铁路桥梁桩基施工中的喀斯特溶洞处理

2012-07-26陈蔚

铁道建筑 2012年2期

陈蔚

(中铁港航局集团第二工程有限公司，广东广州 510800)

1 桥梁工程地质概况

鼎湖特大桥位于肇庆市西江北岸，西起北岭山，经九坑水库大坝下游约200 m跨三茂铁路、G321国道、长利涌河道及进港公路，东至广利镇，桥址内地势较为平坦，地形以水田和鱼塘为主，水系纵横交错。全桥长9 574.03 m，为南广铁路线路最长的1座特大桥。全桥施工段处于岩溶发育地区，地下溶洞众多，桩基施工处理难度大。

鼎湖特大桥桥址内全线地层较多，有素填土层、第四系全新统冲洪积层和残坡积层、泥盆系中统砂岩、石炭系下统层。鼎湖特大桥桥位区溶洞有以下几个特点:

1)溶洞区多，区域大，地层复杂。全桥291个墩台，224个墩台的桩基有溶洞，约占77%。

2)单个溶洞垂直高度大，层数多。桩基内单个垂直高度最大达39.6 m，串珠式溶洞多达18层，各岩层厚度较小，大部分不足1 m。

3)溶洞所处位置深。在长利涌施工段，溶洞位置在地面以下60～90 m，且地质钻孔均未揭示出岩层完整底板，其中最大钻孔深度151 m也未揭示出岩层底板。

2 溶洞的处理方法

2.1 抛填片石和黏土法

对于单层溶洞，垂直高度在3 m以下的宜用此法。施工时为防止护筒下沉，岩溶地区的钢护筒比一般地区的护筒略长，不得＜3 m，是否还需加长穿过易塌土层，应视该桩的复杂程度决定。

施工前应准备好回填材料。石料应选用硬质岩石，强度为20～40 MPa，节理裂隙不发育，尺寸≤40 cm的自然级配。黏土应选用优质黏土，含沙率≤5%，塑性指数以17% ～25%为宜，并将黏土装入编织袋备用。

按正常钻孔桩施工方法施工，在钻头穿过护筒前，在护筒内口填入小碎石，用钻头冲击使小碎石挤入护筒底口，对护筒底口进行加固。

钻进过程中应按地质图中的溶洞位置，在将要钻进至溶洞顶板高程时应减小冲程，防止溶洞顶板的突然破裂导致卡钻、塌孔等事件。当击穿溶洞顶板导致漏浆(孔内水位下降)时，应立即组织人员(机械)进行回填，按土石比例 0.5∶1～1∶1(体积比)填入孔内，回填至溶洞顶板以上1～2 m(再高则效果下降);并同时向孔内补水，保持孔内水位，用小冲程冲进，让黏土和片石充分挤入溶洞，每钻进0.5 m，回填一次，直到孔内水位不再下降为止。若漏浆同时发生塌孔现象，应立即抛填片石和黏土，下部以抛片石为主，上部按比例抛片石和黏土，回填到塌方部位以上1.0～1.5 m。以上步骤重复使用，直至成孔。

2.2 溶洞注浆法

此方法使用以纯水泥浆为主的单液注浆，适用于多层、串珠型溶洞。

注浆前应仔细阅读分析地质柱状图，了解各层溶洞所在高程、溶洞间岩层高度、填充物等信息，确定注浆钻孔深度。注浆钻孔深度应达到最深一层溶洞底板以下50 cm。

测量放出需注浆的桩位，在桩位范围内钻孔。钻孔完毕后插入压浆用PVC管，PVC管采用φ50多孔花管，确保从上到下各高程溶洞均能注入水泥浆。水泥采用 P．O 42.5 水泥，水泥浆水灰比在 0.6∶1 ～1∶1之间。

连接压浆PVC管与压浆泵之间的输送软管，安装压力表，注浆压力应控制在 0.2～0.4 MPa，不得大于0.5 MPa。终注压力 0.5 MPa。

制(拌)浆时，先加水，开动制(拌)浆机，再加水泥。搅拌完成后，为防止堵管，应在将水泥浆放入存浆池之前加过筛处理。制(拌)浆的速度应满足压浆泵的工作需求。

注浆过程中，要有防止堵管措施，在间隔时间段内需及时清理管道。

注浆过程中，应设时间间隔停压，让水泥浆有凝固时间，若有速凝剂，则可减少间隔时间。

对于大溶洞，可在水泥浆中掺入一定量的粉土或粉煤灰，粉土掺入量不大于水泥重量的10%，粉煤灰掺入量为水泥重量的20%～50%。

在终注压力下连续注浆10 min的注入率不大于5 L/min时，可终止注浆。

注浆完成待水泥浆强度达到一定程度后，按正常桩基施工方法冲孔，施工过程中偶尔会出现少量漏浆状况，配合抛填片石和黏土法，钻进成孔。

2.3 钢护筒跟进法

对于在钻孔过程中屡次漏浆，回填片石、黏土无效果的，或者单层溶洞高度在8 m以上的大型或超大型溶洞，可采用钢护筒跟进法处理。护筒跟进法分单护筒和多护筒2种。

单护筒跟进法施工前应准备好一定量的钢护筒，护筒直径要大于桩径，钢板厚度8～14 mm，采用振动下沉法(图1)。

图1 钢护筒跟进

将护筒下沉至岩面高程，下沉过程中要注意控制钢护筒的垂直度，并防止在遇到岩层后护筒底口卷板影响孔径。采用正常方法冲孔，将溶洞顶板击穿后，用直径稍大一点的锤头在岩面位置反复扫孔，将护筒继续下沉至溶洞底板，钻孔成桩。

对于多层、串珠式超大型溶洞，可采用多护筒跟进法。施工前应仔细分析地质柱状图，了解溶洞层数和高度，确定使用的护筒层数和长度，第一层护筒直径要大于桩径50 cm以上，以保证后面的护筒的垂直度和成桩质量。施工时先下沉第一层护筒至最上层溶洞顶板岩面，此护筒称之为防坍护筒，防止第一层超大型溶洞顶板被击穿后引起的大面积塌孔导致安全事故。用直径稍大于桩径的钻头钻孔，将第一层溶洞顶板击穿后，再跟进第二层护筒，第二层护筒直径应比第一层护筒直径小10～20 cm，一直跟进至第一层溶洞底板，再正常钻进，视地质情况，将第二层护筒一直跟进至孔底或再跟进第三层护筒，钻孔成桩。