岩溶地质条件下铁路桥梁桩基施工技术
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【摘 要】随着中国铁路运行标准的普遍提高，对铁路桥梁特别是高铁桥梁桩基施工提出了更高的要求。本文结合我局承建的沪昆客专江西段HKJX―1标坑头特大桥岩溶地质特征，详细阐述了在不同岩溶地质条件下采取的几种不同的施工方案，并对这几种不同的方案的实用性和施工周期、施工成本等方面做出对比分析。
【关键词】铁路桥梁；岩溶地质；钻孔灌注桩；施工技术
1 前言
桥梁在铁路结构中随处可见，钻孔灌注桩作为铁路桥梁的一种基础形式已被广泛应用。溶岩等不良地质条件的存在对钻孔灌注桩的施工和质量带来巨大挑战，在该地质条件下施工，必须对溶岩地质特征认真分析、总结探讨，在不同的溶岩地质情况下采取相对应的处理措施，这对桥梁桩基础施工的安全、质量、工程造价以及工期控制都有着重要积极意义。
2 工程概况
坑头特大桥是我中铁十五局沪昆客专江西段HKJX―1标项目部四分部承建的一座桥梁，位于沪昆客专江西省段上饶县罗桥乡坑头村，全长1534.87米，墩台48个，全部采用桩基础，桩基总数为447根，其中31个桥墩处于岩溶区，两侧为山脉，地下水赋存于溶洞或溶蚀裂隙中，地下水发育，透水性好，水量大。以灰岩、凝灰质粉砂岩、炭质页岩、白云岩为主。
3 桩基施工技术
为了保证桩基顺利成孔，成桩满足设计承载力和验收标准要求，减少成桩周期，减少混凝土用量，我们对坑头特大桥岩溶地质做了认真分析：坑头特大桥处于溶岩地质桩基较多，有完全填充溶洞，半填充溶洞，也有无填充溶洞；有大型溶洞（H＞3m），小型溶洞，也有串珠式溶洞。有的溶洞是封闭结构，有的溶洞不是封闭，和其他溶洞、溶沟、溶槽相连，并向外扩展。其充填物溶洞填充物主要有半充填淤泥质土、砂砾、碎石、卵石、粘土等，最大溶洞高24.6m，且很多向外扩展延伸。
经过认真分析和经验总结，我们认为冲击钻工艺施工在岩溶地质条件下比较有利，我们根据地质钻孔柱状图来判断溶洞大小、溶洞是否有填充物，溶洞顶板厚度、斜平程度等。了解情况后，我们根据各种形式的溶洞采取的不同方案得到实际效果制定了冲击钻施工工艺针对各类型溶洞专项方案：常规泥浆护壁方法、抛填黄土和片石法、灌注混凝土填充法、压力注浆法以及钢护筒跟进法。
3.1 常规成孔法
当溶洞填充物为可塑或软塑的亚粘土，洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，且溶洞不相外扩展，这时可以不考虑溶洞的存在，而按正常地质情况施工，但这种溶洞很少见，所以用得较少。
3.2 片石和黄土回填法
当采用冲击钻施工，钻锤击穿溶洞漏浆时，多次投入黄土和片石，利用钻锤冲击力将黄土和片石挤入溶洞通道或溶洞裂隙中，堵塞溶洞通道或填充溶洞裂隙。
3.2.1 掺加比例： 一般情况下，片石与黄土的体积比例为1:1，需要加水泥时，掺加比例为每米2～3包。
3.2.2 掺加方法： 片石采用强度≥30MPa石灰岩，石块粒径以20～45cm为佳。在回填时，片石不能太小也不能太大，太小不能起到密实作用，太大容易在护壁中卡住，且容易划伤护壁；掺加黄土时采用水泥袋包装后投放效果更佳，水泥投放方法为以整袋投放为宜，且片石、黄土需分层轮流抛入。
3.2.3 施工注意事项：需准备现场需要的材料，回填时应密切注意孔内的孔底标高和水位变化，不能让泥浆漫出护筒，污染场地；需现场指挥挖机、装载机等回填机械设备不能碰触钻机，以免钻机发生位移导致偏孔。
此类方法适用于较小溶洞（溶洞高度小于3米），无填充物或半填充，施工方法简单，造价较低，但需占用大量的场地堆放材料，反复冲击，成桩周期相对较长。
3.3 灌注混凝土填充法
当用冲击钻成孔时，当钻锤击穿溶洞顶板遇到半边溶洞，半边岩层发生偏锤现象时，回填片石和黄土作用不能起到有效作用，这时就需要回填强度不小于岩层的素混凝土，高度为斜面顶上来1米左右，待混凝土达到强度后采用冲击钻成孔。
3.3.1 混凝土标号应根据不同的岩层承载力大小而采取不同，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，可以在混凝土中掺加一定早强剂，减少素混凝土达到强度的时间。
3.3.2 掺加方法：采用水下混凝土灌注，混凝土需密实，泥浆比重宜控制在1.12g/cm3左右。
3.3.3 施工注意事项：回填混凝土后，一般在7天以后混凝土基本达到强度，方可继续冲击钻孔。
该方法主要处理半边溶洞，半边岩层情况，有、无填充物皆可，不需要大量材料，施工周期较短，但施工成本较高。
3.4 压力注浆法
就是通过对照地质柱状图，对桩穿过的溶洞进行填充和加固。
3.4.1 注浆压力控制：用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5～1.0MPa范围，具体压力值现场试验确定。注浆速度为15～20L/min，其目的是使浆液渗透到填充物内，然后固结，渗透最小直径定位3.0米，以保证冲钻成孔是有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应是渗透半径控制在允许范围内。
3.4.2 施工注意事项：防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。
主要适用于串珠式小溶洞，也可用于各种有填充物的溶洞，此方法能减少灌注混凝土时超方量，也能缩短成桩周期，但需做大量施工前准备。
3.5 钢护筒跟进法
采用双护筒跟进方式冲击成孔。
3.5.1 护筒选择：外护筒直径应较设计桩径大20cm，内护筒直径应较设计桩径大10cm。
3.5.2 施工工艺
待外护筒下到岩面以后，加大锤直径让成孔的桩径比设计桩径大15cm以便内护筒顺利通过顶板。在击穿溶洞顶板后，需回填适量小片石和黄土以密实护壁成孔。
当内护筒下沉到位后，需在内外护筒间和内护筒内进行抛填片石黄土和水泥混合物处理，让其结固，然后再反复回填，这样既可以挤实护筒和溶洞斜面底板形成的空隙，也可以增加护筒的整体稳定性。
4 溶岩地质常见问题的处理措施
溶岩地质条件下冲击钻冲孔施工时，由于溶洞顶部岩层平斜不一，强度也不一定相同，容易发生卡锤、掉锤等现象，以及会发生由于溶洞的处理不当，在浇筑水下混凝土时漏浆等情况。
4.1 卡锤
4.1.1 分析：①回填的片石等因震动或泥浆比重下降而掉落；②溶洞底板不规则或者半边岩层半边溶洞；③钢丝绳冲放过多，导致桩锤倾倒顶住孔壁。
4.1.2 处理措施：①钻锤卡在中间任何部位时，将主绳徐放―收紧―徐放―收紧，多次进行使钻头旋转从原位槽道提出；②测准钻头被卡高度后，迅速将乳化防水炸药捆成两组，加配重对称放入钻锤刃脚部位，之后将钻机主绳紧提，采用电雷管起爆。
4.2 掉锤
4.2.1 分析：①长时间无进尺，导致钢丝绳在钻机滑轮同一地方反复摩擦而疲劳断裂；②卡锤时，用力过大导致钢丝绳断裂
4.2.2 处理措施：①选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起；②抽干浆回填土，下钢护筒人工挖至埋锤地点。
4.3 灌注混凝土时漏浆
4.3.1 分析：随着混凝土灌注至溶洞标高，较大混凝土侧压力导致孔内压力和溶洞内压力失去平衡，溶洞通道贯通而漏浆
4.3.2 处理措施：灌注水下混凝土漏浆时，混凝土面也随之下降，为保证导管埋深达到2～6米，应迅速加接导管，并向孔内补浆以保证灌注混凝土密实性。
5 结语
本桥梁钻孔灌注桩施工中，岩溶地质复杂，既有完全填充、半填充溶洞，又有无填充溶洞；既有单式溶洞，又有串珠式溶洞。在保障安全质量的前提下，针对不同地质特征的溶洞采取相适宜的溶洞处理方案，不仅可以减小成桩周期，还能降低成本。现在坑头特大桥溶岩地质桩基施工仅用了2个月时间就已基本完成，为该桥能够按期架梁提供了根本保障，同时混凝土用量远低于其他桩基施工工艺混凝土用量，为工程成本控制做出了重要贡献。