田國清

【摘要】新華高架橋屬廣花盆地北部沖積平原地貌區(qū)，該橋多次跨公路及京廣鐵路，地面高程7.0～19.0m之間。地層巖層性主要為石炭系下石炭統(tǒng)石磴子組（C1ds）灰?guī)r。橋址區(qū)地層主要為第四系填土、沖積層和下石炭統(tǒng)石磴子組（C1ds）灰?guī)r?；鶐r為下石炭統(tǒng)測水組（C1dc）炭質灰?guī)r、炭質頁巖、砂巖、泥質粉砂巖和石磴子組（C1ds）灰?guī)r，此段基巖巖溶很發(fā)育，多處發(fā)現溶洞，揭露溶洞大小1.5～5.8m。溶洞頂板埋深13.90～31.90m。入巖后，巖溶發(fā)育，根據現有地質鉆孔資料，全橋溶洞樁基81根，見洞率18%。在勘探深度范圍溶蝕現象的溶洞高度最小為0.06m，最大達18.4m，且有部分樁基礎溶洞數量為1-3個呈串珠狀分布，地質條件較復雜，臨近高鐵和房屋。如何保證溶洞處理施工工藝的有效性和安全性是樁基施工的難點。

【關鍵詞】新華高架橋；熔巖；選挖鉆機；處理

一、樁基施工方案確定原則

1.1鑒于考慮到該段地質條件復雜，巖溶發(fā)育完全，溶洞多，周邊建筑物分布密集，且緊挨老橋（運營中）施工。因此樁基礎成孔采用對周邊震動較小的旋挖鉆成孔加鋼護筒跟進施工工藝。此工藝能有效減少地層擾動、防止孔內坍塌造成地表沉降以及坍塌等不良現象出現從而最大程度地保證舊橋結構安全性能，且施工效果良好，能有效地保證樁基成樁質量。

1.2樁基成孔采用先轉壓護筒、后鉆進掏渣直至設計孔底標高的施工方法，第一次及第二次清孔泥漿循環(huán)均采用正循環(huán)法處理，鋼筋籠報檢合格后使用平板汽車運輸至施工現場，采用汽車吊按規(guī)定兩點位置起吊吊裝，聲測管的布置及數量必須符合設計規(guī)范相關要求。樁基礎砼灌注前泥漿指標及孔底沉渣厚度必須經檢查符合規(guī)范及設計要求方可進行樁基礎水下砼灌注作業(yè)，且在灌注過程中應嚴格控制導管埋深以及拔管機操作等關鍵施工工序，規(guī)范施工現場管理。

1.3雖然刃角斜巖及溶洞已明確按拋填擠密護壁處理，且拋填材料擠密護壁工藝中已明示相關投放比例及投料順序，但具體實際施工時間效果如何，護壁成形厚度及力學性能如何，能否保證拋填擠密護壁能完全抵抗住孔內泥漿壓力、孔內泥漿不流失造導致內外壓力不平衡出現孔位坍塌、以及能否有效保證在施工過程中不出現砼灌注過程中、護筒外覆蓋層擠破已拋填處理擠密護壁出現樁基夾層造成斷樁、或灌注過程中由于砼灌注標高的加高壓力過大、施工擾動等相關因素，以至于拋填擠密護壁失效、樁身混凝土擠破已拋填處理擠密護壁造成樁身砼方數流失擴孔過大以及樁身出現不同程度蜂窩、麻面散落等不良質量現象等尚無具體指導意見，也無法形成最終有效的護壁措施。故對于單個溶洞高度大于5m的大溶洞或無填充空溶洞以及串珠狀溶洞中有單個溶洞高度大于5m者建議采用預注漿處理措施、此舉對于溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過滲透作用板結砂和礫的；而對于溶洞中的稀土、亞粘土等土體，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的；且對于無填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過充填作用填滿溶洞的。漿液在土體中的滲透擴散方向是往小主應力面方向，漿液固化后，小主應力面得到加固，而原次小主應力面變成小主應力面。這樣，通過對小主應力面反復不斷的加固，一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙，充填溶洞的空間，在樁體周圍形成防水帷幕，防止流砂和保證護壁泥漿不流失；另一方面，提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻，防止坍孔，從而有效保證樁基成孔質量。

1.4 綜合2.3條所述以及現場勘探資料，針對溶洞的大小和充填情況應選擇不同的處理方式，對有刃腳斜巖處以及高度0 .5 一5 米之內有填充溶洞確定采用鉆穿巖頂板后直接拋填擠密進行處理（每2m為一單位高度須處理一次），必要時可采用回填混凝土的方式進行填充擠密，形成有效的護壁。每次回填應對回填物的標高和泥漿濃度進行測量，以判定回填物的擠密效果。單個大溶洞（有填充）或無填充空溶洞以及串珠狀溶洞中出現單個溶洞高度大于5m建議皆采用預注漿處理。

二、施工工藝與方法

2.1 測量放樣：在樁基施工前，應對墩臺樁基位坐標圖進行復核，并根據墩臺樁位圖準確地放樣出各樁位。

2.2 場地準備：清除淤泥，軟基地段先換除軟土，平整場地，清除雜物，回填后碾壓、夯打密實，旋挖鉆機行走于堅實的地面上，以保證成孔質量。

2.3泥漿循環(huán)系統(tǒng)

2.3.1本工程采用鉆孔泥漿護壁，以保持孔壁在鉆進過程不坍塌，因受施工現場場地限制及考慮到文明施工要求，現場設單個大型泥漿箱，泥漿箱尺寸為6×2.3×1.7m（長×寬×高），箱中設有隔板分兩池以滿足沉淀池及泥漿池循環(huán)功能，設置的泥漿循環(huán)使用，廢土渣由運輸車運往指定的棄土區(qū)廢棄。

2.3.2現場泥漿處理系統(tǒng)由泥漿溝、泥漿沉淀池、泥漿池、泥漿泵以及旋流除砂器等組成，其中具體處理工藝為樁孔內泥漿先通過泥漿溝流入沉淀池、經自然沉淀再流入泥漿池，泥漿池內放置泥漿泵、泵送至旋流除砂器分砂處理、然后再壓入孔底內置換泥漿，不過有所區(qū)別的是，在第一次清孔時，因導管尚未安裝，泥漿是通過泥漿管接入一節(jié)短無縫鋼管直接下放到孔底實現泥漿正循環(huán)置換清孔，而在第二次清孔時，導管已安裝完畢，泥漿是通過泥漿管接入一節(jié)短無縫鋼管且與導管直接相連實現泥漿正循環(huán)置換清孔。

2.4 現場應急物資、機械設備準備及舊橋沉降觀測：準備好定量粘土、片石、水泥、水玻璃等拋填擠密護壁處理材料、同時鏟車、挖掘機、水車等相關機械設備相應到位，并在施工過程中指定專人對舊橋做好沉降觀測記錄。

2.5驅動器連接器轉壓鋼護筒系統(tǒng)與鉆桿鉆進系統(tǒng)獨立，可以實現單獨進尺，即可以先轉壓鋼護筒后鉆桿鉆頭鉆進，也可以后轉壓鋼護筒先鉆桿鉆頭鉆進，考慮到砂層等覆蓋層自立性較差以及現場高地下水位影響等不利因素、并出于施工安全性考慮、現場操作必須嚴格按照先轉壓鋼護筒，后鉆頭鉆進掏渣先后順序交替進行。且每次鉆進掏渣完成面不得超過護筒底，以防止鉆進過程鋼護筒內出現孔內坍塌等不良現象、從而有效保證成孔質量。

2.6首節(jié)鋼護筒下放原則：樁中心定位完畢之后便，先用雙底泥巖鉆斗鉆進2.5m深，掏渣完畢，然后在雙底泥巖鉆斗安裝擴孔器、擴孔2m深，在安裝套管靴并與首節(jié)護筒相連（套管靴總長度共計0.589m，、為增加其入土能力設刃角、安裝后與首節(jié)護筒后相連外露有效長度為0.5m），然后開始進行護筒轉壓作業(yè)。在其中的擴孔施工目的是為了方便護筒準確對中心位。鋼套筒下至距地面上5Ocm 時停止鉆進，以便下節(jié)鋼護筒連接。在連接第二節(jié)鋼護筒時，必須用特制的鋼護筒管孔口夾持器夾牢鋼護筒，防止鋼護筒因本身護筒自重下沉。

2.7第二節(jié)鋼護筒下放，旋挖機套緊3 米鋼護筒與第一節(jié)對位（每節(jié)鋼護筒設有4 個定位槽和4 個定位劍，以便定位劍插入定位槽來定位），接口處用螺栓銷連接擰緊（注意對稱均擰）；旋挖機轉壓鋼護筒，下放鋼護筒的方式是通過驅動器和連接盤連接在動力頭實現轉壓驅動，下完第二節(jié)標準護筒后繼續(xù)吊裝下鉆第三節(jié)及以后的標準護筒。

2.8在下放最后一節(jié)鋼護筒時，應根據地質資料和現場下套筒深度計算需要發(fā)放鋼護筒長度，選擇合適的非標準鋼護筒下放。

2.9鉆孔時，起、落鉆頭的速度均勻，不得過猛或驟然變速。鉆進過程中應保證泥漿面始終不低于護筒底部100cm以上，并應嚴格控制鉆進速度，避免進尺過快造成坍孔埋鉆事故。鉆斗的升降速度宜控制在0.75～0.80m/s；在粉砂層或亞砂土層中，升降速度應更加緩慢，同時應經常注意檢查鉆機位置，保持其位置準確和平臺穩(wěn)固。鉆孔作業(yè)宜連續(xù)進行，并詳細填寫鉆孔施工記錄，因故停鉆時，將鉆頭提出孔外，防止埋鉆。并隨時觀察進漿口處泥漿標高，防止漏漿引起塌孔。

2.10鉆孔過程中，應經常對泥漿進行檢測，保持孔內泥漿稠度，注意地層變化，隨時根據地質情況調整泥漿比重，在地層變化處抽取渣樣，判明地層情況并與地質剖面圖比較，如實寫入鉆孔施工記錄，當鉆孔地質與設計明顯不同時，必須及時上報。根據地質資料，對于每層地質更換不同鉆頭鉆進及每層地質均要測定泥漿的各項指標（包括泥漿比重、粘度和含砂率），并做好記錄。

2.11施工鉆孔時先通過顯示器按鈕直接進入主工作界面，明確相關情況后方可進行鉆孔作業(yè)。鉆孔時可先將鉆斗著地，通過顯示器上的清零按鈕進行清零操作，記錄鉆機鉆頭的原始位置，此時，顯示器顯示鉆孔的當前位置的條形柱和數字，操作人員可通過顯示器監(jiān)測鉆孔的實際工作位置、每次進尺位置及孔深位置，從而操作鉆孔作業(yè)。在作業(yè)過程中，操作人員可通過主界面的三個虛擬儀表的顯示一一動力頭壓力，加壓壓力、主卷壓力，實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。開孔時，以鉆斗自重并加壓作為鉆進動力，一次進尺短條形柱顯示當前鉆頭的鉆孔深度，長條形柱動態(tài)顯示鉆頭的運動位置，孔深的數字顯示此孔的總深度。當鉆斗被擠壓充滿鉆渣后，將其提出地表，操作回轉操作手柄使機器轉到土方車的位置，將鉆渣裝入土方車，完畢后，通過操作顯示器上的自動回位對正按鈕機器自動回到鉆孔作業(yè)位置，或通過手動操作回轉操作手柄使機器手動回到鉆孔作業(yè)位置。此工作狀態(tài)可通過顯示器的主界面中的回位標識進行監(jiān)視。

2.12鋼護筒應一直下放到巖面，下放未完成前應用夾持器套牢鋼護筒，防止鋼護筒自重引起的自動下沉。旋壓鋼護筒之前以及鋼護筒下放到巖面后，必須斷開夾持器與鋼護筒之間的聯(lián)接。

2.13對于刃角封堵處理，必須先用雙底泥巖鉆斗鉆進及撈渣土砂等覆蓋層作業(yè)至刃角底部50cm左右才開始擠密護壁處理，對于有填充溶洞，必須先用雙底泥巖鉆斗撈渣深度1m左右，給護壁擠密處理預留出一定空間。施工過程中刃腳及溶洞拋填護壁擠密處理材料投放順序及相關比例如下：水泥6 包 水玻璃10kg （用薄膜袋裝成兩袋分兩次下） 小塊石lm3 （用挖機斗于孔中心半斗下一次，下料應小心勿碰鋼套筒） 粘土lm3，按以上順序下兩次后，旋挖機帶壓漿鉆斗（擠壓鉆頭）下至孔底慢鉆攪20 至30 轉左右（鉆桿不停地上提下鉆和左右擺動，以利側擠至孔外），反復多次往孔外側擴擠，操作機手感到鉆頭能輕易下至下端巖頂面后即提起鉆頭，繼續(xù)按以上順序拋填水泥、水玻璃、小塊石，并酌情添加加粉紅粘土，此次應拋填較大量材料，其頂面應基本與溶洞頂面持平或略高（刃角斜巖地區(qū)應按超出刃角2m以上），然后用旋挖機按以上方法攪動擠壓，攪擠到一定時間后（孔底有2 米左右混合料），即停止作業(yè)2 一3 小時左右，待孔底下2 米左右混合料護壁形成一定強度后，再進行循環(huán)漸進作業(yè)施工，反復多次可填封溶洞或刃角斜巖孔壁；多次處理后，再加以觀測孔內泥漿水頭變化，以堵漏和檢驗孔壁處理效果。重復以上方法直至護壁穩(wěn)定為止，方可開始下層巖板鉆進作業(yè)。

2.14每次處理完后，旋挖機須正反轉鋼套筒不少于10 轉，以防止拋填擠密處理材料粘結鋼護筒底部，造成事故。若按以上方法多次補處理仍漏漿，則須用低標號混凝土灌孔至刃角底以上1.5 米；待混凝土有一定強度再次下鉆施工。

2.15 終孔驗收、清孔

2.15.1成孔達到設計標高并經四方現場確認后方可終孔，并對孔深、孔徑、垂直度等進行檢查，不合格時采取措施處理。成孔檢查方法根據孔徑的情況來定，直接采用測繩測量孔深，用圓筒檢孔器械配合檢查樁孔中心偏位，樁孔直徑及樁孔垂直度。

2.15.2清孔采用泥漿泵壓入孔內置換正循環(huán)法，清孔時合理控制泥漿的粘度與含砂率，在清孔過程中，不允許無故長時間停止泥漿循環(huán)?，F場施工管理人員應該檢查孔底沉渣厚度，直至達設計要求或施工規(guī)范。清孔后樁底沉淀層厚度應符合有關要求，嵌巖樁沉淀層厚度<50mm，灌注前泥漿比重為1.03-1.10，粘度為17-20（s），含砂率<2%，膠體率>98%。

2.15.3第一次清孔完成后，測定泥漿指標，報請監(jiān)理工程師驗收鋼筋籠合格后，準備鋼筋籠和聲測管下放。

2.16第二次清孔：由于安放鋼筋籠及導管準備澆注水下混凝土，這段時間的間隙較長，孔底有可能產生新碴，待安放鋼筋籠及導管就序后，若樁基礎砼灌注前泥漿指標及孔底沉渣厚度經檢查不符合規(guī)范及設計要求時必須進行二次清孔，清孔采用泥漿置換正循環(huán)法，以達到置換清渣的目的。施工中應勤搖動導管，改變導管在孔底的位置，保證沉渣置換徹底。待孔底泥漿各項技術指標及孔底沉碴厚度復檢時均達到設計及規(guī)范要求清孔完成后，立即進行水下混凝土灌注。

2.17鋼護筒上拔拆除

2.17.1在終孔確認后且第一次清孔之前，根據拔管機的尺寸和擬安放位置于地面上放好邊線位置并用石灰做好具體標記，且為保證鋼護筒上拔時傳遞給地基的反力符合承載力施工要求，先在護筒周邊鋪設設30cm碎石墊層共計超出拔管機安裝范圍以外50cm，并用小型機具夯實，其上再鋪設20cm砂墊層，鋪設范圍同碎石墊層，夯實找平后上鋪50mm厚鋼板、撥管機放置在鋼板上。將撥管機抱緊油缸松至最大，用吊車吊裝拔管機對位，將鋼護筒套入拔管機中間，并按需墊方條或厚木板以利于調整拔管機的水平度，安裝對位后液壓卡環(huán)環(huán)保鋼護筒并進行調試，在確保拔管機能安全可靠操作作業(yè)后開始灌注混凝土。

2.17.2撥管初始時問與混凝土初凝時間密切相關，一定要在初凝前開始起拔。在開始灌注后，及可開啟微動開關，抱緊鋼護筒—分鐘大約提升1cm左右。已避免人為延時造成的事故。需要快速拔管時，將微動開關關掉，開啟大泵開關，與吊機配合依次快速將鋼護筒拔出。整個鋼護筒拔除視具體樁長而言必須分兩次及兩次以上操作完畢，施工過程中還應注意拔除鋼護筒后，必須保持護筒埋入混凝土頂面以下最小深度不得小于1m，且保持護筒內水頭穩(wěn)定

2.17.3在撥管時，鋼筋籠與鋼護如果同時上浮，可以采用旋挖鉆機用鉆桿和鉆頭將鋼筋籠壓住，然后起撥鋼護筒，使其發(fā)生相對位移即可。同時還必須嚴格控制護筒上拔高度，切記不可上拔過高，這樣易使旋挖鉆桿及鉆頭無法提出鋼護筒外。

2.17.4上撥完畢拆卸鋼護管時，若鋼護筒有下滑情況，可以使用下夾緊液壓卡盤，使其將鋼護筒抱住，拆卸完后，將抱管缸（上夾緊）抱住鋼護筒后，將下夾緊松開，然后繼續(xù)上拔作業(yè)。

2.17.5機械卡盤放置位置與液壓卡盤相同，機械卡盤的四個夾爪在對應的起拔油缸位置，為防止起管或者放置入抱管缸與鋼護筒之間過程中，下卡盤被帶起或頂起，必須在底座上焊壓板將其壓住，防止其上行。機械卡盤在拔管過程中，卡爪始終貼著鋼護筒，一旦鋼護筒發(fā)生下滑，會自行將其鎖住，而在起拔時，會自動解鎖，不需要人為操作。

2.17.6當壓力小于5MPa，或經吊車提試，鋼護筒可提起，此時可不需要拔管機起拔，只需在卸連接銷時，拔管機將鋼護筒抱住即可，主要由吊車完成撥管作業(yè)。

2.17.7鋼護筒完全拔除完畢后，關閉泵站電源，將油管與拔管機卸下，清理泵站表面，將拔管機移離孔口，清理表面。拔管機活動部分每臺班都應注入潤滑油清洗，且將撥出的鋼護筒用水清洗干凈，并清理干凈鋼護筒接頭部分沉淀的泥沙、混凝土等雜物，在連接銷外表上潤滑脂已做防護。

三、結束語

選挖鉆機在路橋施工中的作用將越來越明顯，特別是市區(qū)改擴建工程施工中。對熔巖地基進行處理的方式種類較多，其原理和方式也存在著一定的差異，因此，需要根據工程建設的實際情況，對處理方法進行科學選擇，以保證處理方式的合理性及有效性。