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岩溶强烈发育地区超长群桩施工技术研究

发表时间：2021/5/31 来源：《基层建设》2021年第2期作者：党耀东

[导读] 摘要：广西南玉高铁六律邕江特大桥基础采用桩基+承台的结构形式，17#、18#主墩承台尺寸为34.8×22.8×6.5m，承台下接24根直径3m、长12.5～78.5m的不等长钻孔桩，处于岩溶发育区，且桩基穿越地质多砂层、斜岩、串珠状溶洞，地质复杂多变。

        中铁十四局集团第三工程有限公司济南市 250000
        摘要：广西南玉高铁六律邕江特大桥基础采用桩基+承台的结构形式，17#、18#主墩承台尺寸为34.8×22.8×6.5m，承台下接24根直径3m、长12.5～78.5m的不等长钻孔桩，处于岩溶发育区，且桩基穿越地质多砂层、斜岩、串珠状溶洞，地质复杂多变。
        经研究，利用旋挖钻穿越岩层及斜岩覆盖区域，设计钻至熔岩发育区域使用冲击钻机施工，配套同步使用钢护筒跟进技术穿越砂层，结合不同设备特点，对既有的施工工艺进行改良，确保各种不同设备施工特点的同时，实现快速通过桩基溶洞、节省施工投入、减少泥浆泥渣、提高桩基质量的目标的同时极大降低了桩基施工时间，对以后同类地质条件桩基施工具有借鉴价值。
        关键词：桩基；岩溶发育；群桩；
        Application of intelligent second lining trolley in railway tunnel construction
        DangYaoDong
        （The Third Engineering Co.，Ltd.of China Railway 14th Bureau Group，JiNan 250000）
        Abstract In view of the quality defects such as lining cavity，cracking and block falling in the operation tunnel，combined with the common problems existing in the construction of traditional tunnel lining trolley，such as easy formwork running，difficulty in material distribution and vibration，and insufficient vault concrete，in the lining construction of Bashan tunnel of Nanyu railway，the lining quality problem is effectively solved by "guaranteeing process with tooling and quality with process"，and the cost of personnel is reduced Labor intensity.At the same time，the application of information system realizes the mechanization，information and intelligence of lining construction to a certain extent.Compared with the traditional construction technology，the new type of second lining trolley is worthy of promotion and application.
        Keywords High speed railway tunnel；Second lining trolley；Standardization；Intellectualization
        1 引言
        考虑桩基施工针对不同地质、病害处理工艺单一的特性，利用不同钻进设备，在实现快速推进、结合不同施工工艺特点的基础上，实现桩基快速施工，有效控制桩基病害的目的。
        （1）片石黏土筑壁法，适用于溶洞高度2m以内，溶洞内无填充或有软塑状填充物。使用冲击钻施工，施工进度相对偏慢，施工现场临近河道，污染严重，泥浆泥渣处理不利于环水保。桩基灌注时存在混凝土流失的可能性，导致施工浪费。
        （2）钢护筒跟进法，钢护筒安装费时费力、深度达到60m以上的多层溶洞处理，精确度难以控制，且施工成本太高。
        （3）全回转全套管法，施工成本高，套管拔出时间不宜把控。
        我部通过分析不同地质状况，结合几种施工工艺的适用条件及优势，通过现场不断实践，总结出一套组合式施工工艺，达到可以快速通过桩基溶洞、有效治理各种桩基施工中出现的病害，节省施工投入、减少泥浆泥渣、提高桩基质量的目标。
        2工程概况
        六律邕江特大桥位于广西南宁市青秀区境内，桥梁全长1173.2m，主桥起讫里程为DK16+848.90～DK17+471.10，长622.2m，主跨坡度2‰，主桥位于线路直线段上。主桥（15#～20#墩）布置形式为（41.75+109+320+109+41.75）m钢箱-混凝土混合梁部分斜拉桥，主桥正交跨越邕江，桥位处江面宽约300m。
        六律邕江特大桥基础采用桩基+承台的结构形式，17#、18#主墩承台尺寸为34.8×22.8×6.5m，承台下接24根直径3m、长12.5～78.5m的不等长钻孔桩，处于岩溶强烈发育区。

        图1 斜拉桥立面图
        3 施工难点
        该桥下部结构主要施工难点：（1）桩基直径过大（3m），钻孔深度过深（78.5m），对施工工艺要求高，施工难度大；（2）该桥柱墩临近江边，地处岩溶强烈发育地带，多串珠状溶洞，最大入岩深度地质复杂，不仅有流沙层且沟通地下水系，在桩基施工中，多出现漏浆、串孔现场，受江面水位影像会出现江水倒灌等病害现像，成桩难度极高。
        4 研究背景
        4.1 地质情况描述
        上部地层以粉土、粉质黏土、细角砾土为主，下部为灰岩地层，填土为主，部分地区溶洞发育，主桥墩位置溶洞为全充填溶洞，充填物为粉质黏土及碎石类土为主。主要地层描述如下：

        4.2 施工方案选择
        17#号主墩承台尺寸为34.8×22.8×6.5m，全墩24根桩基，受地质条件影像及总体工期限制，17#主墩最大钻孔深度78.5m，入岩最深近50m且均为斜岩加泥的“半泥半岩，半软半硬”的特殊地质，最大岩溶处理深度在原地面以下60m处。
        施工之初，项目考虑17#主墩的特殊地质及优化施工工艺提高施工效能的目的，在17#号主墩场地安放冲击钻机及旋挖钻机共同施工，在对不同设备、施工工艺择选的同时也收集了最原始的数据，为后续择优选择最佳的施工方案提供思路。
        桩长小于12.5m的桩基，地质多为细砂层及灰岩，采用一台徐工XR400E旋挖钻机，因地质情况较为单一，在施工中最快以4天的时间完成桩基钻进施工，在节省施工成本和时间的同时，也为后续冲击钻机施工提供了有效的施工空间。
        桩长大于12.5m小于60m的桩基，地质较为复杂，且要穿过岩溶强烈发育区域，针对发育的溶洞处理，冲击钻机更能体现自身工艺优势。
        对桩长大于60m的桩基，单一的施工工艺已经无法满足现场需要，不仅地质更复杂多变，过厚的砂层、多处于“半泥半岩，半软半硬”且夹杂多层岩溶地质，导致漏浆、吸钻，卡钻、涌水等病害多发。
        多种设备的优势转化，不同工艺结合的施工优势成为一种选择的必然。

        图2 桩基施工布置图
        4.2 施工中病害控制
        4.2.1 砂层及深厚土层施工
        ①大部分地表砂层、土层较为稳定，但对于部分松散的上覆填土层，可通过安放长护筒，来保持上部地层稳定。
        ②底部使用泥浆护壁工艺。
        ③使用Φ1.0mΦ1.25mΦ1.5mΦ1.8Φ3.0m 截齿捞砂斗一次性钻进成孔。
        4.2.2 硬岩层施工
        根据资料所述灰岩承载力为 1000kPa，预估其单轴饱和抗压强度约50~60MPa，Φ3.0m 深桩需进行分级钻进，钻进成孔顺序：
        ①首先使用Φ1.5m 截齿筒钻尝试取芯钻进；若无法取芯，则换用Φ1.5m 截齿捞砂斗破碎捞渣；
        ②Φ1.5m 成孔后，依次使用Φ2.2m、Φ2.6m、Φ3.0m 截齿筒钻扩孔，并使用相同规格的截齿捞砂斗捞渣；
        ③Φ1.5m-Φ2.2m-Φ2.6m-Φ3.0m 的分级方案可根据Φ1.5m 钻进效果进行调整。

        图3 分级钻进图示
        4.2.3 大角度倾斜岩面施工
        在 17 号墩 13~16 号桩位置可能存在大角度的倾斜岩面，可采取以下措施：
        ①使用加高截齿筒钻环切钻进；
        ②机手操作采用轻压慢转，甚至减压钻进，待钻头完全进入岩层后再正常钻进；
        ③施工前进行注浆固化处理，提高土层硬度；
        ④若孔斜严重，则灌注混凝土后再重新施工；
        ⑤可使用冲击钻进行该类型桩孔的施工。
        3.2.4 溶洞处理方案
        该区域的溶洞分为全充填溶洞和无充填溶洞。
        （1）无充填溶洞处理：无充填溶洞高度 1~10m，平均 3~4m，其中部分桩含有双层溶洞。需要根据实际情况，溶洞体积和联通情况来进行具体分析，主要采用充填压实的方式进行处理，最后再考虑套管跟进的措施。
        （2）全充填溶洞处理：全充填溶洞高度 1~20m，平均 5~6m，充填物为粉质黏土及碎石类土，其中部分桩存在多层溶洞。需要根据实际情况，如碎石粒径和含量、是否密实稳定、是否存在漏浆等情况来进行具体分析。可不处理或根据需求采用充填压实或预注浆加固等措施进行处理。
        （3）该工程溶洞的处理建议
        ①施工前应做好溶洞处理预案，并根据预案配足必要的材料。
        ②同一基础的基桩宜逐桩施工，以防串孔。
        ③合理规定施工顺序。先安排外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工，先施工长桩后短桩。
        ④地质资料不详的柱桩，桩孔在达到设计标高后，应探明桩底以下不小于 3 倍桩径深度范围内的岩层情况，确认没有溶洞后方可终孔。如发现桩底以下还有溶洞，应采取相应的措施。
        （4）溶洞地层的一般处理措施
        ①对于封闭的比较小的溶洞，采取填充片石的方法，冲孔时投放片石、碎石夹粘土，必要时辅助投入袋装水泥造浆护壁，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过岩溶区。
        ②在钻进到无填充或半填充溶洞顶前，改用轻压慢转，密切注意护筒内泥浆的变化，若泥浆面下降，应迅速补浆补水，根据溶洞的大小按一定比例回填粘土、片石和水泥后反复冲击挤压密实。当泥浆不再漏失后方可转入正常钻进。
        ③填充物为软弱勃性土或淤泥的一般溶洞应向孔内投入一定比例的黏土、片石混合料，并反复冲击形成护壁，钻头穿越溶洞时应防止偏孔。若发生偏孔，应回填黏土和片石至偏孔位 0.5m 以上，再重新钻进。
        ④有浅埋岩溶地层或存在地面塌陷隐患的桩孔应先加固后再进行钻孔。
        ⑤对于大型及复杂溶洞，预计填片石处理效果不好时，进行预注浆处理，通常使用地质钻机进行注浆，注浆材料主要为水泥浆。若洞内无填充物或填充物不满，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆；若充填物呈松散或软塑状态时，直接注浆固结即可；充填物已固结呈硬塑状态时，方可钻进。
        （5）溶洞地层的套管跟进措施
        ①套管根跟进适用于发育规模大、层数多、溶洞内填充物性能差、存在暗河等特大型溶洞。以 17 号墩的 24 号桩为例，该孔存在两层溶洞，上部溶洞高度近 10m，但由于深度较深，建议首先尝试抛填粘土、片石、水泥甚至混凝土的方式，最后再考虑套管跟进的方式。
        ②若采用套管跟进措施，施工前应仔细核对地质资料，确定辅助护筒的深度和层数，并根据护筒的层数确定每层钢护筒的直径。每层钢护筒的直径应以最后一层辅助护筒为基准，最后一层辅助护筒的直径宜比设计桩径大 5-10cm，顺次每增加一层辅助护筒，其内径宜比相邻内层护筒外径增大 10-20cm，护筒厚度宜为 30m。
        4.3 总体施工思路
        在综上所说的，通过现场不同设备实际施工中得出结论，在后续施工中，17#主墩桩长超过60m的有8根，在地质复杂的环境下单一的施工工艺根本无法满足现场施工要求。
        在施工的过程中，通过不同施工设备，在不同的地质结构层级，针对出现的不同病害，采取最有效的施工工艺，实现不同设备，不同施工工艺的转换和结合。
        即在地质处于砂层、细角砾土、“半泥半岩，半软半硬”阶层及入岩前的钢护筒跟进等情况采用旋挖钻机，能有效的避免地质灾害的增加施工效率。
        在处理斜岩、超过40m深度的硬质岩石、串珠状溶洞处理、涌水等地质病害，能有效的避免地质灾害的增加施工效率。
        5 方案实施
        5.1 施工工艺对比
        冲击钻优势。
        旋挖钻优势。
        对比图
        通过上述图标对比，有效反映了不同设备及工艺在不同地质结构的性能，结合现场实际情况，我部在桩基开孔后砂层、土泥层地址采用旋挖钻，快速钻进及时进行钢护筒跟进，避免了冲击钻易塌孔、吸钻的问题，在20m同样地质前提下，有效的选择机械及工艺可以节省至少1~2天的时间；在透过砂层、土层后，遇到大角度倾斜岩面、“半泥半岩，半软半硬”地质同样用旋挖钻快速推进，在前期遇到小溶洞的时，通过混凝土填筑，快速通过，这个阶段可以把旋挖钻的优势充分发挥，此阶段的特殊地质在本桥占比较大，施工要求高、难度大、有效的选择机械及工艺不仅避免了反复回填片石冲击，也避免了扩孔、斜孔、漏浆等病害发生，同在20m同样地质前提下，有效的选择机械及工艺可以在本阶段节省至少5~10天的时间；桩长钻机深度超过40m后，易采用冲击钻进行施工，旋挖钻机随着桩基深度加深，对机械性能要求过高，以很难满足现场，进尺太慢，同时遇到直径较大岩溶及串珠状岩溶地质都没有太好的施工工艺予以解决，而冲击钻机的施工工艺可以有效解决上述问题，造浆法施工不仅有效的封堵岩溶空洞及水系裂隙，还形成有效护壁，有效控制因江边施工地下涌水现象发生。通过最终数据进行比较，不同地质采用不同施工机械及施工工艺的及时转换，相比单一工艺施工，在复杂多变的岩溶强烈发育地区，可以有效的节省至少3~15天不等的时间.本桥目前施工检测过的桩基均为I类合格桩基，充分说明上述工艺可以有效控制桩基施工质量。在解决施工常见病害的同时，也极大减少了片石、黏土、混凝土等填充物的需求，减少了泥浆的运输及排放。可以说上述方法打破了受前期在桩基岩溶强烈发育地区超长群桩施工带来的技术壁垒，再次让总体工期回到可控范围，不仅大量节省了时间、成本，减少了对河道的污染，在环境保护等方面也有巨大的提升。
        6 总结
        在施工单位中，深知创新是第一生产力，在竞争日益激烈的当下，谁能更好更巧妙的运用创新精神，谁就在激烈的竞争中抢得先机，正如本文介绍的施工工艺，是在原有工艺的基础上，对不同工艺进行结合，其他的都是很小的改动，却产生的良好的效果，从而在效率和成本方面有较大的提升。在加快了施工进度，有效解决超大直径超长桩基施工过程中质量通病，达到了预期目标，可为类似的工程提供借鉴与参考。
        参考文献：
        [1]王海亮隧道衬砌施工缝质量缺陷分析及预控措施[J].铁道建筑技术，2018（5）：92-96.
        [2]袁成海，汤晓辉，伍毅敏，隧道二次衬砌空洞的成因与对策[J].交通标准化，2010（10）：109- 112.
        [3]姬海东，刘在政，张海涛，新型带压浇筑隧道数字化衬砌台车研究与应用[J].隧道建设（中英文）2018，38（8）：1384 - 1390.
        [4]赵前进.变截面二村台车“一车多用”施工技术[J].铁道建筑技术，2017（4）：70 -73.
        [5]龚成明朱嘉斌，代鸿明.一种可带模注浆的新型铁路隧道衬砌台车[J].现代隧道技术，2016，53（4）：185 -188，194.
        [6]龚成明，朱嘉斌，佘海龙.铁路隧道衬砌台车拱顶带模及时注浆工艺研究[J].现代隧道技术，2017，54（1）：180- 185.
        [7]雷璇.隧道二衬带模注浆施工技术应用[J].工程技术研究，2018（2）：111 - 112.
        [8]姜良波，冯旭，谢艳.建筑施工混凝土振捣技术的发展及应用[J].杨凌职业技术学院学报，2015，14（1）：35 -37.
        [9]任亚红.隧洞二次衬砌液压钢模台车的改装及应用[J].农业科技与信息，2018（19）：115- 116，120.
        [10]张华.隧道衬砌逐层逐窗浇筑及带模注浆技术的应用[J].隧道建设（中英文），2017，37（12）：1607 - 1612.
        [11]付春青张功，刘冬等.穿行式数控衬砌台车及其在地铁中的应用研究[J].施工技术，2018，47（3）：80 - 83.