龍曙東，駱宏勛

(湖南省婁新高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南婁底 417000)

1 工程概況

資水大橋是湖南省婁底至新化高速公路第八合同的一座大型橋梁，起點(diǎn)樁號(hào)為k75+351，終點(diǎn)樁號(hào)為k76+293，大橋總長(zhǎng)942 m。本橋引橋:婁底側(cè)為4×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，新化側(cè)為16×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。主橋?yàn)?8 m+3×80 m+48 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面懸澆連續(xù)箱梁，單箱單室箱型截面，跨度為(48+3×80+48)m。主橋按5～8號(hào)墩四個(gè)“T”構(gòu)對(duì)稱懸臂現(xiàn)澆施工，0號(hào)梁段長(zhǎng)6.0 m，其余1～9號(hào)梁段長(zhǎng)為4.0 m，0號(hào)梁段采用搭設(shè)托架澆注完成，其余梁段采用掛籃懸澆，懸澆最重梁段為1 553 kN，兩岸邊跨端部有6.84 m現(xiàn)澆梁段，須搭設(shè)支架澆注，單幅五個(gè)合攏段每段長(zhǎng)為2.0 m。

1.1 樁基礎(chǔ)概況

主橋5～8號(hào)橋墩位于資江河道中，下部結(jié)構(gòu)為單樁(φ300 cm)單柱(六棱形)，單幅主墩為1排2根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁頂設(shè)過(guò)渡段(φ 380 cm，高650～1 000 cm)和系梁(高400 cm)，鉆孔灌注樁樁徑為φ 300 cm，地系梁設(shè)計(jì)均位于河床之上、施工水位之下。鉆孔為嵌巖樁，過(guò)渡段嵌入河床3～7 m。

1.2 地質(zhì)條件

資水大橋施工前及施工過(guò)程中，先后對(duì)橋址地層進(jìn)行了3次地質(zhì)勘查，形成了較為詳細(xì)的地質(zhì)勘查報(bào)告。

橋址地層由第四紀(jì)沖積層、殘積層和灰?guī)r組成，屬溶洞區(qū)。該橋主橋橋墩位于資江河道中，地基以灰?guī)r為主，溶蝕裂隙及溶洞發(fā)育。橋位區(qū)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r中溶洞相當(dāng)發(fā)育，發(fā)育有深大溶溝及溶洞;而泥灰?guī)r中巖溶發(fā)育相對(duì)稍少，巖溶要以淺層溶溝為主，局部發(fā)育規(guī)模較小溶洞;溶溝中充填黏性土或砂卵石，溶洞中充填黏性土或無(wú)充填物。

資水大橋6#墩最具代表性，本文將以6#墩為例進(jìn)行樁基施工方法的闡述，6－1#樁、6－2#樁鉆孔地質(zhì)柱狀圖分別見圖1，圖2。

圖1 資水大橋6－1#樁鉆孔地質(zhì)柱狀圖

圖2 資水大橋6－2#樁鉆孔地質(zhì)柱狀圖

2 鉆孔樁施工

2.1 鉆孔平臺(tái)施工

鉆孔樁施工采用鋼管樁加型鋼平臺(tái)的施工方法。根據(jù)工期要求，搭設(shè)4個(gè)鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)，6臺(tái)110 kW鉆機(jī)施工。鋼管樁直徑為426 mm，壁厚12 mm，圍籠由9根鋼管樁和鏈接角鋼等組成，為單壁鋼圍籠。圍籠鋼管樁的打入要求保證其垂直度，利用貫入度及入土深度控制其穩(wěn)定性，單根承載力由貫入度控制，最大10 mm，最小3 mm。最后樁尖控制標(biāo)高在161.0～165.0 m。樁頂標(biāo)高175.5 m，平臺(tái)頂標(biāo)高為177.5 m。

鋼管樁下部聯(lián)系結(jié)構(gòu)焊接完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，測(cè)量放樣，切割鋼管樁，使鋼管樁樁頂位于同一水平面，并與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高一致。然后在鋼管樁切割完成后，在樁頂焊接一塊500 mm×500×10 mm鋼板，防止由于鋼管樁發(fā)生局部應(yīng)力集中時(shí)導(dǎo)致樁體損壞。在鋼板焊接完成后開始搭設(shè)平臺(tái)面，平臺(tái)面由縱橫兩向工字鋼焊接完成，底層橫向工字鋼為2×I40b，上層縱向工字鋼為10×I40b工字鋼，上層再鋪5×I40b，形成井字結(jié)構(gòu)，層間工字鋼及鋼圍籠之間全部采用滿焊鏈接。

鋼管樁圍籠全部施工完畢后，進(jìn)行鉆孔樁鋼護(hù)筒的埋設(shè)。用全站儀進(jìn)行樁位放樣，放樣后即進(jìn)行鋼護(hù)筒埋設(shè)、打入、護(hù)筒下方順序?yàn)?先下大護(hù)筒(3.8 m)，再下小護(hù)筒(3.3 m)。

2.2 鉆孔施工

鉆孔施工中需要注意的是，在開孔前須由質(zhì)檢工程師檢查驗(yàn)收合格后，才可開孔沖進(jìn)。開始沖孔時(shí)應(yīng)以小沖程在護(hù)筒內(nèi)造漿(制漿前應(yīng)先把粘土塊打碎，使其在攪拌中易于成漿，提高泥漿質(zhì)量)，并開動(dòng)泥漿泵進(jìn)行循環(huán)，待泥漿均勻后開始鉆進(jìn)。若無(wú)法形成較理想的泥漿時(shí)，加入膨潤(rùn)土或優(yōu)質(zhì)粘土進(jìn)行攪拌造漿，待泥漿性能符合要求后方可鉆進(jìn)。在上部位置應(yīng)以小沖程沖進(jìn)，避免影響護(hù)筒位置的正確性，保證護(hù)筒不致發(fā)生偏移，正常鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)合理調(diào)整和掌握沖進(jìn)沖程，防止發(fā)生卡鉆或者打空錘現(xiàn)象，確保鉆孔安全。為了使泥漿得到充分利用，泥漿循環(huán)系統(tǒng)充分發(fā)揮鋼護(hù)筒的作用。鋼護(hù)筒埋設(shè)結(jié)束后，在護(hù)筒頂向下約1 m處開一圓孔，用300 mm的鋼管將各樁的護(hù)筒串聯(lián)起來(lái)，用作泥漿池和沉淀箱，泥漿經(jīng)泥漿泵抽進(jìn)孔內(nèi)后利用泥漿泵的水頭壓力將孔底沉渣沖出，經(jīng)沉淀池沉淀后流進(jìn)泥漿池，循環(huán)使用。所有多余泥漿通過(guò)DX－250型泥漿凈化器處理，鉆渣和廢漿外運(yùn)至指定位置，以免造成環(huán)境污染。

3 穿越溶洞處理

巖溶地質(zhì)條件下灌注水下混凝土，需要特別注意，首先通過(guò)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料以及鉆孔原始記錄，掌握溶洞分布情況，部位、大小以及灌注過(guò)程中可能出現(xiàn)的問題。在混凝土灌注快接近溶洞部位處，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土灌注的深度，掌握導(dǎo)管的埋深，防止隨著混凝土灌注上升產(chǎn)生的壓力壓垮溶洞部位堵漏的混合物，從而使混凝土流入溶洞造成導(dǎo)管埋深不夠，出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。當(dāng)灌注至溶洞附近需放慢灌注速度，當(dāng)穿越溶洞5 m以上再進(jìn)入正常灌注。

3.1 護(hù)筒跟進(jìn)

鋼護(hù)筒采用16 mm鋼板卷制，直徑比孔徑大20 cm，護(hù)筒外壁焊接［10槽鋼，確保護(hù)筒中心跟樁基中心重合，當(dāng)溶洞較深較大時(shí)，采用護(hù)筒跟進(jìn)的原則。先下兩節(jié)鋼護(hù)筒后進(jìn)行小沖程鉆孔，當(dāng)孔深超過(guò)2 m時(shí)，繼續(xù)接長(zhǎng)護(hù)筒下沉到位，在護(hù)筒接頭部位進(jìn)行滿焊，盡量使護(hù)筒插打至密實(shí)土層，并最大限度插打至巖面。護(hù)筒與護(hù)壁之間回填粘土及小片石，固定護(hù)筒，確保護(hù)筒平面位置的準(zhǔn)確。

3.2 鉆孔過(guò)程中的漏漿、塌孔處理

在巖溶發(fā)育地區(qū)，溶洞相互交錯(cuò)貫通，一旦鉆孔與其相連通，孔內(nèi)的泥漿將大量流失，造成塌孔，當(dāng)鉆孔穿透溶洞頂板時(shí)，鉆孔內(nèi)的泥漿急劇下降，地下水對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力，造成孔壁受地下水滲透，造成塌孔。對(duì)其處理方法需及時(shí)得當(dāng)，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重后果，直接影響工期。施工過(guò)程中，6－2#樁進(jìn)入20 m時(shí)由于漏漿而發(fā)生塌孔，采取的主要處理措施有:

1)要求鉆機(jī)操作人員對(duì)照設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，隨時(shí)檢查孔內(nèi)的水位，泥漿稠度，當(dāng)護(hù)筒內(nèi)的水位急劇下降時(shí)，表明遇到溶洞，須及時(shí)進(jìn)行處理，適當(dāng)?shù)膾佁钚∷槭诱惩疗?，或用袋裝粘土直接投入孔內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行注水保持孔內(nèi)水頭，再用鉆錘進(jìn)行反復(fù)沖砸，鉆進(jìn)過(guò)程應(yīng)用小沖程。

2)拋填的準(zhǔn)備工作。當(dāng)遇到大溶洞緊急情況下泥漿涌出護(hù)筒口后急劇下降，表明遇到了大溶洞，為保證能及時(shí)對(duì)孔內(nèi)溶洞進(jìn)行回填，在新化岸碼頭泊有三艘裝滿片石、粘土、水泥的駁船;同時(shí)，為了提高回填速度，特別定做了一艘60 t的自卸船，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)孔內(nèi)不斷投入整袋的水泥、粘土以及30 cm以上的片石，確保遇見溶洞時(shí)能及時(shí)回填。

在具體的回填施工中，應(yīng)分層拋填，對(duì)于6－2#樁，采用袋裝的水泥、粘土、片石按順序分層拋填。

3.3 偏孔處理

由于溶洞發(fā)育溝槽凹凸不平，鉆孔過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)斜面巖，偶有孤石，孔底地質(zhì)軟弱不均等導(dǎo)致鉆頭持力不均，往往容易造成偏孔現(xiàn)象。糾偏是巖溶地質(zhì)鉆孔最常見的內(nèi)容，貫穿整個(gè)鉆孔過(guò)程，處理是否得當(dāng)直接影響鉆孔的質(zhì)量和進(jìn)度。

鉆孔施工中，每3～5 m測(cè)一次垂直度，隨時(shí)進(jìn)行糾偏。施工中6－2#樁進(jìn)入巖溶發(fā)育層之后出現(xiàn)了塌孔，隨后采用3.2 m護(hù)筒跟進(jìn)，但偏孔現(xiàn)象不斷產(chǎn)生，需要隨時(shí)進(jìn)行糾偏及調(diào)整。

要求鉆孔操作工人一遇到鉆頭持力不均異?，F(xiàn)象，就及時(shí)進(jìn)行處理，對(duì)孔內(nèi)回填堅(jiān)硬片石和粘土，片石和粘土的比例為3∶1，回填片石的硬度須滿足要求，比基巖高一等級(jí)。將孔內(nèi)回填1.5～2.0 m，以保證鉆頭平穩(wěn)垂直，以50 cm的小沖程沖孔，沖擊至原偏孔位置再次拋入一定比例的混合物1 m左右，以1.0 m沖程鉆孔直至滿足規(guī)范要求再停止糾偏。對(duì)于偏孔須及時(shí)處理，以免產(chǎn)生累積偏差造成斜孔。

3.4 卡鉆處理

在石灰?guī)r地質(zhì)沖擊鉆卡錘現(xiàn)象較頻繁出現(xiàn)。6－2#樁施工中15 m深度處出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，處理時(shí)先用其它備用沖錘沖打鉆頭幾下，使鉆頭脫離卡點(diǎn)后再拉起。為了更好的防止卡鉆事故發(fā)生，鉆機(jī)操作手必須熟悉樁基地質(zhì)資料，在接近容易卡鉆巖層時(shí)應(yīng)以小沖程反復(fù)沖進(jìn)，禁止利用大沖程猛砸。

4 基樁荷載－沉降數(shù)值驗(yàn)算

首先，根據(jù)地質(zhì)勘查資料獲取了該兩根樁的樁周及樁端巖層的分布情況;其次，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及原位取樣試驗(yàn)獲得了基樁受力的初步特征及樁周、樁端巖土層的力學(xué)參數(shù);再次，使用荷載傳遞法［1，2］，結(jié)合樁身能量平衡方程［3～6］，構(gòu)建基樁工作性狀的數(shù)值計(jì)算模型;最后，通過(guò)計(jì)算得到了6－2#樁的荷載－沉降曲線。

基于地質(zhì)勘查資料和施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可知6－2#樁的地層及計(jì)算模型可擬定為如圖3所示。6－2#樁樁周依次為漂石層、溶洞、中風(fēng)化灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r。計(jì)算中，溶洞及溶溝地層不考慮與樁身的接觸，其它地層計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘查資料或取樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)極限摩阻力及端阻力取估值。計(jì)算中采用的各巖土層工程特性指標(biāo)見表1。

表1 巖土層工程特性指標(biāo)

4.1 計(jì)算模型簡(jiǎn)介

為考慮多層地基及溶洞條件下樁側(cè)阻的計(jì)算特點(diǎn)，將地層根據(jù)巖體類別離散為層單元，并使之與相同深度處樁身單元對(duì)應(yīng)。層單元的力學(xué)性能按該深度處的所屬的巖體取值。地層單元與樁身單元的接觸利用非線性三折線荷載傳遞函數(shù)計(jì)算，溶洞處接觸參數(shù)取零，僅考慮樁身的壓縮;樁端阻力按非線性材料強(qiáng)化模型計(jì)算。見圖3。

4.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)初步計(jì)算，6－2#樁的荷載－沉降曲線如圖4所示。顯示當(dāng)荷載小于2 000 t時(shí)，6－1#、6－2#樁的剛性系數(shù)基本相等，但是當(dāng)荷載超過(guò)2 000 t時(shí)，僅從兩根樁的計(jì)算結(jié)果看，既有可能出現(xiàn)6－1#樁的沉降大于6－2#樁的情況，監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)注意兩根樁的沉降發(fā)展情況。從圖3還可大致判斷出6－1#、6－2#樁的極限承載力分別在3 000 t和3 500 t左右。

綜上所述，6－1#、6－2#樁穿越溶洞，其承載性能與普通超長(zhǎng)大直徑樁雖然有某些共同點(diǎn)(如樁頂荷載主要由側(cè)阻力承擔(dān))，但不可否認(rèn)兩者之間有較大的差異。其側(cè)阻力組成，端阻力發(fā)揮模式，樁身變形及承載模式等均具有鮮明的特點(diǎn)。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意區(qū)分巖溶地基與普通巖土地基的區(qū)別及承載機(jī)理上的差異。

圖3 6－2#樁計(jì)算模型

圖4 6－2#樁荷載－沉降曲線

以上計(jì)算均基于實(shí)測(cè)地勘資料及巖土體取樣試驗(yàn)實(shí)測(cè)參數(shù)完成，但由于在計(jì)算中使用的模型及接觸計(jì)算方法與實(shí)際情況仍有差異，且?guī)r溶地區(qū)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論還極不完善，因此更為準(zhǔn)確、合理的計(jì)算模型及接觸處理方法仍有待進(jìn)一步探討。

5 結(jié)論

本文主要介紹了資水大橋部分基樁穿越溶洞時(shí)的施工方法及基樁承載力驗(yàn)算過(guò)程。得出的主要結(jié)論有:

1)對(duì)于存在溶溝或溶洞的地基，應(yīng)通過(guò)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告充分了解溶溝或溶洞的分布情況，并在施工時(shí)盡量采用小沖程鉆進(jìn)，避免大錘重砸。

2)施工時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意鉆孔內(nèi)泥漿位置的變動(dòng)，并在施工前做好拋填的準(zhǔn)備，一旦出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象立即進(jìn)行拋填，防止出現(xiàn)塌孔。

3)對(duì)穿越溶洞的基樁承載力進(jìn)行驗(yàn)算不可采用與普通地基中基樁承載力驗(yàn)算相同的方法，需要根據(jù)具體的地質(zhì)情況，專門建立符合工程實(shí)際的計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算。

4)該工程基樁承載力驗(yàn)算結(jié)果表明基樁承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足工程需要，間接說(shuō)明了施工方法的合理性和可行性。

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