董兆輝， 廖輝軍

(1.上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司， 上海　201600；　2.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)， 湖南 長沙　410004)

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大跨徑跨河橋梁樁基溶洞處理方法研究

董兆輝1， 廖輝軍2

(1.上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司， 上海201600；2.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)， 湖南 長沙410004)

摘要：橋梁樁基區(qū)域的溶洞不僅直接影響樁基的承載力，還給樁基成孔帶來很大困難，在施工過程中，溶洞區(qū)域漏漿、垮孔等都將影響到樁基的施工進(jìn)度與質(zhì)量，傳統(tǒng)的充填片石方式耗時(shí)且不容易保證成樁后的基礎(chǔ)承載力，結(jié)合在某大橋上的實(shí)踐，對(duì)溶洞采用充填注漿處理，這樣不僅可以保證樁基的順利施工，還可提高樁基的承載力，確保橋梁的整體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁； 樁基礎(chǔ)； 溶洞； 注漿

0引言

樁基是橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，承載整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的靜載及動(dòng)載，其承載力必須滿足設(shè)計(jì)要求，又由于其結(jié)構(gòu)處于地面以下，地下空間構(gòu)造的復(fù)雜性及不可見性增加了施工難度，尤其在地下部分存在溶洞等情況時(shí)。常規(guī)的溶洞處理方法有片石填充，鋼護(hù)筒加長穿過等，分別存在施工難度大，成樁質(zhì)量不易把握等缺陷，本文結(jié)合某大橋的樁基處理實(shí)踐，探索一種新的溶洞處理方法，以供借鑒與參考。

1工程概況

某大橋上部結(jié)構(gòu)為3跨變截面連續(xù)梁，跨徑87 m+144 m+87 m，其中兩主墩均采用圓端型鋼筋混凝土實(shí)體墩，下構(gòu)為長16.4 m，寬7 m，高4.5 m的八面體承臺(tái)+直徑2 m的鉆(沖)孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，每墩下設(shè)樁15根，樁徑2 m，持力層為中風(fēng)化鈣質(zhì)礫巖。

勘測(cè)結(jié)果表明巖溶是橋位處最突出的不良地質(zhì)。巖溶發(fā)育于灰質(zhì)礫巖層以及板巖質(zhì)礫巖層中所夾灰質(zhì)礫巖夾層中，巖溶發(fā)育豐富，多個(gè)勘探孔揭露，勘察判斷的巖溶形態(tài)主要為溶洞、溶蝕裂隙，絕大部分巖溶洞隙為全充填，少數(shù)半充填(充填物以影性土含砂礫為主、軟弱)，極少部分為無充填空洞，勘探巖溶視厚度0.4～9.4 m不等，呈串珠狀多層分布。

巖溶不良地質(zhì)的存在對(duì)本橋梁樁基穩(wěn)定、承載性能、地基沉降構(gòu)成威脅以及不利影響，是本橋梁地基基礎(chǔ)工程面臨的不利與復(fù)雜問題，需進(jìn)行處理。

2溶洞處理方法選擇

2.1溶洞處理的要求及傳統(tǒng)方法的弊端

設(shè)計(jì)要求對(duì)樁身以及樁端以下10 m深度范圍內(nèi)的溶洞進(jìn)行充分填實(shí)處理，對(duì)樁底10 m深范圍內(nèi)、樁身、樁側(cè)巖溶經(jīng)處理后，確保巖溶空腔與裂隙被具有一定強(qiáng)度的水泥或土泥混合物充填并與洞周基巖結(jié)合緊密，確保樁底巖溶頂板、樁側(cè)土體穩(wěn)定并具有抗變形能力，防止樁基“刺入”性破壞與頂板垮塌破壞及過大沉降，防止橋墩在以后的運(yùn)營過程中發(fā)生不均勻沉降，保證上部結(jié)構(gòu)安全。

大橋設(shè)計(jì)文件明確樁基為摩擦端承樁，樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，進(jìn)一步的勘測(cè)結(jié)果表明，橋位處的溶洞結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，在不到2 m范圍內(nèi)的3個(gè)勘測(cè)孔，揭露出的溶洞頂板高程相差達(dá)到8 m。若采用傳統(tǒng)的拋填片石混凝土方式進(jìn)行溶洞處理，溶洞不一定能充填完整，這樣，即使樁基能順利成孔，也不能保證樁基的側(cè)壁摩擦力滿足要求，采用加長鋼護(hù)筒的方式同樣存在這樣的弊端，且不容易穿過河床面上的卵石層。

2.2處理方案比選及確定

由于地層復(fù)雜，巖面高程變化大，大部分溶洞具坍落填充物，部分深溶洞填充少水作用明顯，相對(duì)于現(xiàn)地面約50.35～60.85 m的處理范圍，砂石、混凝土很難以通過小口徑鉆孔填下去，只有通過注入流動(dòng)性強(qiáng)且凝結(jié)后強(qiáng)度高的水泥漿才可能填充滿溶洞并滿足樁側(cè)土體強(qiáng)度要求。

水泥漿的灌注方法有靜壓注漿充填法及高壓旋噴結(jié)合循環(huán)清孔后靜壓注漿的綜合處理充填法等，根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，單純采用靜壓注漿法擴(kuò)散半徑小，鉆孔量大，因此宜采用高壓旋噴結(jié)合循環(huán)清孔后靜壓注漿方法：

1) 對(duì)外側(cè)孔采用高壓旋噴樁相連成帷幕，形成漿液阻斷墻。

2) 內(nèi)側(cè)孔利用旋噴機(jī)把安有水平噴嘴的旋噴管伸入孔底(溶洞內(nèi))，以20～30 MPa的高壓水流對(duì)溶洞自上而下、由下而上反復(fù)沖擊切割，使其充填物削落形成松散顆粒物，然后采用氣舉反循環(huán)的方法反復(fù)清渣，將充填及削落的松散沉淀物、淤泥大部分或全部清出樁身外，形成空腔。對(duì)內(nèi)側(cè)循環(huán)清水清渣后的孔，采用靜壓注漿。

優(yōu)點(diǎn)在于：巖溶清孔后注漿擴(kuò)散半徑從1 m左右擴(kuò)充到2～3 m，減小了灌漿孔的數(shù)量及相應(yīng)的注漿配套費(fèi)用，且注漿效果更好；外側(cè)孔完成后，內(nèi)側(cè)孔返漿、壓力均能得到良好控制，使?jié){液能充分?jǐn)D滿周邊空隙，從而使持力層連續(xù)、完整，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。

3具體施工方案、方法與技術(shù)措施

3.1注漿處理方案設(shè)計(jì)

注漿加固孔距充填一般值為1.5 m，純水泥漿充填范圍加壓可達(dá)2～3 m。由于本工程地質(zhì)情況復(fù)雜，基礎(chǔ)樁徑為2 m，須保證在圓徑2 m范圍內(nèi)的3孔，才能達(dá)到有效覆蓋，并相互交叉重疊沒有盲區(qū)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，達(dá)到各孔相互交叉重疊，又經(jīng)濟(jì)的目的，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程為溶洞充填注漿，結(jié)合純水泥漿漿液的滲透性，綜合考慮按間距為1.73 m的等邊三角形型布置。見圖1。

圖1　注漿孔布置圖

3.2施工工藝流程及準(zhǔn)備工作

施工順序?yàn)橄韧鈧?cè)后內(nèi)側(cè)，工藝流程(圖2)如下：

外側(cè)孔采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，三重管高壓旋噴注漿；內(nèi)側(cè)孔采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，高壓切割氣舉反循環(huán)清水清渣、預(yù)埋注漿管，再靜壓充填注漿。其主要工序包括：測(cè)量放線、鉆探成孔、臺(tái)車安裝調(diào)試、高壓旋噴外側(cè)樁，內(nèi)側(cè)樁高壓清水旋噴切割、壓風(fēng)機(jī)反循環(huán)氣舉排渣、高壓旋噴充填注漿，靜壓注漿等。

圖2　注漿工藝流程圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土樣，現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)選出最合理漿液配方后，在正式施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行噴射成樁試驗(yàn)，確定旋噴管的轉(zhuǎn)速、提升速度、注漿噴射壓力、注漿量等參數(shù)，查明噴射固結(jié)體的成樁直徑和樁體強(qiáng)度，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。

鉆孔采用跳孔施鉆，首先在處理范圍外緣進(jìn)行高噴注漿，再在中部進(jìn)行中部鉆孔，一方面作為外側(cè)注漿效果的檢查孔，又作為下道工序的注漿孔。在外側(cè)進(jìn)行注漿時(shí)也必須采用間隔注漿的方法以提高注漿的效果。

3.3高壓清水噴射切割循環(huán)清渣

鉆孔完畢，必須仔細(xì)檢查，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)檢查設(shè)備的完好性，并進(jìn)行地面試噴及調(diào)校，所有以上工作都準(zhǔn)備完畢后對(duì)含黏土溶洞進(jìn)行高壓清水切割清洗，對(duì)砂礫充填為主的溶洞可直接噴漿。

從鉆孔中分別下入高壓噴射器，在溶洞范圍上下反復(fù)進(jìn)行高壓噴射切割清洗，清洗切割長度根據(jù)溶洞頂、底各延長0.5 m。

采用壓風(fēng)機(jī)氣舉反循環(huán)的方法清渣，清渣后要實(shí)測(cè)孔深。

氣舉反循環(huán)清孔是利用空壓機(jī)的壓縮空氣，通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管送至孔內(nèi)，高壓氣與泥漿混合，在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因其比重小而上升，在導(dǎo)管內(nèi)混合器底端形成負(fù)壓，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下上升，并在氣壓動(dòng)量的聯(lián)合作用下，不斷補(bǔ)漿，上升的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升，從而形成流動(dòng)，因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)斷面積大大小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積，便形成了流速、流量極大的反循環(huán)，攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)返出，排出導(dǎo)管以外。

反循環(huán)清渣與高壓清水噴射切割交錯(cuò)進(jìn)行，直至清至返出泥漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4高壓旋噴注漿施工

灌漿材料由水、水泥、速凝劑組成，采用能用單液不用雙液的原則，因雙液漿雖然凝膠時(shí)間很短，但后期強(qiáng)度較低。本工程灌漿漿液采用水泥漿液注漿，必要時(shí)采用雙液注漿。

根據(jù)類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，水泥漿液由主劑(水泥)、溶劑(水)及外加劑組成。水泥為P.O42.5水泥，水泥漿的水灰比為0.41∶1，但最佳水灰比通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整?？稍跐{液中摻加水泥重量的2%早強(qiáng)劑，使注入巖溶區(qū)的漿液盡快凝固，防止?jié){液流失。

在噴射過程中，會(huì)有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿注漿管壁冒出地面，冒漿量小于注漿量的20%為正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時(shí)，要查明原因，并采取相應(yīng)措施。若系地層中有較大空隙引起的不冒漿，可在漿液中摻加適量速凝劑或增大注漿量，如冒漿過大，可減少注漿量或加快提升和回轉(zhuǎn)速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。

噴射注漿結(jié)束后，用回漿回填各孔。

3.5靜壓注漿充填施工

外側(cè)孔高噴樁完成后，內(nèi)側(cè)孔靜壓注漿采用單管注漿，先施工探灌結(jié)合孔，然后再按Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→順序施工。

采用循環(huán)自下而上注漿法，注漿施工中應(yīng)根據(jù)預(yù)估的注漿深度、注漿量及溶隙的空間位置按既定方案進(jìn)行注漿，注漿前先下注漿管，然后在孔內(nèi)上緣采用止?jié){塞封口。

注漿孔應(yīng)跳孔施鉆，不得全部鉆孔完后注漿，以免孔位串漿，增加難度及清孔工作量，注漿孔施工應(yīng)自基礎(chǔ)外側(cè)注漿孔往基礎(chǔ)中心的順序進(jìn)行，先四周后中間，保證注漿質(zhì)量。

巖層中孔隙多，相互串連形成串漿通路，注漿過程中漿液從其它鉆孔內(nèi)流出的串漿現(xiàn)象，可采取串漿孔和灌漿孔同時(shí)灌漿的辦法予以解決。

由于單位注漿量與注漿孔距、注漿壓力、漿液度以及巖溶的發(fā)育程度密切相關(guān)，注漿施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，合理選擇注漿工藝，合理確定注漿壓力、漿液配比、單位注漿量、注漿率等相關(guān)參數(shù)，確定停止注漿條件等。

4樁基溶洞巖溶注漿處理效果

全部注漿完成后，對(duì)巖溶充填處理的質(zhì)量檢測(cè)采用鉆孔抽芯法檢測(cè)，檢測(cè)密度為注漿(或壓灌混凝土)鉆孔的50%，進(jìn)行抽芯與取樣試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)溶洞充填的致密性以及灌漿體的強(qiáng)度。具體檢測(cè)位置一般選取在注漿孔之間(注漿理論擴(kuò)散邊

境邊緣)或原勘測(cè)溶洞較大位置，通過取出的芯樣可以發(fā)現(xiàn)：溶洞區(qū)域均為水泥柱體，且水泥固結(jié)體表觀致密，基本無夾泥，夾沙，空隙(見圖3)。

圖3　鉆芯檢測(cè)的芯樣照片

在其后的樁基施工中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)尺到原溶洞區(qū)域時(shí)，翻上來的泥漿漿液呈黑色，用手指碾磨可感覺出水泥顆粒，在施工時(shí)未出現(xiàn)漏漿，垮孔等情況，樁基成孔非常順利。樁基施工完成后，由業(yè)主委托第3方檢測(cè)單位對(duì)處于最大溶洞區(qū)的2根樁基進(jìn)行靜載力試驗(yàn)：其中5#樁基設(shè)計(jì)最大單樁承載力為49 000 kN，檢測(cè)結(jié)果為單樁豎向抗壓極限承載力不少于49 826 kN；15#樁基設(shè)計(jì)最大單樁承載力為56 000 kN，檢測(cè)結(jié)果為單樁豎向抗壓極限承載力不少于59 664 kN，均完全滿足設(shè)計(jì)單樁極限承載力要求。

對(duì)巖溶區(qū)域采用充填注漿處理后，避免了以往樁基施工遇到溶洞常出現(xiàn)的漏漿，垮孔，卡鉆等事故的發(fā)生，也使樁基的承載力等能滿足設(shè)計(jì)要求，確保了橋梁的總體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊俊池.在橋梁樁基施工中幾種常見溶洞的處理方法[J].公路工程，2001，27(4)：23-26．

[2] 魏剛.壓漿處理橋梁基礎(chǔ)溶洞[J].湖南交通科技，2002，27(4)：42-44.

[3] 岳本禎.談工民建施工對(duì)不良地基土的改造技術(shù)[J].科技資訊，2011，22(4)：82-84.

中圖分類號(hào)：U 445.55

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-844X(2016)01-0101-03