柴培玺
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[摘 要]该文通过对溶洞处方式的优劣对比，认为在隧底处理岩溶受施工条件影响，应选择钢管桩处理，并结合工程实际情况，提出了钢管桩设计方案和施工要求。
[关键词] 钢管桩 溶洞 设计 施工要求
1、工程概况：
梅家庄隧道全长4580m，为双线可溶岩隧道，隧区主要为碳酸盐岩地层，岩性以中厚至厚层状灰岩、白云岩为主地层，岩溶中等至强烈发育。隧区地表、地下水水质为HCO3-·SO4。-Mg2+·Ca2+型，对砼均无侵蚀性。当施工至DI2K45+880～+817段时，开挖下台阶揭示基底为发现基底位于溶蚀破碎带内，宽大的溶缝、溶槽密集发育，均填充黄色软塑至流塑状黏土，有少量的灰岩质块石混杂，块石块径一般0.5～1.0m间,部分1.0～2.0m间。随着DI2K45+817～+757段下台阶开挖，揭示基底地质情况与DI2K45+880～+817段类似，仍位于溶蚀破碎带内，宽大的溶缝、溶槽密集发育，均填充黄色软塑至流塑状黏土，有少量的灰岩质块石混杂。因溶蚀破碎带影响，无法按原设计施工。
结合现场开挖情况及地质雷达检测报告，针对DI2K45+750～+880段异常区域，经钻探验证：仰拱开挖面下填充溶洞大致沿岩层呈层状分布，溶洞竖向洞径均不大，一般1.0～1.5m，部分1.5～3.0m，最大不超过5 m，绝大部分为全填充型，填充物为黄色、棕黄色流塑至软塑状黏土，仅个别为小型空溶洞。勘探钻孔均未揭示有稳定的地下水水位线，岩溶水水位线埋藏较深。
1、溶洞处理方法选择：
岩溶处理方法有多种：钻孔桩：该方案受隧道净空影响，施工条件不允许。灌浆法:由于溶洞绝大部分为全填充型，仅个别为小型空溶洞，灌浆效果和基底承载力不可控。钢管桩：可靠性大，施工工艺简单，可不受隧道净空影响，对接施作长钢管桩，对工期影响不大。
2、钢管桩在处理隧底水平层状分布充填型为主溶洞的方案：
（1）钢管桩单桩竖向极限承载力
根据《铁路隧道设计规范》TB10003-2016表5.1.1 得
Φ89钢管桩按横向间距1m,纵向间距匹配初期支护钢架间距按0.6m布设，隧道横向结构跨度为14.6m。
单根竖向钢管桩设计容许承载力荷载：R=1664.48/(14.6/1/0.6)=190 MPa
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ-94-2018）,钢管桩属嵌岩桩，8m长Φ89钢管桩单根桩竖向极限承载力，按下列公式计算：
Q uk = Q sk + Q pk= u Σq sik li+λp qpk Ap
Qsk、Qpk :土的总极限侧阻力标准值、总极限端阻力标准值；
U:桩身周长；
qsik: 静力触探比贯入阻力估算的桩周第i层土的极限侧阻力；qsik结合土工试验资料，依据土的类别和埋藏深度取值。根据该工程地质特点仰拱底0～1m为人工填土，qsik=15 MPa;1～9m范围内，4m厚洞穴堆积黏土, qsik=50MPa, 3m厚灰岩, qsik=100MPa
λp:桩端土塞效应系数；
当hb/d＜5时，λp=0.16 hb/d
当hb/d＞5时，λp=0.8
hb 桩端进入持力层深度； d钢管桩外径
hb/d=1m/0.076m=13.16＞5, λp=0.8
qpk 桩的极限段阻力标准值，查表得qpk=2300 MPa
Ap: 桩端面积，Ap=3.14*（0.089/2）2=6.2-0.3
Quk=0.089π（1*15+4*50+3*100）+0.8*2300*6.2-0.3=526.72 MPa
钢管桩单桩竖向极限标准值取单桩竖向极限承载力一半，fK=263.36 MPa,通过上式计算得：该地层8m长Φ89钢管桩单桩承载力263.36。
通过计算分析 ：单根钢管桩竖向极限承载力＞单根竖向钢管桩设计容许承载力荷载，本8m长Φ89钢管桩满足承载力要求。
（2）钢管桩平面布置
针对该隧底岩溶发育特征，从隧底处理安全性、经济性综合考虑，对未施作仰拱地段，采用钢管桩注浆分段加固处理。
基底岩溶发育段按每8m分段进行基底注浆加固，为防止列车动荷载影响Φ89钢管桩底流塑填充物流失，隧道左右边墙底处，每9m段端头各设置3排Φ108钢管桩进行加固处理，其中左右边墙最外侧2排外插角度分别采用5°、15°，钢管桩间距0.5m*0.6m（环向*纵向），壁厚10mm,呈梅花形布置，Φ108钢管桩嵌入基岩不小于1m。分段加固中间范围，采用Φ89钢管桩注浆加固，钢管桩间距1.0m*0.6m（环向*纵向），壁厚10mm，钢管桩长度9m，呈梅花形布置。钢管桩平面布置图、典型横断面图如下图所示。
钢管桩典型平面横断面图
（3）钢管桩选材要求
分段加固中间范围Φ89钢管桩，钢管桩间距1.0m*0.6m（环向*纵向），壁厚10mm，钢管桩长度9m。端头处Φ108钢管桩，钢管桩间距0.5m*0.6m（环向*纵向），壁厚10mm，钢管桩嵌入基岩不小于1m。
4、钢管桩施工要求
(1)采用HGY-1500型钻机进行钻孔，采用KBY50/70型注浆泵，采取全孔一次性方式进行注浆施工。
（2）为方便现场施工，钢管桩每节长2m,采用丝扣链接，钢管桩上钻溢浆孔，溢浆孔直径8mm, 溢浆孔纵向间距为25～50cm,呈梅花形布置。最底部一节注浆钢管前段加工成锲型状，以利于后续施工。
（3）注浆加固时先注浆施作基底两侧边墙和分段端头段，再施作中间段。注浆浆液配比和注浆压力根据现场注浆试验确定，以确保注浆加固效果。注浆初始压力0.5MPa～1MPa，终压控制在1.5MPa。
3、总结：
岩溶处理是一项复杂的技术，不同地质和施工条件，处理岩溶方式也是不一样的。钢管桩抗冲击性能强，由于受隧道净空限制，可灵活调整桩长，长短钢管桩相结合，通过注浆，使深埋填充性溶洞取得了较好的加固效果，同时提高了隧底承载力，确保运营安全，钢管桩对隧道基底处理岩溶可以说是科学合理，经济，安全的 。
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院.建筑桩技术规范（JGJ 94-2008）.批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部
[2]张民庆等.地下工程注浆技术.北京.地质出版社，2008.6