李貴，張健

（中國建筑第七工程局有限公司，鄭州450000）

1 工程概況

鄂州市鳳凰大橋橋長1 026.2m，橋?qū)?7m，主橋為40m+3×60m+40m 連續(xù)箱梁，兩側(cè)引橋采用20m 跨徑空心板簡支結(jié)構(gòu)。橋梁基礎(chǔ)采用端承樁，全橋共有240 根樁基，直徑分為1.2m、1.5m、1.8m 3 種，一般樁長約30m，最大樁長54m。

橋位區(qū)地貌屬洋瀾湖湖區(qū)，水深0.5～3.5m，場地所在區(qū)域的下伏基巖為三疊系（T）大冶群的灰?guī)r，屬于可溶性巖，區(qū)域巖溶發(fā)育。

根據(jù)地勘鉆探芯樣，橋位區(qū)域溶洞發(fā)育，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，溶洞率達到90%?；?guī)r層中主要存在裂隙、破碎體、串珠式多層溶洞，最大溶洞豎向高度達15.2m，多層溶洞累計層厚達39.9m。

2 樁基成樁方案分析

2.1 巖溶地質(zhì)對成樁的影響分析

2.1.1 巖體破碎、裂隙發(fā)育對成樁影響

巖體破碎、裂隙發(fā)育在鉆孔過程中主要會造成漏漿，少量的漏漿通過及時補漿，調(diào)整泥漿比重可以得到解決；嚴重漏漿會導(dǎo)致泥漿面迅速下降，很有可能導(dǎo)致護壁垮塌。在灌注混凝土的過程中，由于混凝土比重較大，灌注達到一定高度后底部壓強過大會沖破護壁，導(dǎo)致混凝土沿裂隙流失。

2.1.2 巖面不平整對成樁影響

造成巖面不平整的原因主要為溶洞底板巖面傾斜、探頭石凸起過高造成的巖面不平、基巖表面差異化風(fēng)化造成巖面不平等。巖面不平整會造成鉆頭或沖錐移位，特別會造成沖錐的沖擊能大量損失，從而發(fā)生偏空、擴孔、鉆進無力、卡鉆等成孔問題。

2.1.3 溶洞對成樁影響

巖溶發(fā)育區(qū)溶洞存在多層溶洞、區(qū)域溶洞密集、區(qū)域內(nèi)各個溶洞之間竄通情況，溶洞內(nèi)的填充情況也很復(fù)雜。在成孔過程中一旦擊穿溶洞，很有可能發(fā)生漏漿塌孔問題，甚至?xí)l(fā)生地表局部塌陷風(fēng)險。此外，擊穿溶洞頂板的過程中存在較大的卡鉆風(fēng)險。在灌注混凝土的過程中存在混凝土沖破護壁流入溶洞大量流失的風(fēng)險，在規(guī)模較大的溶洞地質(zhì)條件下甚至出現(xiàn)無法灌注成樁的問題。

2.2 成孔方案選擇

巖溶地區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，風(fēng)險相對較大。因此，選擇成孔方案時，應(yīng)結(jié)合場地條件和設(shè)計要求，慎重保守確定。

常用的成孔工藝有螺旋鉆機成孔、沖擊鉆成孔等。對于地層中由于土石粒徑較大、風(fēng)化程度不是很嚴重的巖土體或基巖組成，并且地下水很豐富時，優(yōu)先采用沖擊鉆。該工程樁基設(shè)計為端承樁，需嵌入穩(wěn)定基巖層，而場地區(qū)域內(nèi)基巖為硬度較大的灰?guī)r且位于湖區(qū)，綜合比較，采用沖擊鉆成孔為最優(yōu)方案。

3 成樁措施

3.1 預(yù)注漿法

對于巖溶地區(qū)，一般會對樁位處地質(zhì)條件采用“一樁多孔”的詳勘措施進行確認，勘察工作結(jié)束后，利用地勘鉆探孔位，在有裂隙和溶洞的孔位安裝壓漿管道，壓注水泥漿進行預(yù)處理。

主要原理為：將水泥漿以高壓形式通過導(dǎo)管注入裂隙、空洞或溶洞充填物中，使?jié){液填充裂隙、空洞或與充填物混合，并在溶洞裂隙中固結(jié)成整體，如圖2 所示。

注漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在約1∶1；若添加水玻璃，控制水泥∶水玻璃∶水=5∶9∶10。注漿預(yù)處理可以有效減輕巖溶地區(qū)樁基成孔、灌注過程處理難度，減小施工成孔過程中漏漿、塌孔等現(xiàn)象的發(fā)生概率，并減少灌注過程中的混凝土流失[1]。

圖2 預(yù)注漿示意圖

3.2 回填造壁法

鉆穿溶洞漏漿時，反復(fù)投入黏土和塊石，利用鉆頭沖擊將黏土和塊石擠入溶洞和巖溶裂隙內(nèi)，還可以摻加水泥、燒堿和鋸末，以增加孔壁的自穩(wěn)能力。

摻加比例：正常情況采用黏土摻加塊石，黏土、塊石比例1∶3；當摻加水泥時，每立方米回填料摻加200kg 水泥。

摻加方法：塊石直接投放，石塊粒徑15～30cm。水泥摻入黏土后裝袋投放。塊石、黏土袋采用分層投放，每層控制在約50cm，回填高度至溶洞頂板以上1～2m，重新進行沖孔作業(yè)。再次沖孔采用小沖程通過溶洞，讓鉆錘擊碎塊石和黏土并擠入到溶洞內(nèi)壁發(fā)揮保護作用（見圖3）。鉆孔通過溶洞段后方可加大沖程按照常規(guī)方式進行鉆進。若出現(xiàn)漏漿，則繼續(xù)少量多次投入塊石、黏土，直至漏漿現(xiàn)象全部消失。如此反復(fù)，直至鉆孔順利穿過溶洞。

適用范圍：適用于沖孔過程中漏漿，存在溶洞或裂隙情況。施工方法簡單，造價較低。

圖3 回填造壁法示意圖

3.3 內(nèi)套護筒法

對于溶洞高度大于3m 的情況，可采用內(nèi)套鋼護筒穿越處理，其原理如圖4 所示。其主要目的為解決溶洞、裂隙條件下，前期沖孔時回填造壁形成的護壁不穩(wěn)定，灌注混凝土過程中壓力過大，造成護壁擊穿的問題。護筒跟進可以保證樁基混凝土灌注時不發(fā)生流失，避免斷樁、超方、塌孔等病害的發(fā)生概率。

樁基施工前，應(yīng)根據(jù)地勘鉆孔勘測結(jié)果查明溶洞大小、層數(shù)、位置。樁基成孔到設(shè)計標高后，按樁徑選取相應(yīng)護筒分節(jié)沉入樁孔底部，一般護筒選擇內(nèi)徑與樁徑相同的護筒。護筒下沉?xí)r使用導(dǎo)向架。護筒沉入完畢后，進行清孔下放鋼筋籠，再次清孔后灌注混凝土成樁。該方法適用于溶洞較大，或者多層溶洞等漏漿嚴重容易塌孔的樁位，但工序較復(fù)雜，費用較高。

圖4 內(nèi)套護筒法示意圖

3.4 多層護筒跟進法

多層護筒跟進法與內(nèi)套護筒法類似，其區(qū)別在于多層護筒跟進需根據(jù)地質(zhì)條件多次分級打入護筒，輔助穿過溶洞區(qū)間。該方法鋼護筒下沉難度大，護筒需進行加強，并采用大功率打樁錘下沉護筒，否則無法達到要求。對于個別較大的大溶洞，特別是多層溶洞，洞高較大時，可以采用多層護筒跟進的施工方案，但其經(jīng)濟性較差，打設(shè)施工難度大，時間長。

3.5 灌注低標號混凝土法

對于較大的溶洞，采用回填塊石+黏土形式難以成孔，鋼護筒跟進法無法將護筒打入，可采用低標號混凝土回填。此外，穿過溶洞漏漿或遇到較為傾斜的巖面造成斜孔時，也可以填筑低標號混凝土，間隔一定時間后沖擊成孔。混凝土標號根據(jù)基巖強度確定，可在混凝土中添加一定的早強劑。施工中采用導(dǎo)管灌注混凝土至洞頂以上約1m，混凝土達到一定強度后方可進行沖孔施工。對于傾斜巖面，為校正孔位，回填混凝土與斜巖面頂齊平即可。該方法施工方法簡單，造價相對較高。優(yōu)勢在于，其在漏漿比較嚴重的樁位，能迅速對裂隙和溶洞進行封堵，但對于大型溶洞，或者串聯(lián)式溶洞時，造價會很高。

3.6 高壓旋噴注漿法

該處理方法是采用高壓旋噴樁，對樁基周圍一定范圍進行填充加固處理。其優(yōu)點為：（1）充填、滲透固結(jié)作用。高壓水泥漿滲入破碎層形成更大范圍固結(jié)體。（2）壓密作用。高壓噴射流可以切割破碎土層。對于溶洞中的黏土、破碎巖體等，漿液通過劈裂、擠密作用加固巖土體。（3）加固范圍內(nèi)，材料的利用率較高，漿體的結(jié)石率高。

4 效果評價

通過現(xiàn)場施工效果反映，預(yù)注漿處理可以有效減輕不良地質(zhì)對成樁的影響，是處理溶洞裂隙對樁基成孔影響的有效措施，實際運用時結(jié)合地勘超前鉆，在有裂隙、溶洞發(fā)育的樁位處盡可能采用該方法預(yù)先處理。

回填造壁法是溶洞、裂隙處理樁基施工最直接、最有效、最經(jīng)濟的措施，運用該方法進行處理可解決漏漿、塌孔等病害。

內(nèi)套護筒法在溶洞、裂隙發(fā)育的地質(zhì)情況下，可以保證樁基成樁。但是施工難度大，經(jīng)濟性較差，僅在地質(zhì)條件較為惡劣情況下使用。多層護筒跟進法作為備選方案，在本工程未使用，其輔助成孔效果較好，但工期和經(jīng)濟投入會相對更大。

灌注低標號混凝土法對成孔過程中漏漿、塌孔、偏孔問題的處理是有效可靠的，經(jīng)濟性較差，該方法通常在地質(zhì)情況非常差，其他方法無法成功處理的情況下實施。

高壓旋噴處理法不僅可以結(jié)合預(yù)注漿法進行鉆孔預(yù)處理，還可以在成樁后通過對樁基周圍一定區(qū)域內(nèi)進行地基加固處理，填塞封堵裂隙，從而減緩溶洞發(fā)育，提高主體結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。但造價較高，推薦作為后期樁基加固處理時使用。