岩溶地质条件下大直径超长钻孔灌注桩施工技术研究

2018-07-04徐学鹏

山西建筑 2018年15期

徐学鹏

(中铁二十五局集团第三工程有限公司,湖南长沙 410000)

0 引言

随着经济的发展，城市高架桥逐渐增多，大直径超长钻孔灌注桩也得到广泛的应用。桥梁施工常常穿越复杂的岩溶地层，由于岩溶地区的溶沟、漏斗、落水洞、溶蚀等特点[1]，桩基在岩溶区域的变形及受力机理尚未研究清楚[2]，大直径超长钻孔灌注桩在岩溶地区施工容易出现孔斜、地面坍塌、断桩等风险。此外，岩溶形态不规则及真空范围难以探明的影响，使得混凝土浇筑无法估计，易造成较大的资源浪费和经济损失。而针对复杂岩溶地区的大直径超长钻孔灌注桩施工经验积累较少，指导性案例和关键技术总结鲜有提出。

因此，本文以长株潭城际铁路白石港特大桥项目5号墩成桩施工为例，详细阐述在连通及多层溶洞区域内大直径超长钻孔灌注桩的施工关键环节，并针对典型问题提出相应的解决方案，对类似工程提供了解决方案。

1 工程概况

新建长株潭城际铁路白石港特大桥，全长1 333.125 m，孔跨布置为1-24 m，共32个桥墩，2个桥台。该桥的2号～23号墩位于岩溶区域，其中需进行岩溶处理的桥墩12个，分别为2号～5号墩、8号～12号墩、15号墩、16号墩、23号墩，岩溶桩基总桩长合计6 460 m。其中2号～11号墩，均采用嵌岩桩基础；其余非岩溶地区桩基础均采用摩擦桩。

1.1 地质条件

地层分布情况由上而下为：种植土、人工填土、粉质粘土、泥质砂岩、砂砾岩、灰岩。桥桩基础持力层为灰岩弱风化层，基本承载力800 kPa。本桥岩溶具有如下特点：溶洞存在连通及多层溶洞现象；溶腔高度较大；大部分为全填充溶洞，少部分为半填充(半填充溶洞均为小溶洞)。

3号～6号连续梁主墩5号墩，岩溶发育很严重，桩基桩长最长，溶腔高度最大，溶洞地质比较典型，是工期压力重难点部位。设计采用11根桩径2.0 m、桩长71 m～101 m的群桩基础，如图1所示。灰岩上方覆盖层为粉质粘土、泥质砂岩、砂砾岩，均为全风化，地层破碎易塌孔。地基大部分存在溶洞连通及多层溶洞现象，溶腔高度很大，溶洞最大净高达42 m，溶洞呈全填充状态，填充物为软可塑状粉质粘土，如图1所示。

1.2 总体方案概述

1)工艺方法确定。

成孔工艺选择及运用是保证成孔质量的重要因素，桩基成孔的方法决定了岩溶地质条件下钻孔灌注桩施工的成败，是施工工艺的基础及核心。

冲击钻成孔的特点有：受地质条件限制小、冲击力大、成孔速度慢。对于土层而言，旋挖钻成孔相较于冲击钻成孔，具有成孔速度快、护壁效果好、相对更经济的特点，但却受限制因素及存在问题很多，在强岩溶地区施工十分困难，没有任何优势。

根据白石港特大桥5号墩桩基地质资料结合现场调查，我部决定桩基全部采用冲击钻成孔施工。

2)桩基钻孔顺序确定。

本墩桩基施工前需对钻孔顺序仔细研究确定。基本原则为采用跳桩法施工。对于桩基基础下有溶洞的桩基，结合施工经验先施工溶洞底板较低的桩，先施工这类基桩有利于在处置回填过程中更有效的填充溶洞，对于施工附近底板相对于较高的基桩来说，因前期先施工底板较低的基桩，充填加固了附近地基，有利于成桩。

2 关键环节施工技术

白石港特大桥岩溶地区大直径超长桩施工过程中主要的关键技术环节包括：溶洞处理、斜岩处理、沉渣厚度控制、成桩控制。

2.1 溶洞处理

5号墩溶洞底板埋深大，且溶洞范围较大，地下水较丰富，前期采用岩溶导管预注浆预处理或采用钢护筒护壁灌桩，施工成本较巨大，综合分析不是有效解决方案。最终决定采用边回填造壁结合钢护筒跟进(L≤20 m)配合施工，最终达到预期效果。

1)回填造壁法施工。

冲击钻底部标高距离溶洞顶板1 m左右时，为防止卡钻，需调小冲孔进程，同时加大泥浆配合比，加大排渣力度，多次测量钻孔深度，缓慢将底板击穿，最终达到预期成孔效果。

击穿溶洞顶板后，增加泥浆供应，并及时抛填片石粘土混合料，片石比例占70%，片石粘土混合料应回填至超过溶洞顶板，继续钻进，继而回填片石粘土混合料，反复填冲，对溶洞位置进行封堵。具体步骤见表1。

2)钢护筒跟进施工。

击穿溶洞顶板后出现漏浆时，除采用抛填片石粘土混合料的方式或浇筑素混凝土外，同时进行钢护筒跟进。钢护筒比桩径大20 cm，壁厚1.2 cm，每4 m一节，两两焊接接长。护筒口加边包圈保证护筒的刚度以防止变形过大，钢护筒跟进至溶洞底板继续钻孔。当溶洞整体高度大于5 m，无论溶洞是否为填充状或是否回填，均设置双层钢护筒。

表1 回填造壁法施工步骤

a.溶洞高在3.0 m

b.溶洞高大于5.0 m(多层)，且溶洞分布较分散时，采用双护筒法+回填造壁法配合施工。护筒长度确定需结合现场施工条件、可操作性及经济成本考虑，采用钢护筒跟进至泥质砂岩层顶往下1 m标高处，初步定于钢护筒跟进16 m深，特殊情况可作适当调整但不超过20 m,如图2所示。

2.2 斜岩处理

在溶洞群施工中，斜岩是个常见的问题，因其出现在溶洞底板以及基岩面层处，如果不及时处理会造成钻孔垂直度不够以及掉钻、卡钻，进而影响施工。对于这类问题只有通过磕打的方法，人工构筑一个较好的持力层，针对5号墩长桩的特性，采用了回填片石结合小行程磕打以及回填混凝土磕打相结合的方法。

其操作要领是及时纠正在钻进过程中的垂直度。回填料回填后应进行小行程磕打，一般钻头冲程控制在50 cm～1 m范围内，待磕打出一个有效的支撑面后再继续进尺，如图3所示。

2.3 沉渣控制

白石港特大桥桩基础施工，沉渣厚度控制是质量控制的重点内容，主要是为了防止基桩沉降，造成有砟轨道道床不均匀下沉。灌注水下混凝土之前，必须严格控制二次清孔，对桩基沉渣厚度按照规范要求应控制在5 cm以内。

采用二次清孔保证成孔质量。成孔后，下钢筋笼前，通过反循环清除孔内沉渣。清孔后应及时检孔。钢筋笼下完后，通过导管进行清孔，通过导管冲开孔底沉渣，达到清孔目的。

二次清孔检孔手段：混凝土罐车到位后，停止清孔，采用测绳测量孔深，与第一次检孔数据比较，即可得出孔底沉渣厚度，如沉渣厚度满足规范要求即可进行下一道工序，如图4所示。

2.4 成桩控制

岩溶地区成孔较困难，如果质量控制不当存在掉钻、卡钻等现象，结合现场经验来说主要从钢筋笼吊装、水下混凝土灌注以及泥浆配合比来控制。

1)钢筋笼吊装控制。首先对钢筋笼进行分节起吊安装工作，分成两种长度，一种为9 m，一种为12 m。使用大吨位的吊机进行起吊，安放钢筋笼的工作过程中，应该垂直的进行骨架的起吊和下放；在进行钢筋骨架的下放工作过程中，一定要严格的避免同孔壁有擦撞问题，避免对孔壁造成破坏。选择使用多点起吊的方式来进行钢筋笼的转运和入孔起吊工作，充分避免钢筋笼出现变形问题。