龐家灣大橋3#~8#墩樁基溶洞不良施工方案初探
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摘要：依據龐家灣大橋樁基成功的施工經驗，初步探討樁基不良地質情況下的處治方案
關鍵詞：不良地質樁基溶洞施工方案
前言
龐家灣大橋屬湖北隨岳高速公路上的一座大橋，位于隨州市曾都區三里崗鎮周店村境內，設計中心里程樁號為K33+349，大橋全長307米，設計橋面凈寬2×11.50米，橋墩最大高度36.4米，上部結構為30M預應力先簡支后連續T梁，基礎為樁基礎。
1、地質概況
根據地勘資料及補充的逐樁地質鉆探資料顯示，橋墩區地層巖性為中生界白堊系上統公安寨組（K2g）礫巖及泥質粉砂巖，上部分布第四系全新統沖、洪積層（Q4al+pl）及殘坡積層（Qel+dl），覆蓋層厚度一般在5.70～13.70m，下部巖層溶蝕洞穴發育，形態主要為溶洞、溶隙，揭露的垂直高度一般在0.20～5.60m，最大揭露高度達10.70m，溶蝕洞穴內多數被充填或半充填，少數為空洞，充填物一般為粘性土和巖石碎屑（中粗砂、角礫、碎石）混亞粘土，亞粘土狀態從流塑到硬塑狀均有，巖石碎屑混亞粘土多呈松散狀。
2、溶洞、溶隙發育狀況
根據武漢地質工程勘察院提供的逐樁詳勘地質鉆探資料，在地質鉆孔中出現嚴重漏水、卡鉆、掉鉆、埋鉆現象，說明溶蝕洞穴（或溶隙）發育，多數為獨立的溶洞，但5#墩在81.01～81.39m部位溶蝕洞穴規模較大，有貫穿的可能性，在現場鉆孔樁施工過程中出現地面塌陷也證明了這一點。地質資料顯示：5#墩部分樁位溶洞呈糖葫蘆串形式，一根樁位上有十幾個大小不等的溶洞， 3#-8#墩樁位處大大小小溶洞多達70多個，地質資料揭露的最大溶洞垂直高度達10.7m，溶洞內充填軟～流塑狀粘性土及碎石、角礫且地質鉆孔進尺很快；通過地質災害評估，此地質災害為中等，是很奇特的地質形態，既有巖溶的規律性又有它的特殊性，既有灰巖還有礫巖，溶洞為鈣質充填。
3、工程地質橫剖面圖
4、基礎方案比選
因溶洞發育，常規的樁基施工對溶洞的處治存在較大的難度，故基礎可選用擴大基礎和樁基礎兩種型式。
⑴擴大基礎
因覆蓋層厚度一般在5.70～13.70m，且地下水位較高，而基礎須落在弱風化礫巖上，最小的地基承載力不小于［σ0］＝1200KPa，滿足地基承載力要求，擴大基礎的開挖深度在12～18m左右，維持30M跨徑的T梁方案，擴大基礎是不可行的；加大跨徑到40m同樣無法避開溶洞群，若采用60～120M懸臂現澆掛籃施工，因墩柱最高達36.4m，擴大基礎太淺，抗傾覆性差，工程造價大，工期無法保證，基礎的施工同樣面臨諸多難題，考慮諸多因素，經設代、業主、施工等單位討論研究，否決擴大基礎施工方案，維持原設計的樁基礎方案。
⑵樁基礎
樁基是按摩擦樁設計，設計單位據地勘地質資料，因溶洞發育，原考慮進行加樁減樁長和采用工字型承臺方案，經驗算和優化方案，為確保工期，采取調整樁長，原樁長18m調整到20～45m，且保證樁底在溶洞頂有5m以上的持力層。
5、溶洞的處理方案
⑴靜壓化學灌漿法：當溶洞內有填充物填滿或有流沙的，以及溶洞為空洞或填充不滿且深度在3m以內的，在鉆孔樁施工前先進行預處理，采用靜壓化學灌漿法固結填充物和流沙，或填滿溶洞，當固結體達一定強度（20MPa）再進行鉆孔施工，對小溶槽、溶溝及裂隙，則在鉆孔時投放片石、碎石加粘土或投放袋裝水泥堵塞起護壁作用，保證泥漿不流失，穿過小巖溶區，壓漿孔的布設見圖1。
靜壓化學灌漿法特點：漿材可在幾十秒內瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內不流失，材料利用率高且經濟，漿材的結實率為100%，即1m3的漿材可得1m3以上的結石體。
?、铺變蠕撟o筒法：當溶洞為空洞，且在3m以上的，采用套內鋼護筒法施工，即采用壁厚δ=10mm的內鋼護筒穿過溶洞的施工方案。
內鋼護筒的沉放方法：①根據地質鉆探資料反映出的溶洞規模和需要確定下護筒的節數，最小的內護筒直徑不得小于樁徑2.0m，一般為2.1m，上節內護筒直徑為2.25m，再上節護筒直徑為2.35m，以15cm間隙為一檔，當下2.35m護筒用2.45m鉆頭，下2.25m護筒用2.35m鉆頭，下2.10m護筒用2.20m的鉆頭，依此類推。②鋼護筒沉放利用GPS30鉆機，在鉆機鉆桿上附加加壓架，利用鉆桿、鉆頭的重量，使內護筒隨鉆頭而下沉穿過該溶洞不小于50cm（見圖2）。
內、外護筒及內護筒與溶洞底部空隙的處理：①在內護筒底部及頂部1m范圍內回填砂、碎石，中部回填中砂（見圖3）②用高壓噴射灌漿法對回填物進行灌漿處理，灌漿后內護筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液充填固結，待固結強度達到30MPa，其抗滲系數可達7-10m/s，灌漿處理后即可重新沖孔③在內護筒頂部底部100cm范圍也可回填小碎石拌制的混凝土封堵，同樣起到堵塞空隙的作用④對需處理的多層溶洞的樁基，采用灌漿法填充固結增加溶洞頂部、底部附近填充物的密度和強度，增加了內、外護筒間的膠合力。
⑶全鋼護筒跟進法：對樁位溶洞多、大的樁基（如5#-1）采取圖2的方法，保證內鋼護筒最小直徑不小于設計樁徑，鋼護筒分3～5節直接下到樁底標高。
6、樁基施工優化方案
經對地勘資料分析，結合上述溶洞的處治方案，各墩位樁基的施工方案：
?、湃斯ね诳讟叮?3#墩處于半山坡且樁長為17～20m，采用人工挖孔樁施工，挖孔中對溶洞的處治方案：澆筑低標號砼封堵再人工鑿除，保證了樁身的摩擦力。
⑵沖擊鉆鉆孔：由于地下水位較高， 4#～8#墩處于兩山之間的沖積溝，地勢較低，樁長最深達45m，人工挖孔施工無法完成；因樁位處溶洞發育，且弱風化礫巖膠結不完整，回旋鉆機鉆孔易導致偏孔、卡鉆難題，故采用沖擊鉆沖孔。
沖擊鉆孔施工步驟：
Ⅰ、鋼護筒的埋設：人工埋設長1.8m，直徑φ為2.40m（設計樁徑為φ2.0m），厚δ為10mm鋼護筒，再用直徑為2.35m的鉆頭沖孔穿過覆蓋層嵌巖50cm以上，吊車配合下直徑為2.20m且內鋼護筒穿過覆蓋層，內鋼護筒居中就位，換2.10m的鉆頭繼續沖孔。
?、颉_孔：沖孔過程中，對溶洞垂直高度小于1m的，采取加片石和粘土造漿對溶洞處進行封堵（如4#-4、5#-3、6#墩、7#墩、8#墩樁基），泥漿相對密度不小于1.40，粘度不小于25，亦可摻入0.05～0.01%的膨潤土造漿，對反復掉漿在采用粘土造漿時，可適量加入水泥增加泥漿的稠度；對溶洞垂直高度大于1m以上且在此處反復多次掉漿，則下導管澆注低標號混凝土封堵，待24小時以后再重新沖孔（如4#-2、4#-3、5#-1、5#-2、5#-4樁基）。
?、蟆⒖ㄣ@的預防措施：因大部分溶洞為半填充或無填充狀態，為防卡鉆，在接近溶洞處必須先加片石，采取小沖程進尺，在進入溶洞后同樣加片石粘土進尺，直至完全穿過該溶洞。
結 束 語：
龐家灣大橋樁基不良地質成功的處治經驗：優化后的施工方案，取消了沉拔錘下鋼護筒方案，大大降低了施工的難度，加快了施工進度，縮短了工期；取消全鋼護筒跟進方案，采取在大溶洞處澆注混凝土封堵措施，保證了摩擦樁樁身的摩擦力損失最小，確保了樁基的質量；因溶洞群存在貫穿的現象，且需采取壓漿的樁基共有24根，壓漿的工程量大，成本加大，因此取消了靜壓化學灌漿法方案。經優化后的施工方案縮短工期三個月以上，節約直接成本上百萬元，優化后的施工方案，為溶洞發育的基礎處治積累了成功的經驗，發揮了巨大的經濟效益和社會效益。
注：文章中所涉及的公式和圖表請用PDF格式打開
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