岩溶地质条件下桥梁大直径水中钻孔灌注桩施工技术应用

段军强

（中铁二十五局集团第一工程有限公司，广东 广州 510000）

当前国内的铁路建设覆盖到许多区域，不同区域的地质条件存在很大的差异，因此需要差异化选择施工技术。尤其岩溶地质条件下桥梁大直径水中钻孔灌注桩施工存在很大的难度，由于岩溶地质的影响，钻孔灌注桩施工的质量控制与进度控制存在很大的难度[1]。针对施工要结合地质条件选择科学的施工方案，改善施工条件，以保证施工质量、控制工期。

1 项目简介

新建赣州至深圳铁路（GSSG-4 标） 柳城东江特大桥全桥长2600.755m，中心里程DK233+041.013。孔跨布置为：13-32m 简支梁+（60+100+60） 转体连续梁+3-24m 简支梁+1-32m 简支梁+2-（48+48） mT 构+（88+160+88） m 连续刚构+3-（48+48） mT 构+（48+45） mT 构+1-24m 简支梁+9-32m 简支梁+2-24m 简支梁+16-32m 简支梁+1-24m 简支梁。其中25#、26# 墩为跨越东江（88+160+88） m 连续刚构主墩，为水中墩，需要完成岩溶地质条件下桥梁大直径水中钻孔灌注桩施工。

2 项目施工方案分析

2.1 方案内容

本桥25#墩、26#墩为水中墩，需搭设钢栈桥及水中钻孔施工平台法施工。

根据本项目勘察调查的工程地质特点，水中桩基采用冲击钻成孔，冲击钻主要利用钻锤不断提锤、落锤反复冲击孔底土层，把土层中泥砂、石块挤向孔壁或打成碎渣，钻渣悬浮于泥浆中，重复上述过程冲击钻进成孔。按照同一桥墩桩基先施工长桩再施工短桩的原则施工。

2.2 重难点工程分析

本桥全长2600.76m，包含多联大跨径连续梁，跨越京九铁路、G205 国道和东江，一联（88+160+88） m 连续刚构跨越东江。全桥的施工进度直接影响本标段箱梁架设，对整个标段工期起控制作用，是本标段的控制工程和重、难点工程之一。其中25#、26#墩位于东江水道中间，该处探明水深约7～8m，设计采用钢板桩围堰施工，东江的河道通航等级为内河三级航道，通航净空及净宽均要求较高，施工便桥及作业平台的搭设难度大。该桥的桥址区岩溶发育，其中25# 墩、26# 墩桩基设计长度在11.5～36m 间，设计桩径为2.2m，施工周期长，施工难度大。桥址区下伏基岩溶沟、溶槽、溶洞发育，浅表性溶洞顶板较薄，施工中容易引发地面塌陷引发事故，深埋溶洞多为半填充型，钻孔过程中容易出现斜岩、偏孔等现象，施工难度大。

3 施工准备

3.1 平台施工

根据现场实际搭设钢栈桥与水中钻孔平台[2]。钢栈桥宽6m，栈桥钢管桩基础采用单排三根式，将三根钢管桩插打完成连接平联后安装I45 双拼工字钢，上安装贝雷片。在贝雷片上弦杆节点处安装I25a 工字钢横梁，间距约75cm；上铺I12a 工字钢，间距25cm。钻孔平台平面尺寸为33m×36m，顶标高为+63.88m（与钢栈桥桥面标高一致）。上部构造由贝雷架、型刚构成，其中承重结构采用2I45a 和贝雷架，分配梁采用I25a（@37.5cm），分配梁上铺设1cm 厚钢板，平台四周设置1.2m 的安全护栏，护栏设置照明用路灯和警示灯。平台基础采用规格为Φ63cm，δ10mm 的螺旋钢管，2I45a 支撑在Φ63cm，δ10mm 的钢管上。平台搭设经过严密认真的验算，确保承载力和稳定性即安全可靠。

3.2 钢护筒准备

钢护筒规格为内径Φ260cm，δ12mm，如图1 所示。25# 墩局部冲刷线标高49.07m，钢护筒底刃进入局部冲刷线以下按1.2m 计算；河床标高约55.0m，钢护筒打入河床面以下7m。钢护筒高出钢平台30cm，平台标高63.88。计算25# 墩钢护筒长度16.3m。26# 墩局部冲刷线标高49.07m，钢护筒底刃进入局部冲刷线以下按1.2m 计算；河床标高约55.5m，钢护筒打入河床面以下7m。钢护筒高出钢平台30cm，平台标高63.88。计算26# 墩钢护筒长度16.3m。护筒间采用直径为Φ400mm，δ6mm 钢管做平联（同时做泥浆循环连通管），钢管桩间采用槽钢[20a 做平联、斜撑，以加强钢护筒及钢管桩的整体稳定性。平联在最低水位时焊接。钢护筒和钢管桩振沉拟采用50T 汽车吊配合DZ60 型振桩锤悬打，采用悬臂式导向架作为振沉护筒、钢管桩的导向设置，导向架设置在钢平台上，采用I50工字钢焊接，确保钢护筒定位稳定。

图1 钢护筒实图

4 岩溶地区施工中成孔分析

4.1 成孔中易发生漏水漏浆

溶洞依据有无填充物可以分为填充溶洞、部分填充溶洞、空溶洞；依据是否存在渗漏分为漏水与不漏水溶洞。不同区域的溶洞的走向、大小、分布存在很大的差异，且难以获得准确的地质资料，施工多采用“摸着石头过河”的施工。钻孔中，由于发生漏浆会使孔内水头快速发生下降，护筒发生挤压变形，还会导致塌孔、垮孔、埋钻，严重时会导致地面发生大面积沉降，水上钻孔平台的安全会受到影响。因此施工前要明确溶洞是否存在漏水，还要考察漏水量的大小、速度等，以保证施工方案可靠性。

4.2 复杂地质下的混凝土浇注

在多层溶洞施工，单桩需要穿越的溶洞层数较多。而岩面较为复杂，孔内分布有石笋、溶沟、溶槽等，岩面呈斜面、陡异形等多种复杂形状，孔内有大块孤石、半边洞等，混凝土浇注受到很大的影响。施工前如果没有全面掌握溶洞的大小、分布、走向，难以预估超方量。如果溶洞高度过大，由于混凝土压力的持续作用，导致造壁充填物失稳或发生坍塌导致断桩现象发生。

4.3 孔内发生涌砂

钻孔需要达到覆盖层到钢护筒刃脚的接合部位，会导致大量砂土进入到护筒，钻孔平台的安全会受到影响及会导致无法钻进成孔。施工中借助常规方法清孔、水下混凝土浇注、封堵工艺不易成功。由于岩面倾斜较大，通常条件下钢护筒直径较大并由于溶蚀存在溶槽、溶沟、大块孤石的影响，许多护筒部分着岩，护筒因采用强行施打的方式会导致刃脚卷口、发生变形。表层岩石若存在裂隙，抛石层会导致回转钻机难以钻进，还会导致成孔施工中事故多，成孔中发生塌孔、埋钻、卡钻等事故[3]。

4.4 清孔难度大

施工工艺如果采用冲击钻机冲击成孔，特别是大直径桩孔完成成孔后清孔难度大。清孔要保证沉渣厚度与泥浆性能符合要求。灌浆虽然符合要求，但泥浆比重降低、粘度不足，渗漏、塌孔事故会重新发生。

5 成桩的施工工艺

5.1 根桩全部要护筒跟进

在施工中针对大直径变截面嵌岩桩，要结合结构形式采用护筒跟进的施工方式，保证每根桩全面合格成桩[4]。施工采用护筒跟进能消除溶洞或裂隙发生漏浆引发的钻孔事故，施工中避免发生塌孔、埋钻、护筒发生挤压变形等问题。施工中可在护筒上部开口，通连河水，采用清水钻进。这种方式可以降低泥浆费用及保证钻进效率，为后续成孔的清孔工序创造有利条件。

5.2 护筒埋设

钢护筒的长度根据实际情况确定，内径为2.60m，壁厚为12mm，统一在钢结构加工场制作，制作节段长度为8m，在钢平台上下护筒时吊装接长。单件组装前检查部件尺寸；在连接接触面和沿焊缝边缘的30～50mm 范围内的铁锈、毛刺、污垢等清除干净。在钢护筒内壁径向布置一组或多组单向螺旋顶撑杆，具体位置视钢护筒局部矢圆度而定，采用调节螺栓控制钢护筒的椭圆度。各焊接段均应在旋转胎架上焊接，定位焊接前按图纸及工艺要求检查焊件的几何尺寸、坡口尺寸、根部间隙、焊接部位的清理情况等，如不符合要求不得进行定位焊。护筒的中心点即桩基础的中心点，放样时将中心点引到两边工字钢上，以便施工过程中控制。

下放护筒至河床，直到护筒靠自重不再下沉。用50T轮式吊车配合DZ60 型振桩锤施打护筒。轮式吊停放在已施工完成的栈桥桥面，吊装悬臂导向支架，利用悬臂导向支架精确打入钢护筒，测量组确认桩位与桩的垂直度满足要求后开动振桩锤振动，在振动过程中要不断检测桩位与桩的垂直度，发现偏差及时纠正。每个护筒的下沉应一气呵成，中途不可有较长时间的停顿，以免护筒周土扰动恢复造成沉桩困难。钢护筒施工完成后测量组复测钢护筒偏位、倾斜度，符合要求后方可焊接平联。护筒间采用直径为Φ400mm，δ6mm 钢管做平联（同时做泥浆循环连通管），钢管桩间采用槽钢[20a 做平联、斜撑，以加强钢护筒及钢管桩的整体稳定性。

5.3 溶洞穿越

冲击钻在受力不均条件下易发生钻头掉肢、断头，还会发生钢绳断裂后掉锤等现象。冲击钻头可以加焊双层打捞环，防止掉肢、掉角后无法打捞。冲锤刃脚加焊耐磨块，破岩效率可以提升。冲击钻穿越溶洞层成孔要点：穿越溶洞顶板要采用低冲程进尺，防止发生空锤，要仔细观察孔口液面。溶洞顶打穿后补水，抛填片石、黄泥进行封堵，等到液面稳定后再次冲击。冲进过程要经常观察防止有十字孔发生。要定期检查绳卡、吊杆等关键部位，防止发生掉钻、卡钻。

5.4 钢筋笼安装

钢筋笼统一由钢筋厂加工运输，施工中常用汽车吊吊装钢筋笼就位，钢筋笼要分节段吊放，保证钢筋笼垂直入孔，孔位对准后缓慢放入并避免触碰到孔壁，下放时如有阻碍要查找原因，避免强行下放以防钻孔受到破坏；钢筋笼进入到孔内后不能转动，在孔口接长时保证上下钢筋笼主筋的对中，接长后两段钢筋笼的同轴度。下放钢筋笼时在孔处设置支撑并固定；钢筋笼进入到孔确认钢筋笼中心与孔位是否保持同心，最大偏差要＜10mm，合格后对钢筋笼加固处理，混凝土浇筑时要避免钢筋笼上浮。

5.5 灌桩操作

灌注水下砼采用钢导管灌注，导管内径为30cm，主管为每节2.7m，底管为4m 导管，另加0.5m 和1.0m 两种调节导管。钢导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管直径与桩径及混凝土浇筑速度相适应。漏斗底距钻孔上口，大于一节中间导管长度。采用螺旋丝扣型接头。

导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气试压。水密试验的水压应≥孔内水深1.3 倍的压力，也应≥导管壁和焊缝可能承受灌注砼时最大内压力p 的1.3 倍。在灌注混凝土开始时导管底部距孔底应有40cm 的空间，根据首批混凝土的数量要满足初次埋深的要求及相应的安全储备量，制作相应要求的大料斗。施工过程中保持导管埋深控制在2～6m，施工时做好混凝土灌注记录。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。

6 结语

高铁大直径桥梁桩基施工要考虑到岩溶地区的特殊性。桥梁钻孔桩施工要注重地质调查，明确岩溶的情况，结合实际制定合理的施工方案，将施工技术措施落实到位。在施工阶段，对于技术问题要及时分析并尽快采取措施，以确保桥梁桩基施工质量。