昆明某溶洞条件下高架桥施工技术

2019-05-22边琎

长春工程学院学报（自然科学版） 2019年1期

关键词：溶洞箱梁注浆

边琎

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

0 引言

高架桥已经成为城市交通的重要手段，我国的云南省分布着大量岩溶发育地区，在桥梁建设中不可避免地会遇到此类地况。由于岩溶地基的特殊性质，桥梁基础桩基设置在岩溶范围内，会造成施工不便，施工过程中必须高度重视，否则给桥梁带来严重危害[1-2]。

1 工程概况及技术难点

昆明市新机场快速轨道公交基础设施工程部分线路范围内为可溶性岩分布区域，上覆第四系全新统残坡积层，厚度0～25 m。灰岩局部出露，岩溶发育，多以垂直发育为主，主要表现为洼地和漏斗、溶蚀洼地、溶洞等，隐伏性岩溶水平联系性差，主要以垂直方向发育为主，在垂向上形成垂直溶隙、溶洞等岩溶现象。该范围内需要建造高架桥，基础的结构形式采用钻孔桩基础、承台，上部结构采用墩柱、现浇混凝土箱梁，其中现浇箱梁为预应力简支及连续箱梁。

部分钻孔桩穿过溶洞，施工时存在一定难度。连续箱梁现浇支架基础处理、预压以及梁体浇筑及张拉技术要求比较高。

2 施工方案

2.1 岩溶处理

当桩基处有溶洞时，通过钻探取芯测量并记录溶洞的深度、高度、填充物等地质情况。充填物需进行土工试验，以检测其容重、含水量、孔隙率等物理力学性质。最后根据地质勘探资料以及充填物情况，制订出相应的溶洞处理、钻孔和施工方案[3]。

2.1.1 溶槽、溶沟、小裂隙

对于溶槽、溶沟以及小裂隙等情况，可在冲击钻孔时投掷片石、碎石等或投掷整袋水泥用于塞填以避免泥浆流失，从而钻孔能够顺利通过岩溶区。

2.1.2 较小溶洞

对于封闭性较高的较小溶洞，应将混凝土砂浆注入洞内，带混凝土固化后再进行穿孔。如果洞内缝隙过大，应将砂石碎料填充至洞内，而后进行注浆；若充填物呈松散或软弱状态，直接注浆固结；若充填物呈固结硬塑状态，可在加强泥浆护臂的情况下直接钻孔。

2.1.3 较大溶洞

对于较大溶洞，当存在沿竖直成串分布的溶洞，可按照下述不同情况处置：

1)当竖直成串分布溶洞较小，并且内部有填充物，应在钻孔到达溶洞以前，采用压浆将填充物进行固结，等到填充物的强度达到要求后，再继续往下进行钻孔压浆，如此往复，直至设计桩长位置；

2)当竖直成串分布溶洞较大，或溶洞大小无法获知，没有填充物或较为零散，应先进行钻孔、抛石、压浆填充孔洞，而后依次往下进行钻孔、压浆。

当溶洞顶部的钻孔深度距离顶部地表还有1 m时，备好灌注缝隙需要用到的砂石、黏土、水以及直径为15 cm或20 cm的黏土球。若溶洞没有或有少量填充物时，可用低冲程钻头将洞顶逐渐打穿，同时观察泥浆面，泥浆面下降时，应及时补充泥浆或水，并填入砂石或者黏土，采用压力锤进行压实。直至漏孔被完全堵住。将全部漏孔处理完毕后方可进行钻进，往复操作直至钻孔穿过溶洞。

当溶洞较大且其内部填充物为软弱性黏土或者淤泥的情况下，钻头一旦进入溶洞中，就要将黏土和砂石填入溶洞内部，并砸至硬化状态，直到溶洞内部所有缝隙被完全填实，方可进行常规施工。

图1 钢护筒

2.1.4 特大型溶洞处理施工方法

对于特大型溶洞，钻进时会导致其孔壁发生坍塌的风险，此时可以通过安装钢护筒，如图1所示，起到隔离上部松软土层及溶洞的作用，从而防止坍塌。采用振动锤将护筒打压至密实填充物内或者溶洞底部。每根桩中心或承台四角应进行钻孔灌浆。

采用注浆泵注浆，压力控制在0.5～1.0 MPa，通过显示试验确定实际压力值，速度为15～20 L/min，渗透最小半径定为3m。注浆管要插入到充填物的底部，边注浆边缓慢上提。浆液采用水泥浆或水泥砂浆，需要用双液浆时，按照现场试验来确定水玻璃的实际用量。通过往复循环、多次间歇注浆以防止浆液流失过多，达到容许的最小注浆量及压力控制值时即可停止注浆。每个孔一次注浆，且需提高注浆的压力，最后进行封孔处理。

2.2 基础、承台施工

本工程标段采用钻孔灌注桩，桩径为1.25 m或者1.00 m。采用冲击钻机成孔，设置泥浆护壁，换浆法清孔，导管法灌注水下混凝土。具体施工工艺为：整理场地→选择桩位→准备护筒→准备钻机→钻出孔位→孔位质量检测→清理孔位杂物→将钢筋笼置入孔位→布设导管→勘测沉渣和泥浆质量(如果泥浆和沉渣过多应对钻孔进行二次清理)→注入混凝土→抽出桩孔护筒→平整桩头→质量检测。采用直径为250 mm的灌注导管。为验证接头牢固性，在使用导管之前，需对其进行接头抗拉试验及水密性试验。第一批混凝土灌注前需将隔水塞放入漏斗中，而后灌注混凝土。首批混凝土灌注量必须保证导管埋深为1～3 m。导管应布置于靠近孔底30 cm左右位置。在灌注混凝土时，应不停观察混凝土在管道内部的下降情况和水位深度，以及混凝土与地面间的距离。导管埋置深度>2 m且<4 m。水下混凝土灌注需迅速，中间不能停滞，灌注高度应超过桩顶0.5 m，在混凝土硬化的初期，及时清除桩头浮浆，平整桩头，以确保桩身质量达到设计要求。

承台施工采用机械开挖、立组合钢模浇筑。

桩头多余部分需通过人工凿除，混凝土通过溜槽入模，需进行水平分层浇筑，并振捣密实。施工工艺流程为：设置基坑位→挖掘基坑→检验桩基质量→效验基坑精度→置入冷却管→核查签证准确度→注入混凝土→养护→拆模→检测、缺陷修复→验收。

2.3 墩台施工

本标段墩身主要以茶花形独柱墩为主，桥墩最高为36.5 m，最低为4 m。

墩身全部采用定型钢模，13 m以下采取一次浇筑成型，13 m以上墩柱采用翻模或滑模分段浇筑。墩台身外侧搭设钢管脚手架作为工作平台及人员上下通道，模板安装、拆卸及材料提升通过汽车吊完成。

为保证工程质量及施工安全，39 m以上高墩柱采用ADG自锁式脚手架进行施工平台的搭设。ADG脚手架节点采用刚性连接，安全可靠；同时安装对角拉杆以增加稳定性，对角拉杆需贯穿整个空间架体。

墩台施工工艺流程：清理承台或基础顶面→测量放样→绑扎墩台身钢筋→安装墩台身模板→浇筑混凝土→混凝土养护、拆模板。

施工要点：

1)墩台脚手架、工作面禁止与模板及支架连接，且支撑应牢靠。混凝土应连续浇筑，其间断时间不能超混凝土初凝期，否则，应按照施工缝的处理标准对新旧混凝土连接部位进行处理。随时检查预埋件是否移位，若发现移位及时校正。

2)桥墩施工时必须加强PVC管的定位及防护，防止混凝土振捣时偏离设计位置，并严禁PVC管在施工过程中破裂。

3)选择硬度强、刚度坚实，质量稳定的大块定型钢制模具。模板接缝的处理应以连接密实、无渗漏为标准；模板的支撑必须牢靠，以确保桥墩的尺寸和精度符合设计要求。

4)需将脚手架基地进行夯实，并按要求要做垫板，脚手架不得与墩身钢模板连接，以防止施工过程造成模板垂直度偏差。

5)桥墩施工完成后，安装沉降观测点于墩顶，并根据规定观测桥墩沉降。

2.4 箱梁施工

箱梁采用满堂钢管支架法现浇，连续现浇箱梁(40+60+40)m的中跨60 m采用贝雷梁支架施工；箱梁底模采用竹胶板，外侧模均采用大块拼装式定型钢模板，内模采用钢木组合模板，梁体混凝土采用泵送入模，一次连续浇筑成型[4-5]。

2.4.1 箱梁支架设计

通过碗扣式钢管支架进行箱梁满堂支架搭设，立杆与横杆的间距与步距可通过梁体自重加施工附加荷载进行计算。

2.4.2 支架基础施工

在满堂支架现浇箱梁的施工过程中，应在搭设支架的地面铺设原土和石灰，并充分压实，确保支架下方的地面载重能力在150 kPa以上，然后浇注垫层混凝土，在垫层混凝土上安装支架。并在支架底部四周设置排水沟，以预防积水。

对于贝雷梁的梁式支架，设扩大基础的承载力不能满足施工要求时，采用搭设钢管桩处理加固地基，浇筑钢筋混凝土承台，再安装临时支墩。

2.4.3 支架安装与预压

碗扣式钢管支架全部采用常规方法人工拼装。在拼装的过程中必须确保脚手架立杆不会出现倾斜，并以逐层拼装的方式来架设所有的钢管支架，以降低拼装的难度，确保支架的质量。

在钢支墩立柱安装完成后，安装支墩顶部垫梁、贝雷梁，最后铺设横向方木和箱梁底模。贝雷梁桁架提前拼装成大片单元，汽车吊安装。

支架拼装完成后，安装底模，用相当于1.2倍浇筑梁重的荷载对支架进行压力测试，以检验支架的架设质量，确保支架系统的稳定性。

同时，还要对支架的弹性变形值进行测量，为箱梁施工预拱度设置提供可靠数据依据，待非弹性变形稳定后撤除压重。

工艺流程为：支架结构设计及验算→铺设支架基底层→基底层压实→安装侧模并调校准度→安装支架底座→制作支架底板、绑扎腹板钢筋结构→安装支架底板和腹板波纹管→安装并固定支架内模→顶板钢筋绑扎→顶板波纹管安装→堵头板安装及埋件留设→混凝土浇筑并养护→钢绞线张拉→管道压浆→模板及支架拆除。

图2为简支箱梁施工工序图，其中图2(a)中需对支架进行堆载预压以消除支架非弹性变形；图2(b)立模、绑扎钢筋、混凝土灌注，张拉预应力束(混凝土强度达到设计强度的90%)，预应力张拉顺序根据设计图纸而定；图2(c)待混凝土强度达到设计强度时，拆除支架，进行桥面工程施工。图3为连续梁施工工序，图3(a)中搭设边跨满堂支架及跨中贝雷梁支架，对支架进行堆载预压以消除支架非弹性变形；图3(b)、(c)与图2(b)、(c)中对应工序一致。

(a) 支架堆载预压

(b)立模、绑扎钢筋、混凝土灌注

(a)支架堆载预压

(b)立模、绑扎钢筋、混凝土灌注

(c)拆除支架，进行桥面工程施工
图3 连续梁施工工序

采用真空灌浆技术进行管道压浆，基本原理为：通过真空泵从孔道一端将其中空气抽空，产生约为-0.1 MPa的真空度，而后将特种水泥通过灌浆泵从孔道另外一端灌入并充满整个孔道，并施加约0.7 MPa的压力从而使孔道灌浆的饱满度和密实度得到保证。

2.5 支承块整体道床及铺轨施工

轨道结构为承轨台结构，位于桥面上，采用预埋钢筋与桥面连接。对于曲梁轨道结构部分，按照实际设计超高计算承轨台的实际厚度，并根据要求增加钢筋数量。曲线超高采用外轨抬高全部超高值的办法设置。施工工艺：桥面处理与积水排放→加密基标测设→轨排组装→轨排架设、粗调→道床钢筋绑扎→模板安装→校正轨道尺寸→检验桥墩质量→铺设道床层→拆除四周支撑架→道床养护。