岩溶、卵石、流沙地质浅水围堰施工

郑传昌 张仕杰

【摘 要】近年来，跨越河道、干渠的铁路、公路桥梁施工比较普及，受地质条件限制和工期紧的要求，施工方案比较多。文章以湘桂铁路万乡河大桥的基础围堰施工为题材，着重介绍在岩溶、卵石、流沙地质桥梁基础施工采用筑岛围堰和高压注浆技术和施工方法，可供同行交流。

【关键词】湘桂铁路；万乡河大桥；筑岛围堰；高压注浆

0.工程概况

湘桂铁路万乡河大桥水中桩位为岩溶、卵石、流沙地质，承台底为岩石层、卵石层交错。为确保工程安全、快速、经济施工，工程采用筑岛工艺施工，筑岛过程中采取高压旋喷桩等加固措施。万乡河大桥起讫DIK230+950.26—DIK231+211.44，全长261.18m，段内属缓丘地貌，两岸高程约158m，高差不足2m，地势平坦河槽中高程约152m，河宽约90m，常年有水。大桥共有10个墩台，桩基88根，其中4#、5#、6#墩处于万乡河河道内，承台顶面标高基本与河床表层标高一致，底标高分别为4#承台149.741m、5#承台150.274m、6#承台150.807m，承台嵌入河床约2.5m左右，三个水中承台的尺寸均为10.7m×6.1m×2.5m，与桥梁纵向成16度夹角，单个承台桩基设计为8根？准1.25m钻孔灌注桩，旱季水位为154.5m，雨季水位为158.9m，施工前搭设钢栈桥及钻孔作业平台。

1.地质情况

万乡河河床中有一断层，称之为万乡河断层，桥址内不良地质为岩溶，特殊岩土为松软土。以可溶岩为主，附近地表出露的灰岩溶蚀迹象明显，发现多个溶洞，岩溶中等～强烈发育，河床表层淤泥层约10～20cm，承台嵌入河床2.5m位置地质情况，根据设计图纸及钻孔桩施工时渣样显示为卵石土层、流沙层。

2.施工工艺

5#墩（河中央）采用钢板桩围堰，4、6#墩（靠岸边）采用筑岛围堰。这里主要介绍筑岛围堰施工工艺。

2.1围堰工程

根据江水不能断流的要求，围堰施工作业程序如下（具体请详见附图）。

先进行草袋投放。首先投放迎水面短边一侧，投放时，将已准备好的土袋堆用吊车悬吊，紧靠相邻两木桩下放至河底，利用木桩阻挡，使土袋堆不被水流冲走，一直投放至草袋高出水面1米位置，紧靠木桩的草袋投放完成后，在已投放好的草袋外侧再投放一层土袋堆，迎水面一侧草袋投放完成后，采用相同的方法进行另一侧短边及靠水中长边一侧草袋的投放。

草袋投放完成后，对围成的区域进行填土。填土采用逐级推进的办法，从岸边往水中形成的围堰区域内倒土，用装载机向前逐步推进，填土保证超出河面50cm以上，以方便机械操作，土尽量利用路基弃方，不能倾倒石方。

围堰施工注意事项：①挖掘机平整堰体基础；②砂土、运到江边装袋；③堰体码砌：专人指挥码砌，砌体要搭接堆码；④堰体完成后，堰体迎水面再铺两层防水彩条布，顶部彩条布要用砂袋压紧；⑤围堰时要做好堰体内的防水布的安放正确，另外堰坝体成型要标准，深水处考虑用钢管架固定围堰体。

2.2高压注浆工艺流程

测放压浆加固孔位XY-1型工程钻机引孔→安放塑料管→旋喷钻机对正孔位→浆液制备→沉管至设计底标高→喷浆试压→桩顶旋喷浆液→恒速旋喷到桩底标高→冲洗输浆管道→结束一根桩施工→施工下一根桩。

2.3高压旋喷桩检测效果

我部在6#墩之外在同样地质条件，做试验桩4根，注浆深度为4米，7天后挖出成桩效果，邀请建指、监理共同见证。经现场开挖达到支护及止水围幕，控制桩径扩散的效果。将在每个墩台注浆完成后，委托第三方检测注浆成桩效果，28天强度每个墩台取蕊检测3根桩。

2.4高压注浆护壁验算

假设钻孔过程中塌孔或有溶洞，流砂移动，验算高压旋喷桩护壁强度。

①围堰后每小时渗透水量计算：

静止水位h1=1.5米、稳定水位埋深h2=7.2米，以地下水径流补给为主，根据现场抽水试验，得到稳定流量q为13.5M3/h，影响半径28.5，基渗透系数K和每小时水量Q：

K=0.366lgR/r*q/M（h2-h1）=12.7m/d；

Q=kaKhl/24*H/H+2t=810.7m3/h；

式中：R为影响半径，m为含水量厚度，m；ka为安全系数，取1.5；h为旋喷底到基岩高度取7.5米；护壁周长7.4*2+16.95*2米。

②采用朗金理论进行土压力计算：

主动土压力强度：

式中：

r—土的重度（KN/m2），地下水位以下用浮重度。

h—计算土压力强度的点到地表面的距离。

φ—土的内摩擦角（°），砾、卵石土取40°。

单位长度总主动土压力：

经计算： Pa=（21-10）×4.0×0.217=8.68KN/m2

Ea=1/2×（21-10）×42×0.466=40.48KN/m

2.5注浆加固过程控制

筑岛形成后，按规定位置进行注浆加固。对水面以下的填土和砂卵石层进行注浆，注浆加固采用旋喷桩施工工艺。注浆作业宽度约3.5米，分四排梅花桩布置。

旋喷桩桩径0.5米，正三角形布置，桩间距1米，桩长8米。

旋喷桩工艺：

①钻机就位。把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精确要求，经技术人员检测合格后方可开钻。施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5%。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。

②钻孔。按上一步要求将钻机就好位好，进行钻孔作业。钻孔结束后，有技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一孔的钻进。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。

③插管。插管是将喷管插入地层预定的深度。将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行下步工序施工。插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。

④喷射作业。根据地质提供资料，喷浆材料需用合格的硅酸盐水泥，水泥应为新鲜无结块，通过0.08mm方孔的筛余量≤5%，每批次进场水泥必须有生产厂家产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验，严禁使用不合格水泥。制浆用水必须保证清洁无污染，符合拌制水的要求。

按试验配合比进行浆液搅制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔喷浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于30S，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内。当喷管插入预定深度后，由上而下进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。当浆液初凝时间超过20h应及时停止使用该水泥浆液（正常水灰比1：1，初凝时间为15h左右）。

在喷射过程中，技术人员及时检查个环节的运行情况，并根据具体情况采取下列措施：A、接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；B、喷射因故障中断，应酌情处理：因机械故障，要尽力减短中断时间，及早恢复灌浆；如中断时间超过1小时，要采取补救措施；恢复喷射时，喷射管要多下0.3m保证宁接体的连续性。

⑤旋转和提升。当喷射管下至设计深度，待成孔到设计深度，浆拌制好水泥浆液倾入集料斗，将低压泵由送水改为送浆开启送浆泵送浆，为保证桩底有足够的水泥浆量，应停喷30秒种，然后边旋转边提升，旋转速度和提升速度都按照设计规范要求进行，开始送入符合要求的浆、气，待注入浆液冒出孔口时，按设计的提升方式及速度自下而上旋转提升，直至设计的终喷高程。

⑥喷注作业时做好已喷邻桩的补浆回灌，保证加固体固结后的桩顶标高，施工中及时作好废浆处理。移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。

2.6止水帷幕施工

注浆完成后，为保证围堰土体稳固，防止围堰土体表层土脱落及渗漏，在围堰内侧土体表层浇筑一层0.5米厚的混凝土止水帷幕。

由于围堰土体有一定坡度，只需要在坡面上安装垂直于坡面的挡板，分块进行浇注。

2.7开挖基坑、封底

围堰形成后，立即用小挖机进行基坑开挖，开挖边坡按1：1坡度，边坡适当设置台阶，以便在台阶上浇筑混凝土，混凝土厚度不小于10cm，防止水从边坡渗入到基坑。

挖至承台底标高下0.5米位置（即超挖0.5米），再利用吸泥泵抽砂和泥浆，基坑开挖完成后立即采用C30水下混凝土进行封底，封底厚度不小于50cm，既起到防水的作用又加大了地基的承载力。

基坑开挖过程中要特别注意不能损坏桩基。

3.施工效果

（1）经济分析：钢板桩围堰约花费120万元（单层为120万元，考虑受岩溶、卵石、岩石地质影响可能另增加30万元），筑岛围堰（高压注浆）约花费90万元，每个墩节省30万元，至少可节省60万元成本。

（2）安全分析：由于地质为岩溶、卵石、流沙地质，用高压注浆的方法更安全、可靠（因为钢板桩受地质影响，部分桩不能持力）。

（3）进度：高压注浆比钢板桩围堰施工更快捷。

综上所述，岩溶、卵石、流沙地质浅水围堰施工采用筑岛围堰和高压注浆方法可以节约成本，施工更安全快捷，施工效果令人满意，可供类似工程参考。