岩溶发育路基桩板结构施工技术分析<br/>——基于成贵铁路客运专线龙眼大桥与樱桃坝隧道过渡段路基工程的实例

岩溶发育路基桩板结构施工技术分析
——基于成贵铁路客运专线龙眼大桥与樱桃坝隧道过渡段路基工程的实例

2020-06-11李金山

浙江水利水电学院学报 2020年2期

李金山

(中铁十八局集团第四工程有限公司,天津 300350)

成贵客运专线14标位于贵州省黔西县，境内山字形构造带及北东向构造带交接复合部位，断裂、褶曲发育。不同时期的断层互相交叉切割，断层密集，岩体破碎。个别路基基底溶洞、溶腔发育强烈，路基承载力较低。行车动力对路基的影响较大,沉降控制困难，后期运营行车风险高。桩板结结构由钢筋混凝土桩基、托梁、承载板组成介于桥梁与路基之间的一种特殊的承载结构形式，刚度、稳定性和耐久性较好，普遍运用于工程地质条件复杂的路基地段[1]。

1 工程概况

1.1 工程概况

DK429+586.1—DK429+615段路基总长28.9 m，本段路基为龙眼大桥与樱桃坝隧道过渡段，线路以路堤通过，中心填方最大高度约6 m，表层覆盖4～5 m黏土。设计对本段路基基底的厚层黏土采取CFG桩进行加固。基底岩溶采用先导探灌孔和分序注浆孔呈梅花型交错布置的形式进行钻孔注浆处理，优先施工先导探灌孔[2]。路堤本体采用AB组填料及级配碎石填筑。

1.2 地质及水文概况

工程地质勘探揭示该段属高原溶蚀峰丛洼地地貌，溶蚀洼地发育。线路覆土为第四系全新统坡残积黏土。下伏基岩为三叠系下统永宁镇组一段灰岩。地表溶沟、溶槽、石芽、溶洞发育。根据地表调查及钻探揭示情况，该段下伏基岩岩溶强烈发育，溶蚀裂隙发育，地下水发育且水位可在土岩界面波动。地表水主要为大气降水，平时枯水季节无水，只有大气雨降时才有少量雨水，地表水汇集后由洼地内渗入地下。

2 施工要点分析

2.1 施工方案优化

依据岩溶地面塌陷程度确定受影响的路基范围，对岩溶极易塌陷区的路基地段按动态设计程序管理要求，先导探灌孔加深至入岩10 m后揭示，共有8孔揭示溶洞，见洞率为57.14%，溶洞基本为全充填形式，高度为6～12 m。岩溶地基处理钻孔记录汇总表(见表1)。

表1 岩溶地基处理钻孔记录汇总表

该段路基下伏基岩岩溶强烈发育，溶隙、溶缝、溶蚀破碎带发育，岩体溶蚀破碎严重，对路基影响很大。钻孔注浆处理加固已无法达到高速铁路路基处理施工技术要求。因而取消路基部分钻孔注浆孔措施，线路正线范围采用浅埋式钢筋混凝土桩板结构跨越岩溶发育地段，正线范围以外维持原设计钻孔注浆方案。桩板结构为三跨一联式，每联纵向桩间距为9 m和10 m(中～中)。桩板结构由钢筋混凝土承载板、托梁和钻孔灌注桩三部分组成[3]，采用C40筋混凝土浇筑。具体桩板结构平面布置图(见图1)。

图1 桩板结构平面布置图(单位：m)

考虑地质、桩基长度以及施工条件等因素，1#～6#桩基采用钻孔桩施工，7#、8#采用人工挖孔桩施工。其中，3#桩基在钻进至18.5 m时，桩底揭示一空溶洞。对该区域进行二次钻探发现沿溶洞线路方向长约7 m，最大高度约18 m，宽约25 m，呈裂隙状垂直于线路方向发育。溶洞底部为淤泥，淤泥厚度未知，承载力极低，过水痕迹明显，溶洞顶部发育众多倒悬体，部分受桩基施工影响已掉落，同时本溶洞位也于4#桩基下方。

2.2 施工流程

场地平整→桩基施工→桩头处理→开挖托梁基坑→桩质量检测合格后→浇筑托梁底混凝土垫层、立模浇筑托梁→浇筑承载板底垫层、立模浇筑钢筋混凝土承载板→浇筑C25混凝土找平层[5]。

2.3 桩基施工

桩板结构横向布置两排桩基，横向桩间距为5 m，共设置8根，桩径均为1.25 m，桩长为8～47 m。根据二次钻探结果，将3#桩长延长16 m，桩长变更为45 m，桩底标高由1 317.79 m变更为1 301.79 m；将4#桩长延长15 m，桩长变更为44 m，桩底标高由 1 317.79 m变更为1 302.79 m。桩底打入不小于3 m的较完整基岩[4]。各桩的控制桩长(见表2)。

表2 桩板结构桩长控制表

施工过程中尽量减少对已完工的龙眼大桥4#桥台桩基、承台以及台身的扰动。1#、2#桩基施工钻孔时，起落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速。钻进过程中，密切注意地层变化，对不同的岩层，采用不同的冲程，两桩施工间隔不易过短。且施工过程中定期对4#桥台进行沉降观测。1#、2#、5#、6#发现溶洞均为填充或半填充式溶洞，钻进过程中遇到溶洞时采取抛填袋装水泥、黏土、碎石等混合料的方式回填。然后钻头以小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。若重复回填以上步骤2～3次仍然存在泥浆液面下降、偏锤等现象。可直接打入钢护筒穿越溶洞地段。

3#、4#桩基已揭示空溶洞区域较大，回填工程量大，施工工期长。因此，在施工至溶洞段时采用埋设钢护筒方式通过，钢护筒直径为1.3 m，长度为20 m。根据地质展示图，在钻进过程中随时测量桩基钻进深度，在钻至溶洞顶部1 m左右时应改用0.5～1 m小冲程钻进，避免溶洞顶板突然塌陷钻头掉落过快引起钻机倾覆。钢护筒安装完成后，钻进过程中要经常检查护筒是否发生偏移。为防止冲击震动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，应待邻孔混凝土浇筑完毕，并且抗压强度达到2.5 MPa后方可继续钻孔。

7#、8#桩基较短，地质钻探揭示地质情况较好，无大型溶洞，满足人工挖孔桩施工(水磨钻)施工要求。为确保施工过程中拥有足够的作业空间，将桩径由1.25 m调整为1.5 m。各桩位原地面位置移到设置一道锁口，以防止弃碴、小型机具等掉入孔内伤及作业人员。锁扣高度为1 m，且高出原地面0.2 m，厚度为0.3 m。采用C20钢筋混凝土浇筑，主筋采用φ12螺纹钢，箍筋采用φ8圆钢。开挖过程中护臂同步跟进，采用C20钢筋混凝土，厚度为0.2 m，单元高度0.5～1 m。竖立主筋采用φ8～φ16钢筋，间距0.1～0.15 m，上层护臂钢筋插入下层护壁深度不小于0.2 m，确保上下钢筋有拉结。防止护壁因自重而断裂脱落，箍筋采用φ8～φ14钢筋，间距为0.15 m。为确保提前探知可能存在的溶洞、溶腔，采用取芯机施工前，先采用风枪钻在孔底按照3 m一循环进行超前探测。施工中发现的小型填充式溶洞，一般为以下两种情形。第一种为溶洞位于桩身一侧，这种情况可用弃碴回填部分溶洞或采用浆砌片石阻隔后再施做护壁。第二种为溶洞位于桩底，此类情况一般直接用弃碴整体回填后再施做护壁。具体桩板结构左线纵断面图(见图2)。

图2 桩板结构左线纵断面图

钻孔灌注桩施工应严格按设计要求及《高速铁路桥涵工程施工技术指南》(铁建设[2010]241号)施工，确保工程质量和安全。基桩钻孔施工过程中需要核对地质情况，每根桩钻孔到位后，由设计单位地质人员进行现场验孔。合格后方可下钢筋笼并灌注混凝土。若发现现场地质情况与设计图不符时，及时通知相关单位复勘。桩基钢筋笼的制作安装、混凝土浇筑等均满足设计要求及《高速铁路路基工程施工质量验收标准》(TB10751—2010)。桩基施工完成28 d后，采用低应变反射波法对全部基桩进行成桩质量检测，检测结果8根桩均为I类桩[6]。

2.4 托梁施工

1#和2#桩、7#和8#桩顶横向设置一片钢筋混凝土托梁，托梁长度10 m，宽度1.5 m，高度1 m。采用C40混凝土浇筑，主筋采用3φ28螺纹钢，间距0.15 m，箍筋采φ12圆钢，间距0.2 m。基桩混凝土强度达到设计强度的80%以上时开挖托梁基坑，桩头环切至设计高程，铺设0.1 m厚C25混凝土托梁垫层，桩顶高出垫层0.1 m，以保证桩伸入托梁的长度满足设计要求。且桩基钢筋笼主筋伸入托梁内0.8 m，桩顶附近范围托梁内设置φ12抗剪钢筋28根，长度为0.84 m，抗冲切钢筋7根，长度1.1 m。垫层施工完成后3～7 d龄期强度后，进行钢筋混凝土托梁施工，对垫层表面应进行凿毛，托梁采用钢模一次性浇筑完成，顶面预留承载板接茬钢筋。抗剪抗冲切钢筋布置图(见图3)。

2.5 承载板施工

承载板采用整幅布置，板宽10 m，板长28.9 m，板厚1.2 m，具体尺寸及结构(见图1-2)。桩顶附近范围参考托梁布筋方式载板内设置抗剪抗冲切钢筋。底部设置0.1 m厚的C25混凝土垫层，承载板采用钢模分块浇筑。承载板顺线路方向板与板之间设一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝内填充填缝板和填缝料，填缝板采用沥青纤维板，填缝料采用常温施工的高弹性聚胺脂。伸缩缝处设置φ32的HRB400螺纹钢筋传力杆，长度为1 m，横向间距为0.5 m一道，当与板钢筋冲突时可适当微调开承载板的结构钢筋。为保证传力杆准确定位，可采用支架钢筋与桩板钢筋固定。伸缩缝传力杆设置结构示意图(见图4)。

图3 抗剪抗冲切钢筋布置图

图4 伸缩缝传力杆设置结构示意图

承台板施工完成28 d后，采用无损检测方法对每块承台板进行检测和评价，检测质量合格后承载板顶面进行凿毛处理，面积不小于总面积的75%，清洗干净后立模浇筑路基混凝土找平层[7]。

3 施工注意事项

(1)人工挖孔桩，弃碴不得堆积在桩孔周围，及时运至设计指定的位置。(2)为保证桩顶标高和桩身质量满足设计要求，混凝土必须浇筑至桩顶设计高程以上1 m。(3)桩身、托梁及承载板混凝土应分别连续灌注，不得中途停顿。(4)桩与托梁连接处、中跨托梁与承载板连接处为施工缝，在浇筑上部结构前，将施工缝砼表面浮浆和杂物清除，然后铺设水泥基渗透结晶型防水涂料等材料，再铺3～5 cm厚的水泥砂浆，并浇筑上部结构混凝土,施工缝处新层混凝土振捣密实。(5)桩板结构施完成后，应对该段路基进行专项沉降评估，要求观测时间不少于6个月，经第三方单位沉降评估合格后方可施工无砟轨道[8]。