岩溶地区桥梁基础物探及注浆处理技术的应用

胡华清

（中交第三航务工程局有限公司宁波分公司，浙江 宁波 315200）

0 引言

我国西南山区地质条件复杂、岩溶较为发育，且大多桥墩的基础设计仍较多采用明挖基础。由于地勘受现场环境条件的限制，基底界面的地质情况有较大的不确定性，特别是在岩溶发育和富水地区，一旦采用明挖基础设计，在基础开挖施工至基底出现岩溶、裂隙、夹泥等不良地质时，较难更改基础的设计方式。同时，桥梁基础处理属于点上施工，在山区较多受环境条件限制处理较为困难，不同于路基区段岩溶基底的处理，后期现场条件影响较小，采用常规物探和注浆处理即可。现阶段桥梁基础基底的处理还没有形成一套完善有效的处理工艺，因此，做好桥墩明挖基础的基底的物探，准确揭示基底的不良地质和岩溶发育情况，并能有效采取基底岩溶处理措施，确保桥墩基础的工程施工质量和后期运营安全尤其重要。

本文依据新建黔张常铁路（代建段）阿蓬江特大桥 19# 墩明挖基础的现场环境条件、基础类型、地勘资料揭示的岩溶发育情况，重点对基底的地质勘验、检测、处理方案及岩溶的注浆处理工艺、注浆的检测手段应用及处理效果进行了阐述。

1 工程沿线地质构造

新建黔张常铁路（代建段）工程位于重庆市黔江区武陵山境内，喀斯特地貌发育，地形地貌受底层岩性及地质构造控制，地形起伏大，山上乔木植被茂密，沿线地形变化复杂，不良地质主要有危岩、岩溶、落石、褶皱、裂隙、中、微风化剥落、坍塌等，沿线可溶岩多以条带状分布，部分以条团块状分布，少数地方星散状分布出现。

2 桥梁设计概况

阿蓬江特大桥全桥长 1 360.45 m，为高墩大跨矮塔斜拉铁路桥，设计时速 200 km/h 客货共线，其中大桥主跨为 240 m，两主墩高 122.5 m 和 123.5 m，主塔高度 173 m，基础原设计除常德台采用明挖基础外均采用钻孔桩基础，桩基最深达 75 m。该桥 19 号墩为（78+2×135+66）m 刚构连续梁主墩，位于阿蓬江“U”型峡谷侧壁上，一面深入山体，一面紧靠悬崖，悬崖侧壁呈 70°南北走向，与线路夹角为 40°。悬崖顶与河岸地面高差 75 m，与悬崖相对关系如图 1 所示。基础后变更后采用圆端型挖井式明挖基础，长10.4 m，宽 6 m，深 38 m，墩身为墩径 4 m 的实心墩。

图1 墩身设计位置与悬崖相对关系立面图（单位：m）

3 基础基底地质勘验及基岩试验检测

3.1 基础施工情况

为保证施工安全及岩体的稳定，挖井基础采用非爆破开挖方案。先采用潜孔钻在悬崖侧圆弧段钻孔，隔离基础外侧岩体，在悬崖侧形成临空面，再采用液压劈裂机静爆破碎法从外到内逐层破碎基坑岩石，小挖机装斗，汽车吊起吊装车、渣土车出运。

3.2 基础基底地质勘验

基础开挖至设计标高后经与设计院地质专业探讨后，现场对基础基底进行地质勘察，参照 TB 10027－2012《铁路工程不良地质勘察规程》［1］先期基底平面钎探勘验布设 14 孔，后期根据现场地质勘验需要在 9 # 探孔位置水平增加 15 #、16 # 2 个探孔，在4#探孔位置平面增加 17#、18#、19# 3 个探孔，共布设钎探孔 19 孔，钎探记录数据如表 1 所示，钎探勘验探孔布置位置及推测溶腔分布如图 2、图 3 所示。

图3 溶腔立面及水平探孔位置示意图（单位：cm）

表1 基础基底岩溶物探记录

图2 岩溶平面形态及平面探孔位置示意图（单位：cm）

为钎探、物探数据能正确揭示基底岩石裂隙及溶腔情况，经对基底裂隙现场实地勘察后，在基底裂隙位置 A 处（5、8、9、10 # 探孔位置）和 B 处（11 # 探孔位置）向下开挖直径 1.2 m，深度 3 m 的探坑，由人工清理裂隙夹层，探查裂隙情况，探坑布置位置如图 4 所示。

图4 墩身基底探坑平面布置位置

在基底裂隙位置 A 处探坑采用人工钢钎开挖，下挖至 1.5 m 位置底部为基岩，经扩孔下挖至 2 m，上口约 60 cm、下口约 20 cm 为泥结碎石，并向坑内延伸接近至3 号钎探孔，整个填充物深度为 1.5 m，坚硬、较为密实，岩层的泥结碎石填充物，如图 5 所示；基底岩层处探坑再下挖至 3 m 处发现泥夹层，如图 6 所示。

图5 基底岩层泥结碎石填充物

图6 基底岩层泥夹层

基底裂隙位置 B 处探坑采用水磨钻取芯方法取样，探坑下挖至 0.74 m 位置，芯样整体基本完整，有可见的轻微裂隙，如图 7 所示；下挖至 1.51 m 位置芯样不完整，有明显裂隙，如图 8 所示；下挖至 3 m 位置后芯样整体基本完整，有可见的轻微裂隙，如图 9 所示。

图7 探坑0.74m处位置芯样

图8 探坑1.51m处位置芯样

图9 探坑3m处位置芯样

3.3 基底基岩试验检测

对基底基岩的试验检测主要进行天然和饱和状态单轴抗压强度试验检测，检测数据基底基岩强度较高，自然干燥试样强度为 104 MPa，48 h 饱水强度为60 MPa，软化系数为 0.6，具体检测结果如表 2 所示。

表2 基岩抗压强度检测

根据钎探、物探及局部开挖地质揭示，基坑底部岩层相对较完整，局部虽有裂隙，但已完全由泥结碎石填充，并较为密实。基底基岩抗压强度较高，天然状态下试样最小强度达 101 MPa，饱和状态下强度达 58 MPa，满足设计容许地基承载力〔σ〕＞ 1 MPa 要求。

4 基础基底的处理及效果检测

4.1 基底的处理总体方案

根据阿蓬江特大桥 19 号墩补充地质勘探资料，结合基底钎探、物探及局部开挖地质揭示的岩溶溶蚀影响的分布以及岩溶通道等，对局部岩溶采取挖除换填方案，即将原设计基础加深 3 m，采用与基础相同强度等级的混凝土回填密实，对侧壁及基底发现的裂隙、岩溶处理采用压注水泥浆或水泥水玻璃浆双液压浆加固处理措施［2］。

4.2 基底岩层裂隙注浆工艺

为确保岩层裂隙的注浆效果，在基底岩层岩溶、裂隙注浆前，现场选择一处地质条件和岩溶发育程度近似基底的地段进行注水泥浆、水泥水玻璃和注水试验，根据现场实际注浆情况确定水泥浆及水泥水玻璃注浆压力、注浆用量、水灰比、水玻璃比例、外加剂类型及掺量等压浆施工工艺参数。根据现场试验情况，现场采用两种注浆方案，一是注水泥浆液，注浆过程中根据注浆压力、浆液流量、以及特征动态调整浆液水灰比（1∶1～1∶0.5）；二是采用双液压浆处理措施，现场注水泥与水玻璃浆液，水泥浆与水玻璃比例控制在1∶0.3～1∶0.8。

4.2.1 灌浆孔的施作

现场考虑到全部钻孔后，可能引起相邻注浆孔位的串浆，造成清孔工作量的增加，灌浆孔采取间隔“跳孔施钻、跟进分注”的方式进行施工，注浆孔施作工艺要点。

1）注浆孔布置采用徕卡 TCA 2003 全站仪精准孔位布点放样，按照梅花型布置孔位，如图 10 所示。

图10 注浆孔位布置示意图

2）钻孔采用液压 100 型地质钻机，孔径为 110 mm，上覆土层采用跟进式不带水钻进，及时跟进边钻边套管施作［3］。

3）在施作钻进至基岩 0.5 m 时，在钻孔中嵌入 108 mm 套管，用 M10 水泥砂浆封闭孔壁，保证孔口套管露出地面 0.3～0.5 m，并及时用砂浆或混凝土封闭套管四周，防止浆液串孔串漏，影响实际注浆效果及密实性。

4）施工前，采用清水洗孔直至返清水为止，冲洗时间控制在不少于半小时，然后拧孔口盖准备压注灌水泥浆或水泥-水玻璃浆。

4.2.2 压注灌浆

根据现场注浆材料情况，注浆液材料采用重庆弘扬 P.O42.5 水泥，压浆前选取一个代表性孔进行注清水试验，以确定孔单位长度吸水量。

1）压浆。现场注浆按照先边排注浆、后内排注浆、遵循跳孔注浆顺序［2］，水泥浆（1∶1～1∶0.75），水泥浆流动度控制在 10～30 s，同时，密切注意注浆情况，当发现连续注浆吸浆量下降时，采用水泥浆-水玻璃双液压浆措施，水泥浆与水玻璃配比（1∶0.3～1∶0.8）；压浆压力控制在 0.3～0.5 MPa［2］。注浆遇到有岩溶发育但不进浆或吸浆量少时，现场采用先用高压清水洗孔、再利用钻机清孔疏通岩溶裂隙的通道后，再进行注浆作业。

2）压浆结束控制标准。根据现场基底勘验情况，并结合代表地段的工艺性试验结果，注浆时出现以下情况现场结束对基底岩层的注浆作业。

①注浆孔口压力达到 1.0 MPa，浆液难以再注入时；

②单孔压浆量达到平均设计压浆量的 2.0 倍，且进浆量明显减少时；

③冒浆点超过注浆范围 5 m 时；

④当注浆压力不大或注浆量降低，基底突然出现层间异常上鼓，应及时终止注浆作业，同时采取对附近注浆孔进行补偿注浆等措施。

根据现场开挖勘验揭示的情况以及钎探验证结果，预估单孔注浆量 11 m3或每米注浆量 2.2 m3/m，总计预估注浆量 66 m3，因此，施工过程中当单孔注浆量达到平均单孔估算注浆量的 2 倍，或者现场注浆总量达到估算总量的 80 %，并预计会突破估算数量时，要查明情况、分析原因，采取补救措施。

4.3 注浆效果检验

为保证注浆效果，满足桥梁基础设计要求，现场按照注浆孔总数量的 2 % 且不少于 3 孔进行注浆效果检验，注浆检查孔通过钻芯取样和注水试验两种方法来验证注浆效果。

1）注水试验。在孔内注水试验前，先量测孔内原有稳定水位后，再进行孔内定量注水，观测单位长度的吸水量变化幅度或水位，压浆后试验的单位长度吸水量实测 20 %（＜判定标准的 35 %），达到压浆效果。

2）钻芯取样。现场采用液压 100 型地质钻机钻取自检孔岩芯芯样，可见多处水泥浆与岩溶裂隙结石体，基本可见填满空洞及缝隙，自检孔岩芯如图 11 所示。

图11 自检孔岩芯

5 结语

在我国西南地质条件复杂，岩溶较为发育地区，桥梁基础基底处理的重点和难点是应根据基础类型和岩溶发育程度布置勘探点，综合利用钻孔、孔内透视等物探手段查明基底岩溶发育及地质情况，然后有针对性地采取地基处理措施。阿蓬江特大桥 19# 墩基底的地基处理在充分考虑地基处理的边界条件、地质勘查资料，基底钎探、物探及局部开挖地质揭示的岩溶溶蚀影响的分布以及岩溶通道后，综合采用局部岩溶挖除换填和注浆两种措施。根据处理后地基处理检测结果及后期线路运营情况，该基底的地基处理在物探手段、岩溶处理方法的选择、处理效果检测等是比较符合实际的，岩溶地基经注浆处理后，能够满足桥梁基础设计基础工后沉降量不应超过限值 50 mm 要求，同时，也为以后岩溶地区在桥墩基础的基底处理实际应用上提供参考。Q