)施工。若擊穿溶洞后孔內(nèi)發(fā)生漏漿現(xiàn)象，則立即補(bǔ)充泥漿，同時(shí)拋入片石、黏土，投入量按該溶洞的豎向高度加1.5 m計(jì)。待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后復(fù)沖鉆孔繼續(xù)施工。若同一溶洞拋填后再次漏漿，則按上述方法再次回填反復(fù)沖擊擠壓密實(shí)，進(jìn)而使溶洞段孔壁達(dá)到平衡狀態(tài)，以使孔壁穩(wěn)定，同時(shí)能夠增加樁側(cè)摩阻力，從而一定程度上提升樁基礎(chǔ)承載力[3-4]。若經(jīng)上述方法處理仍反復(fù)漏漿的，應(yīng)及時(shí)提出建議修改處理措施(圖3)。

圖3 拋填法示意

4.2.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

對(duì)于溶洞高度不小于5.0 m的封閉型較大溶洞以及部分較大的串通型溶洞，或遇地下水與溶槽、溶溝及河床水相互貫通形成有流動(dòng)水的通道，形成大范圍漏漿時(shí)，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，用以阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或封閉地下動(dòng)水，益于后續(xù)鉆孔施工；既可以有效起到孔壁防護(hù)的作用，也可以避免因鉆孔樁孔壁塌造成地面塌陷[5]。在跟進(jìn)鋼護(hù)筒前，應(yīng)按前文拋填法的施工方法將溶洞進(jìn)行充填處理，以使鋼護(hù)筒與溶洞底部基巖面緊密貼合，有足夠的側(cè)向約束，保證成樁質(zhì)量和施工安全。

當(dāng)溶洞空間大、樁基較長(zhǎng)鋼護(hù)筒跟進(jìn)困難，不能一次跟進(jìn)到底時(shí)，可多次鉆孔、分級(jí)跟進(jìn)。為了降低同墩位的下一根樁施工時(shí)的溶洞處理難度，在同墩位的樁基中，優(yōu)先施工護(hù)筒跟進(jìn)法的樁基。鋼護(hù)筒從孔口跟進(jìn)至溶洞底以下1.0 m后按常規(guī)方案鉆孔到設(shè)計(jì)樁底。施工過程中選用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，在一定程度上可使施工質(zhì)量得到有效提升，同時(shí)還能加快整體施工進(jìn)度(圖4)。

圖4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法示意

4.2.4 灌注混凝土充填法

對(duì)5 m左右高度的溶洞，有時(shí)采用拋填片石、黏土、袋裝水泥的方法處理后樁孔內(nèi)仍反復(fù)漏漿，難以進(jìn)行造孔，而跟進(jìn)鋼護(hù)筒又不能達(dá)到預(yù)期效果，這時(shí)可采用灌注混凝土的方法進(jìn)行處理。為節(jié)約混凝土灌注量，可先拋填片石、黏土、袋裝水泥，反復(fù)擠壓密實(shí)，以充填溶洞和封堵裂隙通道，增加充填物的強(qiáng)度。同時(shí)預(yù)先回填處理能起到增大泥漿粘聚力、提升泥漿護(hù)壁能力、降低孔壁坍塌的作用。如此反復(fù)處理，待鉆至溶洞底后，再灌注混凝土?；炷凉嘧⒅寥芏错斠陨?.0 m，待凝12～36 h后，再重新進(jìn)行鉆孔施工(圖5)。

圖5 灌注混凝土填充法示意

5 應(yīng)用成果

本工程在巖溶區(qū)橋梁鉆孔灌注樁施工中采用拋填法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法和灌注混凝土法對(duì)所遇到的巖溶進(jìn)行針對(duì)性、綜合性治理，取得了良好的施工效果和經(jīng)濟(jì)效益。巖溶區(qū)570根基樁一次性樁檢合格率達(dá)100%，其中I類樁562根，占比98.6%，II類樁8根。同時(shí)，在保證施工質(zhì)量的前提下，相較前期試樁時(shí)單一的巖溶處理工藝，將擴(kuò)孔系數(shù)由2.33減小至1.65，節(jié)約混凝土9 450 m3，混凝土單價(jià)450元/m3，混凝土單項(xiàng)降低成本約425萬元；巖溶處理費(fèi)增加產(chǎn)值約1 269萬元，新增重復(fù)造孔單項(xiàng)預(yù)計(jì)增加產(chǎn)值約1 309萬元。

6 結(jié)束語

綜上所述，在巖溶地區(qū)進(jìn)行鐵路橋梁樁基施工時(shí)，首先要做好地質(zhì)勘察工作，然后根據(jù)地質(zhì)資料制定對(duì)應(yīng)的施工方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)巖溶采取多種措施進(jìn)行綜合處治，以確保樁基工程施工質(zhì)量。

本工程采用上述方法順利完成了巖溶地區(qū)鐵路橋梁樁基工程的施工，并取得了良好的施工效果，具有一定的借鑒參考價(jià)值，但還應(yīng)注意幾點(diǎn)：

(1)鉆進(jìn)過程中不論出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象與否，必須對(duì)地質(zhì)勘察揭示的溶洞和實(shí)際鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)的隱伏性巖溶進(jìn)行處理，以提高成孔質(zhì)量和減小后續(xù)灌注混凝土?xí)r混凝土的超澆量，從而降低成本。

(2)針對(duì)中小型暗河和集中徑流，為保證孔壁穩(wěn)定性，鉆孔過程中應(yīng)先拋填片石黏土進(jìn)行處理以阻斷地下動(dòng)水通道，后續(xù)可跟進(jìn)鋼護(hù)筒。

(3)鉆孔施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔傾斜度，切忌盲目追求鉆孔進(jìn)尺，以防在擊穿溶洞過程中發(fā)生卡鉆現(xiàn)象以及后續(xù)鋼筋籠安裝時(shí)不能下設(shè)到位。

(4)澆筑過程中要勤加測(cè)量孔內(nèi)混凝土面，適當(dāng)增加導(dǎo)管埋深，以防混凝土面下沉造成的斷樁事故；澆筑至設(shè)計(jì)高程時(shí)不要立即拔出導(dǎo)管，應(yīng)確定混凝土面無變化后方可拆卸導(dǎo)管。