胡華清

（中交第三航務(wù)工程局有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315200）

0 引言

我國西南山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、巖溶較為發(fā)育，且大多橋墩的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)仍較多采用明挖基礎(chǔ)。由于地勘受現(xiàn)場環(huán)境條件的限制，基底界面的地質(zhì)情況有較大的不確定性，特別是在巖溶發(fā)育和富水地區(qū)，一旦采用明挖基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在基礎(chǔ)開挖施工至基底出現(xiàn)巖溶、裂隙、夾泥等不良地質(zhì)時(shí)，較難更改基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方式。同時(shí)，橋梁基礎(chǔ)處理屬于點(diǎn)上施工，在山區(qū)較多受環(huán)境條件限制處理較為困難，不同于路基區(qū)段巖溶基底的處理，后期現(xiàn)場條件影響較小，采用常規(guī)物探和注漿處理即可。現(xiàn)階段橋梁基礎(chǔ)基底的處理還沒有形成一套完善有效的處理工藝，因此，做好橋墩明挖基礎(chǔ)的基底的物探，準(zhǔn)確揭示基底的不良地質(zhì)和巖溶發(fā)育情況，并能有效采取基底巖溶處理措施，確保橋墩基礎(chǔ)的工程施工質(zhì)量和后期運(yùn)營安全尤其重要。

本文依據(jù)新建黔張常鐵路（代建段）阿蓬江特大橋 19# 墩明挖基礎(chǔ)的現(xiàn)場環(huán)境條件、基礎(chǔ)類型、地勘資料揭示的巖溶發(fā)育情況，重點(diǎn)對基底的地質(zhì)勘驗(yàn)、檢測、處理方案及巖溶的注漿處理工藝、注漿的檢測手段應(yīng)用及處理效果進(jìn)行了闡述。

1 工程沿線地質(zhì)構(gòu)造

新建黔張常鐵路（代建段）工程位于重慶市黔江區(qū)武陵山境內(nèi)，喀斯特地貌發(fā)育，地形地貌受底層巖性及地質(zhì)構(gòu)造控制，地形起伏大，山上喬木植被茂密，沿線地形變化復(fù)雜，不良地質(zhì)主要有危巖、巖溶、落石、褶皺、裂隙、中、微風(fēng)化剝落、坍塌等，沿線可溶巖多以條帶狀分布，部分以條團(tuán)塊狀分布，少數(shù)地方星散狀分布出現(xiàn)。

2 橋梁設(shè)計(jì)概況

阿蓬江特大橋全橋長 1 360.45 m，為高墩大跨矮塔斜拉鐵路橋，設(shè)計(jì)時(shí)速 200 km/h 客貨共線，其中大橋主跨為 240 m，兩主墩高 122.5 m 和 123.5 m，主塔高度 173 m，基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)除常德臺(tái)采用明挖基礎(chǔ)外均采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁基最深達(dá) 75 m。該橋 19 號(hào)墩為（78+2×135+66）m 剛構(gòu)連續(xù)梁主墩，位于阿蓬江“U”型峽谷側(cè)壁上，一面深入山體，一面緊靠懸崖，懸崖側(cè)壁呈 70°南北走向，與線路夾角為 40°。懸崖頂與河岸地面高差 75 m，與懸崖相對關(guān)系如圖 1 所示?；A(chǔ)后變更后采用圓端型挖井式明挖基礎(chǔ)，長10.4 m，寬 6 m，深 38 m，墩身為墩徑 4 m 的實(shí)心墩。

圖1 墩身設(shè)計(jì)位置與懸崖相對關(guān)系立面圖（單位：m）

3 基礎(chǔ)基底地質(zhì)勘驗(yàn)及基巖試驗(yàn)檢測

3.1 基礎(chǔ)施工情況

為保證施工安全及巖體的穩(wěn)定，挖井基礎(chǔ)采用非爆破開挖方案。先采用潛孔鉆在懸崖側(cè)圓弧段鉆孔，隔離基礎(chǔ)外側(cè)巖體，在懸崖側(cè)形成臨空面，再采用液壓劈裂機(jī)靜爆破碎法從外到內(nèi)逐層破碎基坑巖石，小挖機(jī)裝斗，汽車吊起吊裝車、渣土車出運(yùn)。

3.2 基礎(chǔ)基底地質(zhì)勘驗(yàn)

基礎(chǔ)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后經(jīng)與設(shè)計(jì)院地質(zhì)專業(yè)探討后，現(xiàn)場對基礎(chǔ)基底進(jìn)行地質(zhì)勘察，參照 TB 10027－2012《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》［1］先期基底平面釬探勘驗(yàn)布設(shè) 14 孔，后期根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘驗(yàn)需要在 9 # 探孔位置水平增加 15 #、16 # 2 個(gè)探孔，在4#探孔位置平面增加 17#、18#、19# 3 個(gè)探孔，共布設(shè)釬探孔 19 孔，釬探記錄數(shù)據(jù)如表 1 所示，釬探勘驗(yàn)探孔布置位置及推測溶腔分布如圖 2、圖 3 所示。

圖3 溶腔立面及水平探孔位置示意圖（單位：cm）

表1 基礎(chǔ)基底巖溶物探記錄

圖2 巖溶平面形態(tài)及平面探孔位置示意圖（單位：cm）

為釬探、物探數(shù)據(jù)能正確揭示基底巖石裂隙及溶腔情況，經(jīng)對基底裂隙現(xiàn)場實(shí)地勘察后，在基底裂隙位置 A 處（5、8、9、10 # 探孔位置）和 B 處（11 # 探孔位置）向下開挖直徑 1.2 m，深度 3 m 的探坑，由人工清理裂隙夾層，探查裂隙情況，探坑布置位置如圖 4 所示。

圖4 墩身基底探坑平面布置位置

在基底裂隙位置 A 處探坑采用人工鋼釬開挖，下挖至 1.5 m 位置底部為基巖，經(jīng)擴(kuò)孔下挖至 2 m，上口約 60 cm、下口約 20 cm 為泥結(jié)碎石，并向坑內(nèi)延伸接近至3 號(hào)釬探孔，整個(gè)填充物深度為 1.5 m，堅(jiān)硬、較為密實(shí)，巖層的泥結(jié)碎石填充物，如圖 5 所示；基底巖層處探坑再下挖至 3 m 處發(fā)現(xiàn)泥夾層，如圖 6 所示。

圖5 基底巖層泥結(jié)碎石填充物

圖6 基底巖層泥夾層

基底裂隙位置 B 處探坑采用水磨鉆取芯方法取樣，探坑下挖至 0.74 m 位置，芯樣整體基本完整，有可見的輕微裂隙，如圖 7 所示；下挖至 1.51 m 位置芯樣不完整，有明顯裂隙，如圖 8 所示；下挖至 3 m 位置后芯樣整體基本完整，有可見的輕微裂隙，如圖 9 所示。

圖7 探坑0.74m處位置芯樣

圖8 探坑1.51m處位置芯樣

圖9 探坑3m處位置芯樣

3.3 基底基巖試驗(yàn)檢測

對基底基巖的試驗(yàn)檢測主要進(jìn)行天然和飽和狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測，檢測數(shù)據(jù)基底基巖強(qiáng)度較高，自然干燥試樣強(qiáng)度為 104 MPa，48 h 飽水強(qiáng)度為60 MPa，軟化系數(shù)為 0.6，具體檢測結(jié)果如表 2 所示。

表2 基巖抗壓強(qiáng)度檢測

根據(jù)釬探、物探及局部開挖地質(zhì)揭示，基坑底部巖層相對較完整，局部雖有裂隙，但已完全由泥結(jié)碎石填充，并較為密實(shí)?；谆鶐r抗壓強(qiáng)度較高，天然狀態(tài)下試樣最小強(qiáng)度達(dá) 101 MPa，飽和狀態(tài)下強(qiáng)度達(dá) 58 MPa，滿足設(shè)計(jì)容許地基承載力〔σ〕＞ 1 MPa 要求。

4 基礎(chǔ)基底的處理及效果檢測

4.1 基底的處理總體方案

根據(jù)阿蓬江特大橋 19 號(hào)墩補(bǔ)充地質(zhì)勘探資料，結(jié)合基底釬探、物探及局部開挖地質(zhì)揭示的巖溶溶蝕影響的分布以及巖溶通道等，對局部巖溶采取挖除換填方案，即將原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)加深 3 m，采用與基礎(chǔ)相同強(qiáng)度等級的混凝土回填密實(shí)，對側(cè)壁及基底發(fā)現(xiàn)的裂隙、巖溶處理采用壓注水泥漿或水泥水玻璃漿雙液壓漿加固處理措施［2］。

4.2 基底巖層裂隙注漿工藝

為確保巖層裂隙的注漿效果，在基底巖層巖溶、裂隙注漿前，現(xiàn)場選擇一處地質(zhì)條件和巖溶發(fā)育程度近似基底的地段進(jìn)行注水泥漿、水泥水玻璃和注水試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際注漿情況確定水泥漿及水泥水玻璃注漿壓力、注漿用量、水灰比、水玻璃比例、外加劑類型及摻量等壓漿施工工藝參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況，現(xiàn)場采用兩種注漿方案，一是注水泥漿液，注漿過程中根據(jù)注漿壓力、漿液流量、以及特征動(dòng)態(tài)調(diào)整漿液水灰比（1∶1～1∶0.5）；二是采用雙液壓漿處理措施，現(xiàn)場注水泥與水玻璃漿液，水泥漿與水玻璃比例控制在1∶0.3～1∶0.8。

4.2.1 灌漿孔的施作

現(xiàn)場考慮到全部鉆孔后，可能引起相鄰注漿孔位的串漿，造成清孔工作量的增加，灌漿孔采取間隔“跳孔施鉆、跟進(jìn)分注”的方式進(jìn)行施工，注漿孔施作工藝要點(diǎn)。

1）注漿孔布置采用徠卡 TCA 2003 全站儀精準(zhǔn)孔位布點(diǎn)放樣，按照梅花型布置孔位，如圖 10 所示。

圖10 注漿孔位布置示意圖

2）鉆孔采用液壓 100 型地質(zhì)鉆機(jī)，孔徑為 110 mm，上覆土層采用跟進(jìn)式不帶水鉆進(jìn)，及時(shí)跟進(jìn)邊鉆邊套管施作［3］。

3）在施作鉆進(jìn)至基巖 0.5 m 時(shí)，在鉆孔中嵌入 108 mm 套管，用 M10 水泥砂漿封閉孔壁，保證孔口套管露出地面 0.3～0.5 m，并及時(shí)用砂漿或混凝土封閉套管四周，防止?jié){液串孔串漏，影響實(shí)際注漿效果及密實(shí)性。

4）施工前，采用清水洗孔直至返清水為止，沖洗時(shí)間控制在不少于半小時(shí)，然后擰孔口蓋準(zhǔn)備壓注灌水泥漿或水泥-水玻璃漿。

4.2.2 壓注灌漿

根據(jù)現(xiàn)場注漿材料情況，注漿液材料采用重慶弘揚(yáng) P.O42.5 水泥，壓漿前選取一個(gè)代表性孔進(jìn)行注清水試驗(yàn)，以確定孔單位長度吸水量。

1）壓漿?，F(xiàn)場注漿按照先邊排注漿、后內(nèi)排注漿、遵循跳孔注漿順序［2］，水泥漿（1∶1～1∶0.75），水泥漿流動(dòng)度控制在 10～30 s，同時(shí)，密切注意注漿情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)連續(xù)注漿吸漿量下降時(shí)，采用水泥漿-水玻璃雙液壓漿措施，水泥漿與水玻璃配比（1∶0.3～1∶0.8）；壓漿壓力控制在 0.3～0.5 MPa［2］。注漿遇到有巖溶發(fā)育但不進(jìn)漿或吸漿量少時(shí)，現(xiàn)場采用先用高壓清水洗孔、再利用鉆機(jī)清孔疏通巖溶裂隙的通道后，再進(jìn)行注漿作業(yè)。

2）壓漿結(jié)束控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場基底勘驗(yàn)情況，并結(jié)合代表地段的工藝性試驗(yàn)結(jié)果，注漿時(shí)出現(xiàn)以下情況現(xiàn)場結(jié)束對基底巖層的注漿作業(yè)。

①注漿孔口壓力達(dá)到 1.0 MPa，漿液難以再注入時(shí)；

②單孔壓漿量達(dá)到平均設(shè)計(jì)壓漿量的 2.0 倍，且進(jìn)漿量明顯減少時(shí)；

③冒漿點(diǎn)超過注漿范圍 5 m 時(shí)；

④當(dāng)注漿壓力不大或注漿量降低，基底突然出現(xiàn)層間異常上鼓，應(yīng)及時(shí)終止注漿作業(yè)，同時(shí)采取對附近注漿孔進(jìn)行補(bǔ)償注漿等措施。

根據(jù)現(xiàn)場開挖勘驗(yàn)揭示的情況以及釬探驗(yàn)證結(jié)果，預(yù)估單孔注漿量 11 m3或每米注漿量 2.2 m3/m，總計(jì)預(yù)估注漿量 66 m3，因此，施工過程中當(dāng)單孔注漿量達(dá)到平均單孔估算注漿量的 2 倍，或者現(xiàn)場注漿總量達(dá)到估算總量的 80 %，并預(yù)計(jì)會(huì)突破估算數(shù)量時(shí)，要查明情況、分析原因，采取補(bǔ)救措施。

4.3 注漿效果檢驗(yàn)

為保證注漿效果，滿足橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場按照注漿孔總數(shù)量的 2 % 且不少于 3 孔進(jìn)行注漿效果檢驗(yàn)，注漿檢查孔通過鉆芯取樣和注水試驗(yàn)兩種方法來驗(yàn)證注漿效果。

1）注水試驗(yàn)。在孔內(nèi)注水試驗(yàn)前，先量測孔內(nèi)原有穩(wěn)定水位后，再進(jìn)行孔內(nèi)定量注水，觀測單位長度的吸水量變化幅度或水位，壓漿后試驗(yàn)的單位長度吸水量實(shí)測 20 %（＜判定標(biāo)準(zhǔn)的 35 %），達(dá)到壓漿效果。

2）鉆芯取樣?，F(xiàn)場采用液壓 100 型地質(zhì)鉆機(jī)鉆取自檢孔巖芯芯樣，可見多處水泥漿與巖溶裂隙結(jié)石體，基本可見填滿空洞及縫隙，自檢孔巖芯如圖 11 所示。

圖11 自檢孔巖芯

5 結(jié)語

在我國西南地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶較為發(fā)育地區(qū)，橋梁基礎(chǔ)基底處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)是應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)類型和巖溶發(fā)育程度布置勘探點(diǎn)，綜合利用鉆孔、孔內(nèi)透視等物探手段查明基底巖溶發(fā)育及地質(zhì)情況，然后有針對性地采取地基處理措施。阿蓬江特大橋 19# 墩基底的地基處理在充分考慮地基處理的邊界條件、地質(zhì)勘查資料，基底釬探、物探及局部開挖地質(zhì)揭示的巖溶溶蝕影響的分布以及巖溶通道后，綜合采用局部巖溶挖除換填和注漿兩種措施。根據(jù)處理后地基處理檢測結(jié)果及后期線路運(yùn)營情況，該基底的地基處理在物探手段、巖溶處理方法的選擇、處理效果檢測等是比較符合實(shí)際的，巖溶地基經(jīng)注漿處理后，能夠滿足橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工后沉降量不應(yīng)超過限值 50 mm 要求，同時(shí)，也為以后巖溶地區(qū)在橋墩基礎(chǔ)的基底處理實(shí)際應(yīng)用上提供參考。Q