白沙洲大道改造項目地處武漢市南大門出口，道路兩側交通流量大。項目所在地局部路段經(jīng)過巖溶發(fā)育區(qū)，歷史上曾多次發(fā)生地面塌陷。因此，在保證交通不斷流的情況下，如何解決好狹窄工作面內樁基穿越溶洞的技術問題，保證道路兩側構筑物與交通安全，成為項目建設首要解決的重點和難點。
1工程概況
1.1設計概況
白沙洲大道改造工程高架橋全長6.9km，標準路段橋面寬26m，單箱三室預應力混凝土連續(xù)梁結構。標準路段下部結構為雙柱墩，墩柱截面尺寸為1.7m×1.7m，下接3m高承臺，4?1.6m群樁基礎，箱梁加寬范圍內增設邊墩，邊墩墩柱截面尺寸為1.3m×1.3m，下接2m高承臺，基礎為2?1.2m樁基礎。全線樁基共1 184根，其中灰?guī)r區(qū)368根，要求樁身全斷面進入新鮮完整灰?guī)r≥2.5m，且樁端有≥6m厚的灰?guī)r底板，灰?guī)r區(qū)樁基長度29～86.5m。
1.2工程地質條件
根據(jù)地質勘察報告，工程沿線地層主要有第四系沖、洪積層、三疊系灰?guī)r及泥盆系石英砂巖，沿線古地形低洼地段灰?guī)r被白堊下第三系砂巖、泥巖及上第三系黏土巖覆蓋。其中K1+075—K1+250，K3+600—K4+935，K5+930—K6+200路段是灰?guī)r與泥灰?guī)r上直接覆蓋全新統(tǒng)沖積相飽和粉細砂、中砂及中粗砂夾卵礫石層，是引起地面塌陷的典型地質構造。根據(jù)逐樁超前鉆結果，灰?guī)r區(qū)溶洞特征為:①溶洞出現(xiàn)率高達40%;②溶洞洞高0.4～18.2m不等;③溶洞層數(shù)從1～5層不等，多層溶洞呈糖葫蘆串珠狀;④溶洞多為填充型，部分為半填充或無填充型(填充物多為可塑或硬塑黏性土及少量灰?guī)r碎塊);⑤石灰?guī)r巖芯表面均有不同程度的溶蝕;⑥裂隙較發(fā)育，多被方解石脈充填，膠結良好。典型多層溶洞地質條件如圖1所示。
2施工原理
白沙洲大道改造工程樁基采用沖擊鉆成孔、泥漿護壁工藝，在樁基成孔過程中，溶洞危害主要為漏漿、塌孔和地面塌陷等。主要成因是當樁基穿越溶洞時，樁位處隱伏有溶洞、灰?guī)r裂隙極易導致漏漿。因溶洞上直接覆蓋層為透水性強的粉細砂層，當溶洞頂板巖層被擊穿時，若溶洞相互連通導致容積過大，樁基孔內泥漿面將急劇下降，造成孔壁受力失衡，護壁泥漿卷帶粉細砂層迅速流失，導致塌孔，嚴重時造成地面塌陷。
綜合考慮工程所在地區(qū)域交通條件、安全與技術經(jīng)濟等多方面因素，確定樁基成孔穿越多層溶洞采用以預注漿處理為主，輔以對粉細砂層固化處理的技術措施。其主要工藝原理是在巖溶發(fā)育區(qū)域樁基施工前，在橋梁墩臺范圍對溶洞進行預注漿處理，填塞溶洞內空腔，固化溶洞內填充物，防止樁孔與溶洞、溶槽連通，避免樁孔內護壁泥漿流失導致塌孔，并在土層及巖體界面形成隔水帷幕，阻隔上層滯水與巖溶水的聯(lián)系，同時對巖體上覆蓋砂層進行水泥漿固化處理。
3施工工藝
3.1工藝流程
溶洞預注漿處理主要工藝流程為:根據(jù)超前鉆探報告、樁基樁位圖布置注漿孔→放點→鉆機就位→鉆進成孔→下注漿管(套管)→分層注漿→結束移孔。
3.2注漿布孔
在橋梁樁基設計階段，需要對巖溶發(fā)育區(qū)的樁位進行逐樁超前鉆探，并根據(jù)鉆探結果適當增加鉆孔以滿足為設計提供樁底持力層厚度的設計參數(shù)的要求。在溶洞預注漿布孔前，充分熟悉超前鉆資料，根據(jù)溶洞發(fā)育的洞高、標高、填充情況等，初步判定溶洞發(fā)育形狀，針對性布孔，同時在注漿鉆孔過程中抽取巖土芯樣對溶洞發(fā)育情況進一步判定和復核，以便及時調整鉆孔布置。
3.3注漿鉆孔
注漿鉆孔采用XY-100型地質鉆機，鉆孔直徑91～108mm，采用泥漿護壁、回轉鉆進、全孔段取芯的鉆進方法，具體工藝如下。
1)開孔開孔前先了解有無地下管線，確認無誤后采用直徑108mm巖芯管開孔鉆進，直接鉆入基巖0.5m，鉆進過程中對土層和砂層采用泥漿(循環(huán)水)護壁工藝進行孔內護壁。
2)下套管鉆入基巖0.5m后，下入直徑110mm套管，并嵌入基巖，套管出露地表0.2～0.5m。用水泥砂漿固結套管，并將孔口套管四周搗實封閉，防止?jié){液從套管周圍流出，影響注漿效果。
3)基巖鉆進待固結套管水泥初凝后，改用直徑89mm金剛石鉆頭繼續(xù)鉆進。循環(huán)水應采用清水，如遇巖層破碎或構造帶鉆進困難時，可采用泥漿循環(huán)，但終孔前用清水沖洗，直至返清。鉆進時注意防范巖溶空洞出現(xiàn)掉、卡鉆具的問題。
4)鉆孔沖洗鉆進至設計孔段注漿深度，在注漿前均進行鉆孔沖洗，清除鉆孔中殘留的巖粉、鉆屑和巖石裂隙中充填的黏土雜物。對于采用清水鉆進的孔段，同時又漏水的鉆孔，灌漿時則不進行長時間沖洗。
5)終孔鉆至溶洞后入完成巖層≥1m。
6)鉆孔質量控制鉆孔過程中，應詳細記錄地層變化，確保較高的巖芯采取率，每孔殘留巖芯<20cm，以便對溶洞情況進一步判別，調整注漿布孔。
3.4注漿施工
3.4.1注漿材料
注漿材料一般采用P·O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥的細度要求為通過80μm方孔篩的篩余量不宜大于5%。采用雙液注漿時選用的水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，濃度宜為30～45波美度。
3.4.2注漿方法
樁基穿越多層溶洞預注漿主要采用套管分層注漿法。注漿設備選用BM150型注漿泵，注漿壓力控制在0.2～0.6MPa，注漿速度為15～20L/min。
1)注漿分段與順序注漿分段劃分原則為:①將裂隙相同的巖層劃分在同一個段長內，力求使?jié){液均勻擴散;②裂隙發(fā)育程度相差較大的含水層，不宜劃分在同一段長內，以保證注漿質量和減少浪費;③涌水量大、裂隙較寬時，注漿段長度較小，反之較大;④注漿段長度應與注漿泵的供漿能力(泵量)相適應，泵量小，則應當縮小注漿段長度，以保證漿液有足夠的擴散半徑。
注漿順序為:①平面上從中心向四周;②豎直方向按先上層后下層的順序進行溶洞內注漿，完畢后提拔套管，自下而上注漿，先巖土交界面，再灰?guī)r上覆砂層，豎直方向注漿順序如圖2所示。
2)注漿壓力注漿壓力是漿液擴散的動力，是檢測漿液在裂隙中充填擴散過程是否正常的主要依據(jù)。注漿壓力系指注漿段所承受的全壓力，施工過程中將壓力表安裝在孔口回漿管路上�；鶎由细采w土(砂)層采用低壓注漿，孔口壓力控制在0.2MPa以下，同時應觀察地面及周圍有無異常，控制注漿量;遇土洞應采用低壓注漿，孔口和巖體上覆層壓力控制在0.2～0.5MPa以內;巖石與土層接觸處，壓力不小于注漿段靜水壓力的2倍，各分段之間間歇時間一般為24h，巖層內間歇時間為漿液初凝以后，終凝之前。循環(huán)式溶洞內注漿壓力采用下式計算。
式中:P為注漿壓力(MPa);P1為孔口壓力表壓力(MPa);P2為漿柱壓力(MPa);Pf為管路壓力損失(MPa)。
管路壓力的確定方法:當工作管內徑一致，且內壁粗糙度變化不大時，管路壓力損失為:
式中:λ為摩阻系數(shù)，λ=2×10－4(MPa/m);Lp為工作管長度(m);d為工作管內徑(m);V為管內流速(m/s);g為重力加速度。
3)注漿漿液選擇注漿漿液一般采用先稀后濃、逐級加濃的原則進行漿液濃度的變換，可采用水固比為1∶1，0.8∶1，0.6∶1三種配比濃度供注漿時選擇。一般在巖層中注漿連續(xù)灌注40min仍不起壓，則改用濃一級的漿液，當加濃一級注漿壓力上升很快時，則應更換原來較稀的漿液繼續(xù)灌注。當采用最濃的漿液長時間灌注仍不起壓時，則應采用間歇注漿，間歇時間為漿液初凝以后，終凝之前，必要時可采用其他的措施，如在漿液中加入速凝劑或采用加入水玻璃的雙液注漿。
4)大溶洞內注漿方法若遇到高度超過1m的溶洞，應縮小注漿段長度，作特殊情況下的注漿，主要措施有:以大溶洞底板作為注漿段的段底，采用壓力水沖洗鉆孔，盡量排出溶洞內充填物中的細小顆粒，可適當投入粗骨料，并同時注入清水，加速細粒擴散，采用濃漿低壓，必要時加水玻璃速凝劑。若注漿壓力仍不升高，則限制注漿量或采用間歇注漿等措施。
3.4.3異常情況處理
注漿過程中較為常見的異常情況:①地面冒漿注漿過程中在一定的注漿壓力作用下，水泥漿從地面冒出，在對土層進行加固的過程中尤為明顯;②沿套管冒漿在對土層采用套管注漿的方法時，在一定的壓力下漿液沿著套管從孔壁冒出;③鉆探中漏水嚴重在鉆進過程中出現(xiàn)孔內漏水嚴重情況。對于以上情況，注漿過程中應采用間歇式注漿的施工方法，等待水泥漿液凝固后再注漿。
