蔡曉男 張文淵 王禹?xiàng)?/p>

(中交三航局第二工程有限公司，上海 200030)

0 引言

巖溶是指可溶性巖石中因巖溶作用所形成的地下空間，溶洞在我國(guó)分布廣泛，特別是云南、廣西、貴州、湖南等地。在這些地區(qū)建造橋梁不可避免地會(huì)遇到巖溶發(fā)育條件下橋梁樁基如何有效施工的難題。王海懷以肇慶大橋?yàn)槔?，?qiáng)調(diào)前期地質(zhì)勘察掌握溶洞參數(shù)的重要性，并采取鉆埋多層護(hù)筒變級(jí)振沉工藝保證成樁質(zhì)量[1]。夏 林等人針對(duì)樁基施工時(shí)基巖裂隙發(fā)育且溶洞形式多樣的問題，提出防滲灌漿、擴(kuò)孔鉆頭等解決方法[2]。方小睿等人對(duì)輕微溶洞、一般溶洞、復(fù)雜溶洞分別提出鉆孔成樁的技術(shù)要點(diǎn)，特別是復(fù)雜溶洞其處理重點(diǎn)是全護(hù)筒跟進(jìn)至巖層，防止漏漿導(dǎo)致覆蓋層塌孔[3]。戴祖生等人針對(duì)特殊溶洞地段采用樁周覆蓋層旋噴帷幕壓漿處理工藝防止覆蓋層塌孔事故[4]。李武軍等人根據(jù)溶洞特征和填充情況將溶洞分為四類，并針對(duì)不同類型的溶洞提出黏土回填、灌砂壓漿、護(hù)筒跟進(jìn)等解決措施[5]。汪小東等人分析了巖溶地質(zhì)鉆孔成樁的施工難點(diǎn)，其解決方案以控制泥漿比重和回填土方片石為主[6]。張 燁等人針對(duì)海域巖溶地質(zhì)分析漏漿塌孔的主要原因，并采取逐孔超前鉆探、控制泥漿指標(biāo)、保持水頭高差、設(shè)置長(zhǎng)護(hù)筒等措施[7]。由瑞凱等人以沌口長(zhǎng)江公路大橋?yàn)槔岢隽藢?dǎo)向平臺(tái)的安裝方法，并且詳細(xì)論述溶洞條件沖擊成孔發(fā)生埋鉆的處理方法[8]。

上述文獻(xiàn)對(duì)巖溶地質(zhì)鉆孔成樁技術(shù)進(jìn)行了有益探索，但是對(duì)于橋梁基礎(chǔ)臨水作業(yè)如何搭設(shè)施工平臺(tái)涉及較少，并且在溶洞發(fā)育條件下施工鉆孔灌注樁不僅要保證安全也需要更高效、更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化方案。

1 工程概況

楊梅洲大橋位于湖南省湘潭市境內(nèi)，連接湘潭市內(nèi)雨湖區(qū)和岳塘區(qū)，是跨越湘江的重要過江橋梁。橋梁全長(zhǎng)2129.04 m，兩岸設(shè)置兩座半苜蓿葉形互通立交，主跨采用658 m雙塔雙索面混合梁斜拉橋，河西側(cè)22#索塔總高度181 m，河?xùn)|側(cè)23#索塔總高度181.68 m，承臺(tái)為直徑36 m、厚8 m的圓形結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為24根直徑3 m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為30～60 m。(見圖1)

圖1 楊梅洲大橋總體布置圖

橋址處湘江兩岸有兩條沿江發(fā)育的斷裂帶，根據(jù)《湖南湘潭市供水水文地質(zhì)詳查報(bào)告》，河西側(cè)白堊系上統(tǒng)灰質(zhì)礫巖中溶洞可見率為75%，在垂直方向呈串珠式分布，水平方向分布無規(guī)律。溶洞填充物主要為可塑—軟塑狀黏性土、水、砂、碎石及風(fēng)化巖塊等，且填充物多呈稍密狀。

2 平臺(tái)搭設(shè)

河西22#索塔位于水陸交界處，為滿足樁基和承臺(tái)施工需要，設(shè)計(jì)直徑40 m鎖口鋼管樁圍堰，圍堰頂標(biāo)高+36.0 m，底標(biāo)高+10.0 m，設(shè)置三道內(nèi)支撐，詳見圖2。圍堰結(jié)構(gòu)通過驗(yàn)算并滿足規(guī)范要求。

圖2 河西22#索塔鎖口鋼管樁圍堰

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水陸區(qū)位將鋼管樁分為水上打樁區(qū)和陸上打樁區(qū)兩個(gè)區(qū)域。水上采用100 t起重船配合APE200--6振動(dòng)錘順圓弧單向打設(shè)，陸上采用120 t履帶吊配合APE200--6振動(dòng)錘沿圓弧對(duì)向打設(shè)，最后十根樁根據(jù)樁位偏差及時(shí)糾偏，保證鋼管樁順利閉合。同時(shí)為保證閉合質(zhì)量，在合攏樁位置施作兩排直徑800 mm高壓旋噴樁，樁中心間距600 mm，樁頂標(biāo)高+33.0 m，樁底標(biāo)高+10.0 m，共計(jì)19根。鋼管樁鎖口采用高壓水槍清管，高流動(dòng)低強(qiáng)度砂漿止水。然后安裝圍堰內(nèi)第一道雙拼H400圍檁并抽水回填。圍堰內(nèi)側(cè)下部回填黏土，上部2 m范圍內(nèi)回填磚渣或砂礫石;圍堰外側(cè)填筑磚渣或砂礫石至+27.0 m，不填筑黏土防止浸水下沉。至此，完成施工平臺(tái)鎖口鋼管樁圍堰搭設(shè)。

3 施工順序

22#索塔基礎(chǔ)為24根直徑3 m鉆孔灌注樁，施工平臺(tái)為直徑40 m鎖口鋼管樁圍堰，如何在有限作業(yè)面內(nèi)合理組織施工、減少設(shè)備周轉(zhuǎn)是決定樁基施工工效的關(guān)鍵。經(jīng)分析，影響樁基施工效率的主要因素包括：

(1)相鄰樁基施工凈距盡可能保持5 m以上;

(2)預(yù)留樁機(jī)排架作業(yè)空間;

(3)根據(jù)土層參數(shù)和溶洞分布情況預(yù)估成樁時(shí)間;

(4)規(guī)劃黃土、片石、護(hù)筒、鋼筋籠等材料運(yùn)輸通道;

(5)優(yōu)化泥漿池布置。

綜合考慮上述因素，圍堰內(nèi)計(jì)劃安排四臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，施工順序見圖3。

圖3 22#索塔鉆孔灌注樁施工順序

4 成樁技術(shù)

22#索塔場(chǎng)地土層從上到下分別為雜填土、粉砂、圓礫、粉質(zhì)黏土、灰質(zhì)礫巖，見圖2。根據(jù)24根樁的逐樁鉆孔數(shù)據(jù)，其溶洞可見率為62.5%，垂直方向呈串珠狀分布，埋深18.0～58.1 m，高度0.8～10.8 m。此外，22#索塔位于水陸交界處，原地勢(shì)為陡坡，基巖面起伏大，高程+11.74～-18.37 m。

為達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目的，鉆孔灌注樁施工工藝為：圍堰搭設(shè)→地基處理→測(cè)量放樣→振沉外護(hù)筒至原泥面1 m→旋挖鉆就位→鉆至粉質(zhì)黏土層2 m→下放內(nèi)護(hù)筒→沖擊鉆就位→正常鉆進(jìn)至溶洞頂板以上2 m→小沖程鉆進(jìn)至溶洞→回填黃土、片石并補(bǔ)漿→小沖程擠密溶洞→正常鉆進(jìn)→重述上述操作至樁底標(biāo)高→一清并下放鋼筋籠→二清并澆筑混凝土→成樁。

4.1 地基處理

鉆孔采用XR60D旋挖鉆和CZL--16沖擊鉆，即旋挖鉆施工至粉質(zhì)黏土層2 m后改換沖擊鉆繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，目的是降低四臺(tái)沖擊鉆同步施工對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的沖擊。此外，該組合鉆孔技術(shù)可以顯著加快施工進(jìn)度、縮短工期。由于XR60D旋挖鉆整機(jī)質(zhì)量150 t，為滿足地基承載力的要求，圍堰內(nèi)局部施作直徑500 mm水泥攪拌樁，樁底深入原泥面不少于0.5 m，其平面布置見圖4。

圖4 圍堰內(nèi)水泥攪拌樁加固平面布置圖

4.2 護(hù)筒沉放

外護(hù)筒直徑3.4 m，采用免共振DZP150振動(dòng)錘下沉至原泥面1 m，以減少護(hù)筒振沉對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)護(hù)筒直徑3.2 m，采用XR60D旋挖鉆先期鉆孔至穩(wěn)定粉質(zhì)黏土層2 m，泥漿護(hù)壁(泥漿池選用臨近外護(hù)筒)，再輔以80 t履帶吊或100 t起重船完成內(nèi)護(hù)筒下放。(見圖5、圖6)

圖5 外護(hù)筒沉放

圖6 內(nèi)護(hù)筒沉放

4.3 鉆孔成孔

圍堰內(nèi)基巖面起伏大，鉆孔過程中當(dāng)沖擊鉆鋼絲繩出現(xiàn)明顯的左右搖擺，表明遇到斜面巖或垂直半面巖，應(yīng)及時(shí)回填黃土、片石(以片石為主，直徑15～30 cm)，并用鉆頭反復(fù)打密，一邊擠石造壁，一邊削除巖面，直到全部鉆進(jìn)基巖層。繼續(xù)鉆進(jìn)至溶洞頂板以上2 m，此時(shí)沖擊鉆應(yīng)輕錘慢打嚴(yán)格控制沖程與進(jìn)尺，一般要求沖程在50 cm左右，以達(dá)到孔壁圓滑堅(jiān)固的效果。

當(dāng)擊穿溶洞發(fā)生嚴(yán)重漏漿時(shí)，應(yīng)即刻拋填黃土、片石(以黃土為主)充塞溶洞空隙，并迅速補(bǔ)灌優(yōu)質(zhì)泥漿(1.3～1.5)。待泥漿液面穩(wěn)定且不再下降后，繼續(xù)短沖程擠密鉆進(jìn)。因溶洞呈串珠式發(fā)育，故重復(fù)上述操作直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。串珠式溶洞的傳統(tǒng)處理方式為多層護(hù)筒跟進(jìn)，即在鉆進(jìn)過程中下放多層不同直徑的鋼護(hù)筒，防止溶洞漏漿引發(fā)的塌孔事故。而本工程采用單層護(hù)筒下放至穩(wěn)定粉質(zhì)黏土層2 m，主要預(yù)防粉砂層漏漿塌孔?？紤]溶洞埋深和樁基孔徑較大，孔內(nèi)泥漿充足且溶洞孔壁擠密良好，所以只要及時(shí)補(bǔ)漿，下層土質(zhì)發(fā)生塌孔的可能性很小。因此，施工中采用單層護(hù)筒而非多層護(hù)筒，此方案在保證安全的前提下顯著減少施工措施費(fèi)，例如本工程22#索塔灌注樁施工節(jié)省鋼材約1300多噸，經(jīng)濟(jì)效益約950萬元。

4.4 混凝土澆筑

成孔后采用外徑大于鋼筋籠直徑5 cm，長(zhǎng)度為孔徑5倍的探籠(檢孔器)進(jìn)行檢孔，以探籠能上下順利通過為準(zhǔn)，若孔斜嚴(yán)重應(yīng)拋填黃土、片石重新鉆進(jìn)。清孔采用泥漿分離器，確保含砂率≤2%，泥漿比重1.15(防止溶洞新造壁塌孔)。用測(cè)錘法檢查沉渣厚度，符合要求后安裝鋼筋籠，進(jìn)行第二次清孔。樁基水下混凝土澆筑應(yīng)滿足首灌量要求，工程中采用3 m3料斗連續(xù)不間斷澆筑，導(dǎo)管埋深控制在2～6 m，末批混凝土澆筑面應(yīng)高于樁頂標(biāo)高1 m。至此，完成巖溶地質(zhì)的鉆孔灌注樁施工。

5 總結(jié)

湘潭楊梅洲大橋22#索塔位于水陸交界處且溶洞地質(zhì)發(fā)育，為保證樁基施工的安全、經(jīng)濟(jì)、高效，本文詳細(xì)論述了鎖口鋼管樁圍堰的結(jié)構(gòu)參數(shù)和搭設(shè)方法，群樁基礎(chǔ)施工的影響因素和優(yōu)化順序，以及溶洞發(fā)育條件下鉆孔灌注樁施工的技術(shù)要點(diǎn)。特別是旋挖鉆與沖擊鉆的組合鉆孔技術(shù)，不僅可以保證圍堰結(jié)構(gòu)安全還可以大幅提高施工效率，此外溶洞地質(zhì)鉆孔采用單層護(hù)筒下放至穩(wěn)定粉質(zhì)黏土層而非多護(hù)筒層層下放至樁底標(biāo)高可以顯著降低施工成本、提高作業(yè)效率。因此，論文研究成果對(duì)于類似工程施工有重要的借鑒參考意義。