唐明裴，梁小聰，寧平華

（廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東　廣州　510060）

廣東清遠(yuǎn)北江四橋工程巖溶地區(qū)樁基設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)

唐明裴，梁小聰，寧平華

（廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東廣州510060）

通過廣東清遠(yuǎn)北江四橋工程實例，提出復(fù)雜巖溶地區(qū)的橋梁樁基設(shè)計思路，結(jié)合不同施工環(huán)境分析三種不同形式的溶洞樁基，保證復(fù)雜巖溶地區(qū)橋梁樁基設(shè)計滿足其承載能力要求，同時針對不同的地質(zhì)條件提出樁基關(guān)鍵技術(shù)施工措施，為類似工程設(shè)計和施工提供了參考借鑒。

巖溶地區(qū)；樁基；設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)

0　引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，位于巖溶地區(qū)的工程建設(shè)項目越來越多，巖溶作為一種特殊的不良地質(zhì)作用，一直以來都是工程建設(shè)的棘手問題，尤其是上覆有松軟土層、砂層時，都是勘察、設(shè)計、施工的難題。對于巖溶發(fā)育地區(qū)的樁基，如何確定橋梁基礎(chǔ)型式、樁基持力層標(biāo)高、確保樁基工程質(zhì)量，如何采用安全、經(jīng)濟(jì)、合理的樁基設(shè)計及溶洞處理方案及措施，是橋梁設(shè)計和施工普通關(guān)注的問題，有關(guān)這方面的研究較多［1-3］。

1　工程概述

清遠(yuǎn)市北江四橋位于三橋和五橋之間，距兩座橋均為2.2 km，地理位置十分重要，是清遠(yuǎn)市區(qū)新的城市景觀中軸線。北江四橋建成后，將省職教基地和蓮湖工業(yè)園區(qū)緊密的連接起來，對北江兩岸及新舊城之間的交通分流及疏導(dǎo)亦將起到巨大作用，對城區(qū)擴(kuò)容提質(zhì)、促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展都具有重要的意義。橋位位于江北中下游，飛來峽水利樞紐下游約27 km處。橋位處江面開闊，河床底標(biāo)高一般為1.16～9.46 m，兩岸河流階地地面標(biāo)高為13.80～20.10 m。

主橋采用100 m+218 m+100 m雙塔單索面斜拉橋，兩岸引橋均采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，水中段跨徑為47 m、50 m，陸上段跨徑為30 m；橋跨布置為6×30 m+8×50 m+（100 m+218 m+100 m）+ 3×50 m+2×47 m+9×30 m，橋梁全長1 512 m。

2　基礎(chǔ)設(shè)計

巖溶地區(qū)的地質(zhì)物探，應(yīng)以查明巖溶發(fā)育程度及地下溶洞的空間分布規(guī)律為目的［4］。結(jié)合本工程特點(diǎn)，在施工圖設(shè)計前開展地質(zhì)詳勘，根據(jù)施工圖詳勘報告進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)設(shè)計，為進(jìn)一步查明溶洞大小、填充及滲水情況，為溶洞處理施工提供依據(jù)，樁基施工前先進(jìn)行超前鉆和CT掃描，對于每根樁基，均補(bǔ)充一樁多孔的超前鉆資料，進(jìn)一步查明溶洞大小、填充及滲水情況，為溶洞預(yù)處理施工提供依據(jù)，進(jìn)一步查明橋梁沿線地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布和工程地質(zhì)特性，并評價樁位處各層巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，明確基礎(chǔ)持力層深度，提供樁基設(shè)計所需的巖土技術(shù)參數(shù)。

據(jù)野外鉆探資料，場區(qū)上覆地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)河流相沖積層（Q4al）、殘積層（Qel），基巖主要為泥盆系帽子峰組（DCm）泥質(zhì)粉砂巖、天子嶺組（Dt）石灰?guī)r。地層自上而下為：①素填土、②1粉、細(xì)砂、②2中、粗砂、②3淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②4粉質(zhì)粘土、②5粉、細(xì)砂、③1粗、礫砂、③2泥炭土、③3含卵石礫砂、③4卵石質(zhì)礫砂、③5礫砂、③6卵石質(zhì)粉質(zhì)粘土、④1硬塑粉質(zhì)粘土、④2可塑粉質(zhì)粘土、④3軟塑粉質(zhì)粘土、⑤1a堅硬土狀全風(fēng)化帶：褐黃色，暗紅，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，帶厚12.80 m、⑤1b可塑土狀全風(fēng)化帶帶厚12.80 m，帶厚4.20 m、⑤2a堅硬土狀強(qiáng)風(fēng)化帶：褐紅色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈堅硬土狀，手折可斷，遇水易軟化，厚度1.50～3.00 m、⑤2b碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化帶：褐黃色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，裂面鐵染明顯，帶厚8.50 m、⑤3中風(fēng)化帶：灰白色，灰黃色，巖石裂隙較發(fā)育，帶厚0.40～2.30 m、⑥1中風(fēng)化帶：巖石裂隙和方解石脈發(fā)育，厚度0.20～15.60 m、⑥2微風(fēng)化帶：灰色，巖石裂隙不甚發(fā)育，巖芯較完整，揭露厚度0.40～26.70 m，統(tǒng)計微風(fēng)化石灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度 31組，frb= 27.00～108.50 MPa，平均49.95 MPa。

場區(qū)地處于北江中下游，地勢較低平，北江為地表水和地下水的逕流排泄區(qū)，場區(qū)地下水類型主要有上層滯水、孔隙潛水和巖溶承壓水。場區(qū)基巖主要為可溶石灰?guī)r，巖溶發(fā)育，鉆探過程中漏水現(xiàn)象較嚴(yán)重，說明溶洞和溶蝕裂隙的連通性和導(dǎo)水性較好。巖溶承壓水一般較豐富，并與孔隙水有密切的水力聯(lián)系。巖溶水主要靠上部孔隙水的直接補(bǔ)給或越流補(bǔ)給，補(bǔ)給來源充足。

場區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶。場區(qū)揭露基巖有可溶石灰?guī)r，巖溶發(fā)育。

全橋共有樁基164根，其中直徑2.5 m樁基44根，直徑2.2 m樁基56根，直徑1.6 m樁基64根。其中0#～7#墩、22#～31#墩的樁基是陸地樁基，8#～21#墩的樁基位于北江河中，7#、8#、22#、23#墩分別在北江兩岸河堤的兩側(cè)，施工時對河堤的穩(wěn)定有一定的影響。

3　溶洞影響分析

場區(qū)揭露泥盆系天子嶺組的基巖均為石灰?guī)r，巖溶發(fā)育，從揭露的溶洞分布情況可發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

（1）本次鉆遇灰?guī)r的16個鉆孔中有13個遇到溶洞，見洞率為81.25%。

（2）洞頂埋深18.50～72.00 m，洞頂標(biāo)高-15.88～-69.51 m。溶洞高度一般0.20～12.20 m，其中洞高小于1.00 m的占35.42%，介于1.00～3.00 m的占41.67%，洞高不小于3.00 m的占22.92%。

（3）本次鉆到溶洞的13個鉆孔，共揭露出48個溶洞。其中僅揭露到1個溶洞的有2個孔，占15.38%；揭露到 2～3層溶洞的有 6個孔，占46.15%；揭露到 4～5層溶洞的有 3個孔，占23.08%；揭露到大于5層溶洞的有2個孔，占15.38%。部分鉆孔呈串珠狀小溶洞發(fā)育。

（4）溶洞主要為全充填或無充填，少量為半充填，填充物主要為軟塑～可塑狀粉質(zhì)粘土，鉆進(jìn)時多發(fā)生微漏水～全漏水現(xiàn)象。

（5）鉆孔揭露洞頂石灰?guī)r多呈微風(fēng)化狀，可見不同程度溶蝕現(xiàn)象，頂板厚度一般0.40～12.20 m。其中頂板石灰?guī)r厚度小于 1.00 m占 33.33%，1.00～3.00 m占43.75%，大于3.00 m占22.92%。

根據(jù)鉆探揭露的溶洞分布范圍和相鄰鉆孔的揭露情況，部分地段的溶洞存在相連通的可能，其對橋梁樁基穩(wěn)定性非常不利。因此，樁基設(shè)計、施工時應(yīng)注意將樁置于穩(wěn)定的具有一定持力層厚度的基巖上。

值得注意的是，在北江主航道線兩側(cè)巖溶一般很發(fā)育，多呈多層、串珠狀分布，其穩(wěn)定基巖面一般深約53.80～72.40 m，標(biāo)高-51.11～-69.91 m，尤其是在鉆孔Czk9上覆全、強(qiáng)風(fēng)化土層厚度較大，推測為次一級小斷裂，此類地帶往往地下水連通性較好，巖面傾斜，巖溶發(fā)育，樁基應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定基巖面一定深度，否則有造成樁底傾斜變形滑動的可能。

目前已開展主墩16軸第4根樁基的施工，其超前鉆布置3個孔，CK16-4-2地質(zhì)資料見圖1。

4　溶洞處理措施

根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)勘探資料顯示，本工程橋位處溶洞發(fā)育，多為1～11層不同高度的溶洞，部分鉆孔呈串珠狀小溶洞發(fā)育，溶洞主要為全充填或無充填，少量為半充填，填充物主要為軟塑～可塑狀粉質(zhì)粘土，鉆進(jìn)時多發(fā)生微漏水～全漏水現(xiàn)象，鉆孔揭露洞頂石灰?guī)r多呈微風(fēng)化狀，可見不同程度溶蝕現(xiàn)象，頂板厚度一般為0.2～14.4 m。橋位處地層自上而下大部分主要由粉質(zhì)粘土層、砂層、卵石層、風(fēng)化程度不同的石灰?guī)r組成。

溶洞樁基施工過程中易出現(xiàn)卡錘、斜孔偏孔、塌孔、漏漿、埋錘等危害，一旦出現(xiàn)上述意外情況，將給施工帶來巨大的安全、質(zhì)量、進(jìn)度的隱患，有關(guān)這方面的研究較多［5-10］。本文以地質(zhì)詳勘、超前鉆和CT掃描的結(jié)果為依據(jù)，進(jìn)行逐樁設(shè)計，并提出幾種處理措施。

圖1　鉆孔柱狀圖

（1）覆蓋層高壓旋噴帷幕：主要采用單管旋噴注漿法進(jìn)行施工，即利用旋噴鉆機(jī)成孔后，將特制的單管及噴射器下到孔底（基巖面），然后利用高壓脈沖泵把水泥漿液從噴射器高壓噴出，形成高壓射流，通過高壓射流把土體切割攪動，同時將噴桿旋轉(zhuǎn)和提升，使土體和水泥漿均勻混合，經(jīng)凝固后形成圓柱狀固結(jié)體，即旋噴樁。將每根旋噴樁順樁周并排而緊密的膠結(jié)在一起，形成樁周帷幕。

（2）溶洞內(nèi)壓漿固結(jié)：對于有填充且鉆進(jìn)過程中漏水的溶洞，為防止施工過程中漏漿，利用鉆機(jī)把安裝在注漿管底部側(cè)面的單噴嘴置入土層設(shè)計預(yù)定深度后，利用高壓泥漿泵把漿液從噴嘴中噴射出去形成高壓噴射流，沖擊破壞巖土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升，使?jié){液與從土體崩落（切割）下來的土粒、砂粒攪拌混合，經(jīng)凝固后，便在巖土體中形成水泥、砂、土體混合的一定強(qiáng)度的固結(jié)體。

（3）溶洞內(nèi)灌注混凝土：對于高度小于10m的無填充溶洞，采用地質(zhì)鉆鉆穿溶洞頂板后，利用輸送泵向孔內(nèi)灌注小石子混凝土，直至填滿整個溶洞。當(dāng)混凝土無法將溶洞填滿時，改用雙液旋噴注漿處理。

（4）雙液旋噴注漿：采用水泥凈漿與水玻璃混合液從下至上旋噴注漿，使空洞緊密充填高強(qiáng)度的水泥漿固結(jié)體。采用雙液注漿的目的是，按一定比例摻入水玻璃，縮短水泥漿的凝固時間，降低水泥漿液在空洞內(nèi)的流動速度，使水泥漿能在可控制的范圍內(nèi)高效固結(jié)，利于溶洞的充填，極大的提高了溶洞的處理效率。

（5）鋼護(hù)筒跟進(jìn)：對于高度較大的溶洞（h＞10 m），采用內(nèi)鋼護(hù)筒穿過溶洞，保證順利成樁，同時避免混凝土灌注過程中出現(xiàn)意外。

（6）充填封閉：樁基預(yù)處理后，實際成樁過程中仍可能出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象。實際施工過程中，如遇漏漿，需在溶洞范圍內(nèi)反復(fù)拋填黃泥、片石等材料，不斷用鉆機(jī)沖擊密實，直至將溶洞填滿。

根據(jù)本工程不同施工環(huán)境，全橋溶洞樁基分水中樁基、北江河堤兩側(cè)樁基和重要結(jié)構(gòu)物周邊樁基三種形式。

4.1水中樁基

根據(jù)詳勘資料，10#～21#墩的樁基均存在溶洞（主橋橋位處溶洞發(fā)育尤其明顯）。為確保水上施工平臺安全，降低樁基施工風(fēng)險，水中樁基溶洞處理采用覆蓋層高壓旋噴帷幕、溶洞內(nèi)壓漿固結(jié)、溶洞內(nèi)灌注混凝土（雙液旋噴）、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、反復(fù)充填等方法。對于土洞，全部采用鋼護(hù)筒穿透后再施工，見表1。

表1　水中樁基溶洞處理措施表

4.2北江河堤兩側(cè)樁基

7#、8#墩樁基礎(chǔ)在北江北岸河堤兩側(cè)，21#、22#墩樁基礎(chǔ)在北江南岸河堤兩側(cè)。覆蓋層以粗砂、卵石層為主，且有堤壩車輛行走引起的震動與側(cè)壓力的影響，在施工中若出現(xiàn)突然漏漿等突發(fā)事件，極易孔壁不穩(wěn)，引起塌孔、埋鉆等事故。若河堤兩側(cè)溶洞聯(lián)通，一旦樁基施工出現(xiàn)意外，甚至可能影響到河堤安全。為安全起見，河堤兩側(cè)的樁基均采用覆蓋層高壓旋噴帷幕、溶洞內(nèi)灌注混凝土（雙液旋噴）、反復(fù)充填的方法進(jìn)行處理。對于土洞，全部采用鋼護(hù)筒穿透后再施工，見表2。

表2　北江河堤兩側(cè)樁基溶洞處理措施表

4.3重要結(jié)構(gòu)物周邊樁基

0#～6#墩位于北岸村莊內(nèi)，周邊民房林立；24#～31#墩位于兩個大型樓盤之間。為確保施工安全，保證不對周邊房屋造成影響，這些墩溶洞處理采用覆蓋層高壓旋噴帷幕注漿、溶洞內(nèi)壓漿固結(jié)、反復(fù)充填、溶洞內(nèi)灌注混凝土（雙液旋噴）、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等方法。對于土洞，全部采用鋼護(hù)筒穿透后再施工，見表3。

表3　重要結(jié)構(gòu)物周邊樁基溶洞處理措施表

5　結(jié)　語

目前，主橋16軸4號樁基按以上處理方法順利完成施工，達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。實線證明，復(fù)雜巖溶地區(qū)地質(zhì)條件樁基設(shè)計及基礎(chǔ)處理時，應(yīng)逐孔進(jìn)行地質(zhì)鉆探，以地質(zhì)詳勘、超前鉆和CT掃描的結(jié)果為依據(jù)，根據(jù)不同施工環(huán)境采用不同樁基形式，進(jìn)行總體控制、逐樁設(shè)計和提出具體關(guān)鍵技術(shù)處理措施。通過總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗和施工方法，能夠給復(fù)雜巖溶地區(qū)的工程設(shè)計及施工提供參考。

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U445

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1009-7716（2016）07-0195-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.056

2016-04-07

唐明裴（1976-），男，湖南邵陽人，高級工程師、從事橋梁與隧道工程設(shè)計工作。