李 強(qiáng)， 秦 余 順

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

中老鐵路是國(guó)家“一帶一路”倡議重點(diǎn)建設(shè)工程，沿線碳酸鹽巖廣泛分布，巖溶弱-強(qiáng)烈發(fā)育，局部地段巖溶地面塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，其中易、極易塌陷區(qū)嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全。施工過(guò)程中頻繁遭遇漏漿、塌孔、混凝土超方等系列問(wèn)題，給施工帶來(lái)嚴(yán)重的困擾。本文結(jié)合拋填黏土片石筑壁和鋼護(hù)筒跟進(jìn)處理措施在朋松楠松河特大橋的應(yīng)用，闡述了充填黏土片石和鋼護(hù)筒跟進(jìn)處理措施的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用效果，闡述了該兩種處理措施的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。

1 工程概況

朋松楠松河特大橋位于老撾萬(wàn)榮，橋梁全長(zhǎng)2 761.063 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，下部結(jié)構(gòu)單線流線型實(shí)體墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.0 m和1.25 m兩種，樁長(zhǎng) 6～47 m。橋址區(qū)不良地質(zhì)為巖溶、地震區(qū)砂土液化，特殊巖土為松軟土。地表溶溝、溶槽、溶蝕洼地等各種巖溶形態(tài)發(fā)育。 橋址區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔316 孔，其中155個(gè)鉆孔總計(jì)揭示276個(gè)溶洞，鉆孔見(jiàn)洞率達(dá) 49%。 其中 72.5%為空洞，14.5%為流塑-軟塑粉質(zhì)黏土充填，7.2%為硬塑粉質(zhì)黏土充填，3.2%充填砂類土，1.6%充填圓礫土。 巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育，最大溶洞高約 12.1 m。

橋址區(qū)地表水體以楠松河河水為主，楠松河為橋區(qū)最大的河流，水量較大，屬常年流水，受大氣降雨補(bǔ)給，流量隨季節(jié)及降雨量而變，旱季水質(zhì)清澈透明，雨季水量暴漲而渾濁，部分沿土層孔隙下滲補(bǔ)給地下水。地下水以土層孔隙潛水和基巖裂隙水、巖溶水為主。灰?guī)r含較豐富的巖溶水，橋梁處于季節(jié)變動(dòng)帶。

典型巖溶發(fā)育形態(tài)主要有以下四種：I型，高度2.5 m以內(nèi)小型空洞[圖1(a)]；Ⅱ型，2.5～5 m的全填充或局部填充溶洞[圖1(b)]；Ⅲ型，高度5 m以上較大溶洞、串珠狀溶洞[圖1(c)]；Ⅳ型，形成較大的地下水流通道，主要分布于楠松河兩岸。

圖1 典型巖溶發(fā)育形態(tài)圖

2 巖溶處理的技術(shù)措

巖溶地段鐵路橋梁樁基處理措施一般有拋填筑壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、超前注漿填充法、全回轉(zhuǎn)全套管法等。 鑒于老撾國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備缺乏，同時(shí)從全線巖溶的溶蝕程度、空腔的大小、經(jīng)濟(jì)成本等綜合分析，本工程采用了繞避法、拋填筑壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法及后2種方法相結(jié)合的綜合處理措施。

2.1 工藝描述

2.1.1 拋填筑壁法

采用沖擊鉆正常成孔，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)，迅速拋填黏土夾片石，沖孔擠壓并擠密溶洞內(nèi)填充物，反復(fù)回填沖孔，逐步將溶洞裂隙、空隙填充完全，直至孔內(nèi)漿液面穩(wěn)定，達(dá)到填充溶洞及擠密筑壁效果(圖2)。

2.1.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

采用沖擊鉆正常成孔，待沖孔穿過(guò)溶洞底部后，再接護(hù)筒，并將其錘擊或振動(dòng)下沉至已鉆成的孔內(nèi)或溶洞內(nèi)，用以阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或水的流動(dòng)[1](圖3)。

2.2 Ⅰ、Ⅱ型溶洞處理

圖2 拋填筑壁法處理示意圖

圖3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理示意圖

對(duì)于此類小型空洞，中型全填充或局部填充溶洞，主要采取了拋填黏土片石筑壁法處理，由于不存在高速水流且溶洞孤立存在，拋填筑壁法可快速、高效、經(jīng)濟(jì)地完成溶洞處理[1]。根據(jù)實(shí)踐，反復(fù)充填2～5次，可將溶洞填充密實(shí)，同時(shí)不易塌孔，處理效果良好。另外經(jīng)與鋼護(hù)筒跟進(jìn)法對(duì)比，工效相同，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.3 Ⅲ、Ⅳ型溶洞處理

對(duì)于該類較大型、成串珠狀的溶洞，或存在地下水連通通道，拋填筑壁法工效低且易塌孔，處理效果不佳；鋼護(hù)筒跟進(jìn)法伴隨跟進(jìn)困難，易被擠壓變形等缺陷。經(jīng)反復(fù)對(duì)比優(yōu)化，本工程主要采取了兩者結(jié)合的處理方式。分析如下：

(1)拋填筑壁法具有如下特點(diǎn)：

①工效低、易塌孔。由于處理范圍大，需反復(fù)充填多次，水頭頻繁降低，同時(shí)頻繁沖擊振動(dòng)影響，極易造成塌孔，或?qū)⑾噜徣芏幢谡翊?，甚至引發(fā)地表塌陷。本工程前期10根類似樁反復(fù)充填處理均達(dá)12次以上，49-1#樁達(dá)28次，頻繁塌孔，用時(shí)45 d，最后造成地表塌陷，成孔失敗。②后續(xù)混凝土灌注超方嚴(yán)重。由于黏土及片石自身流動(dòng)性差，回填擴(kuò)散范圍有限，同時(shí)鉆頭的擠壓力也有限，不能將回填料擠壓填滿整個(gè)溶洞,同時(shí)因?yàn)樘畛潴w不密實(shí)，后續(xù)鉆頭沖擊震動(dòng)，會(huì)使孔口部分黏土、片石松動(dòng)掉入孔內(nèi)，使回填區(qū)域上部形成通道。后續(xù)混凝土澆筑過(guò)程中，由于水下混凝土的高流動(dòng)性，使混凝土在達(dá)到回填區(qū)域上部通道時(shí)，順通道繞過(guò)回填區(qū)流入未被回填到的空腔內(nèi)，因此就成混凝土的嚴(yán)重超方(見(jiàn)下圖4)。

圖4 混凝土灌注超方示意圖

(2)鋼護(hù)筒跟進(jìn)法的特點(diǎn)：跟進(jìn)困難，易變形。

①根據(jù)地質(zhì)勘探，本工程串珠狀溶洞居多，洞壁較薄，且伴隨斜面巖、凸起塊石，大部分鋼護(hù)筒只能跟進(jìn)至基巖面頂部，鉆頭貫穿較薄洞壁及遇到斜面巖、凸起塊石時(shí)，碰撞造成鋼護(hù)筒變形。②由于空洞較大、未填充，易引發(fā)大范圍塌孔，鋼護(hù)筒受擠壓發(fā)生彎曲變形。

(3)鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填結(jié)合法的特點(diǎn)：結(jié)合鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填法的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程主要采取了少量拋填黏土片石，無(wú)需擠壓密實(shí)，然后快速跟進(jìn)鋼護(hù)筒的方法，取得了較好的效果。

①鋼護(hù)筒跟進(jìn)前拋填黏土片石可鉆進(jìn)沖擊磨平斜面巖，避免了鉆頭碰撞鋼護(hù)筒。②對(duì)空洞進(jìn)了填充，降低了大范圍塌孔風(fēng)險(xiǎn)。③少量拋填黏土片石，充填1～3次，無(wú)需擠壓密實(shí)，既解決了鋼護(hù)筒跟進(jìn)缺陷又避免了反復(fù)多次充填黏土片石周期長(zhǎng)等缺陷；第四，對(duì)于IV型溶洞，拋填黏土片石時(shí)摻加部分袋裝水泥，擠壓覆蓋層與巖石接觸段，可快速固結(jié)阻斷流動(dòng)水，同時(shí)鋼護(hù)筒迅速跟進(jìn)徹底封閉地下水流通道[2]。

2.4 繞避法

合理繞避大中型溶洞，是最優(yōu)的巖溶處理措施。 朋松楠松河特大橋11#墩，鉆探表明該處巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，而小里程側(cè)明顯巖溶不發(fā)育， 結(jié)合該橋跨越老撾 13#公路的情況，將32 m孔跨改為48 m連續(xù)梁，11#墩向小里程方向移動(dòng) 16 m，調(diào)整后樁長(zhǎng)由34.5 m優(yōu)化為18.5 m，有效繞避了巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，效果顯著[3]。

3 巖溶處理的的體會(huì)

綜上所述，通過(guò)拋填筑壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)及兩者結(jié)合方法對(duì)不同形態(tài)巖溶的處理效果的對(duì)比分析，從工效、成本等方面確定了巖溶處理措施的選定原則和施工注意事項(xiàng)。

3.1 巖溶處理措施的選定原則

巖溶處理的措施選定原則見(jiàn)表1。

3.2 巖溶施工的注意事項(xiàng)

(1)在巖溶地區(qū)成樁宜選用沖擊鉆機(jī)，控制的沖能在2.5 t～5.0 t.m為宜。沖能過(guò)小對(duì)孔壁裂隙和孔壁周邊的溶洞槽擠壓能力小，孔壁不夠密實(shí)易于滲漏。同時(shí)沖能小破碎能力小，鉆孔速度進(jìn)尺慢。但沖能過(guò)大，通過(guò)頂板的速度快，易于卡鉆，擴(kuò)孔現(xiàn)象嚴(yán)重[3]。

(2)巖溶區(qū)溶洞、裂隙形態(tài)復(fù)雜且相互連通，根據(jù)巖溶裂隙走向，溶洞的大小、多少、頂板的厚度等地質(zhì)條件，合理選擇開(kāi)孔順序。鉆孔時(shí)要做到先外后內(nèi)、先大溶洞后小溶洞、先長(zhǎng)樁后短樁、樁位之間交叉施工的原則。

表1 溶洞處理措施的選定原則

(3)加強(qiáng)地質(zhì)勘探，要對(duì)每根樁基的地質(zhì)狀況用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行實(shí)地詳細(xì)的了解分析，掌握樁基的地質(zhì)狀況、溶腔的高度、寬度、填充物等情況，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析和處理，便于制定具有針對(duì)性的施工措施。

(4)對(duì)照設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，當(dāng)鉆至溶洞頂板1 m左右時(shí)，用小沖程(1～1.5 m)快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞。若孔內(nèi)無(wú)填充物，泥漿面會(huì)迅速下降，要迅速往孔內(nèi)加注泥漿，以保持水頭差，防止塌孔?？蛇m當(dāng)增加泥漿中的黏土數(shù)量，泥漿密度提高至1.3～1.4 g/cm3，泥漿粘稠度控制在25～30 s。同時(shí)提鉆至孔口，以防卡鉆。

(5)黏土、片石提前備足，漏漿時(shí)馬上回填，以小沖程反復(fù)沖砸，形成泥壁，堵塞洞內(nèi)通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失[4]。

(6)提出鉆頭后，用裝載機(jī)配合挖掘機(jī)及時(shí)將準(zhǔn)備好的黏土、片石按1∶2的比例拋入。投入量按溶洞豎向高度加2 m以上，當(dāng)孔內(nèi)水頭穩(wěn)定時(shí)，然后采用低提慢進(jìn)的方法重新沖孔，通過(guò)沖孔擠壓并擠密溶洞內(nèi)填充物，堵住溶洞并重新造漿。使溶洞范圍形成護(hù)壁后，再繼續(xù)施工。

(7)提前加工好鋼護(hù)筒:每節(jié)高度 1. 5 m，護(hù)筒內(nèi)直徑比設(shè)計(jì)樁徑 +10 cm。鋼護(hù)筒的加工尺寸必須嚴(yán)格控制，護(hù)筒上下節(jié)的連接縫除焊接外，還在接縫處焊 5 cm 寬的加強(qiáng)鋼帶，護(hù)筒水平接縫所成平面與護(hù)筒豎向垂直，使整個(gè)鋼護(hù)筒的垂直度符合要求，振動(dòng)錘與護(hù)筒頂面焊接牢固，無(wú)松動(dòng);并要求振動(dòng)錘位居護(hù)筒頂面中，各節(jié)下沉的護(hù)筒必須嚴(yán)格控制垂直度。

(8)如黏土片石未能有效封堵住溶洞，為增加填充物固結(jié)強(qiáng)度，降低灌注樁施工時(shí)塌孔風(fēng)險(xiǎn)，需要在再投入黏土?xí)r分批投放袋裝水泥，水泥量以回填深度每米不少于3包，以整袋投入，然后用鉆頭將水泥袋擊破并與黏土片石攪拌均勻[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

巖溶地基的工程危害極大，因此，研究巖溶地基的施工問(wèn)題具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，本文根據(jù)中老鐵路巖溶發(fā)育情況，通過(guò)采用繞避法、拋填片石黏土筑壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法以及與拋填片石黏土筑壁法相結(jié)合的施工措施，高效、經(jīng)濟(jì)地對(duì)不同發(fā)育形態(tài)的巖溶進(jìn)行了處理。目前中老鐵路朋松楠松河特大橋巖溶地段樁基施工已全部完成， 經(jīng)超聲波檢測(cè)，樁身混凝土質(zhì)量均達(dá)到I類樁要求，所采取措施可行。