城市桥梁桩基穿越溶洞预注浆施工技术

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白沙洲大道改造项目地处武汉市南大门出口，道路两侧交通流量大。项目所在地局部路段经过岩溶发育区，历史上曾多次发生地面塌陷。因此，在保证交通不断流的情况下，如何解决好狭窄工作面内桩基穿越溶洞的技术问题，保证道路两侧构筑物与交通安全，成为项目建设首要解决的重点和难点。1工程概况1.1设计概况白沙洲大道改造工程高架桥全长6.9km，标准路段桥面宽26m，单箱三室预应力混凝土连续梁结构。标准路段下部结构为双柱墩，墩柱截面尺寸为1.7m-1.7m，下接3m高承台，41.6m群桩基础，箱梁加宽范围内增设边墩，边墩墩柱截面尺寸为1.3m-1.3m，下接2m高承台，基础为21.2m桩基础。全线桩基共1 184根，其中灰岩区368根，要求桩身全断面进入新鲜完整灰岩≥2.5m，且桩端有≥6m厚的灰岩底板，灰岩区桩基长度29～86.5m。1.2工程地质条件根据地质勘察报告，工程沿线地层主要有第四系冲、洪积层、三叠系灰岩及泥盆系石英砂岩，沿线古地形低洼地段灰岩被白垩下第三系砂岩、泥岩及上第三系黏土岩覆盖。其中K1+075—K1+250，K3+600—K4+935，K5+930—K6+200路段是灰岩与泥灰岩上直接覆盖全新统冲积相饱和粉细砂、中砂及中粗砂夹卵砾石层，是引起地面塌陷的典型地质构造。根据逐桩超前钻结果，灰岩区溶洞特征为:①溶洞出现率高达40%;②溶洞洞高0.4～18.2m不等;③溶洞层数从1～5层不等，多层溶洞呈糖葫芦串珠状;④溶洞多为填充型，部分为半填充或无填充型(填充物多为可塑或硬塑黏性土及少量灰岩碎块);⑤石灰岩岩芯表面均有不同程度的溶蚀;⑥裂隙较发育，多被方解石脉充填，胶结良好。典型多层溶洞地质条件如图1所示。2施工原理白沙洲大道改造工程桩基采用冲击钻成孔、泥浆护壁工艺，在桩基成孔过程中，溶洞危害主要为漏浆、塌孔和地面塌陷等。主要成因是当桩基穿越溶洞时，桩位处隐伏有溶洞、灰岩裂隙极易导致漏浆。因溶洞上直接覆盖层为透水性强的粉细砂层，当溶洞顶板岩层被击穿时，若溶洞相互连通导致容积过大，桩基孔内泥浆面将急剧下降，造成孔壁受力失衡，护壁泥浆卷带粉细砂层迅速流失，导致塌孔，严重时造成地面塌陷。综合考虑工程所在地区域交通条件、安全与技术经济等多方面因素，确定桩基成孔穿越多层溶洞采用以预注浆处理为主，辅以对粉细砂层固化处理的技术措施。其主要工艺原理是在岩溶发育区域桩基施工前，在桥梁墩台范围对溶洞进行预注浆处理，填塞溶洞内空腔，固化溶洞内填充物，防止桩孔与溶洞、溶槽连通，避免桩孔内护壁泥浆流失导致塌孔，并在土层及岩体界面形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系，同时对岩体上覆盖砂层进行水泥浆固化处理。3施工工艺3.1工艺流程溶洞预注浆处理主要工艺流程为:根据超前钻探报告、桩基桩位图布置注浆孔→放点→钻机就位→钻进成孔→下注浆管(套管)→分层注浆→结束移孔。3.2注浆布孔在桥梁桩基设计阶段，需要对岩溶发育区的桩位进行逐桩超前钻探，并根据钻探结果适当增加钻孔以满足为设计提供桩底持力层厚度的设计参数的要求。在溶洞预注浆布孔前，充分熟悉超前钻资料，根据溶洞发育的洞高、标高、填充情况等，初步判定溶洞发育形状，针对性布孔，同时在注浆钻孔过程中抽取岩土芯样对溶洞发育情况进一步判定和复核，以便及时调整钻孔布置。3.3注浆钻孔注浆钻孔采用XY-100型地质钻机，钻孔直径91～108mm，采用泥浆护壁、回转钻进、全孔段取芯的钻进方法，具体工艺如下。1)开孔开孔前先了解有无地下管线，确认无误后采用直径108mm岩芯管开孔钻进，直接钻入基岩0.5m，钻进过程中对土层和砂层采用泥浆(循环水)护壁工艺进行孔内护壁。2)下套管钻入基岩0.5m后，下入直径110mm套管，并嵌入基岩，套管出露地表0.2～0.5m。用水泥砂浆固结套管，并将孔口套管四周捣实封闭，防止浆液从套管周围流出，影响注浆效果。3)基岩钻进待固结套管水泥初凝后，改用直径89mm金刚石钻头继续钻进。循环水应采用清水，如遇岩层破碎或构造带钻进困难时，可采用泥浆循环，但终孔前用清水冲洗，直至返清。钻进时注意防范岩溶空洞出现掉、卡钻具的问题。4)钻孔冲洗钻进至设计孔段注浆深度，在注浆前均进行钻孔冲洗，清除钻孔中残留的岩粉、钻屑和岩石裂隙中充填的黏土杂物。对于采用清水钻进的孔段，同时又漏水的钻孔，灌浆时则不进行长时间冲洗。5)终孔钻至溶洞后入完成岩层≥1m。6)钻孔质量控制钻孔过程中，应详细记录地层变化，确保较高的岩芯采取率，每孔残留岩芯