巖溶區(qū)橋梁沖擊鉆孔事故處理方法

朱鑫 中鐵柳州市三橋一路工程指揮部工程部 545001

巖溶區(qū)橋梁沖擊鉆孔事故處理方法

朱鑫 中鐵柳州市三橋一路工程指揮部工程部 545001

通過對(duì)柳州市廣雅大橋巖溶區(qū)樁基施工實(shí)例，對(duì)巖溶形成過程、巖溶地區(qū)沖擊鉆孔施工中發(fā)生的梅花孔、偏孔、卡錐、泥漏漿滲、坍孔等現(xiàn)象進(jìn)行了分析，總結(jié)了相應(yīng)的處置方法。

巖溶區(qū)；橋梁；鉆孔；事故；處理

karst area; bridges; drilling; accidents; treatment

我國巖溶發(fā)育地區(qū)的分布十分廣闊，西南的云南、貴州、四川，華南的湖南、廣西，東北的遼寧等省都有大面積的巖溶地層。巖溶是經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，石灰?guī)r中碳酸鈣受水和二氧化碳的作用轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。當(dāng)溫度升高、水分蒸發(fā)或壓強(qiáng)減少時(shí)，溶解有碳酸氫鈣的水會(huì)由于二氧化碳溶解度的減小而逸出，使碳酸鈣沉淀下來。經(jīng)過長(zhǎng)期和多次的上述反應(yīng)，就形成了地質(zhì)及水文地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜的諸如石林、石筍、鐘乳石、溶洞、暗河以及隱藏于地層中的溶溝、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景觀和地質(zhì)構(gòu)造。在這類地層中，往往還蘊(yùn)含著豐富的地下水、地表水和不同類型的風(fēng)化與殘積土層。在這種地層上利用沖擊鉆實(shí)施橋梁的樁基施工時(shí)，常常會(huì)發(fā)生沖擊成孔事故，這些事故主要有梅花孔（沖成的孔不圓[1]，這種事故從沖擊錐上下沖擊時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活與否就可以感覺出來）、偏斜孔（沖成的孔不直[1]）、卡錐（沖錐卡在孔內(nèi)提不起來[1]）、漏漿、坍孔等。本文通過對(duì)柳州市廣雅大橋溶洞地區(qū)鉆孔樁施工事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析，總結(jié)了溶洞地區(qū)鉆孔樁施工事故的處理方法和預(yù)防措施。

1、工程概況

柳州市廣雅大橋近似呈東西走向。大橋東岸上跨雅儒路，接廣雅路，通往市中心；西岸接河西路和磨灘路，與西環(huán)線相連，廣雅大橋橋址樁號(hào)為K0+249.722～K1+307.662，橋長(zhǎng)約1058m，主橋?qū)?6m，引橋?qū)?0m和25m，主橋?yàn)椋?3+2× 210+63）海鷗式鋼箱拱橋，西岸引橋?yàn)椋?×30+5×30+4×34）m連續(xù)箱梁橋，東岸引橋?yàn)椋?×30）m連續(xù)箱梁橋。

根據(jù)樁位處各巖土層的成因、成分及力學(xué)強(qiáng)度的不同，可將其劃分如下：素填土①、耕土②、淤泥質(zhì)土③、粘土④、粉質(zhì)粘土⑤、卵石⑥、強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r⑦1、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r⑦2、溶蝕裂隙破碎帶⑦3、微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r⑦4、溶洞⑦5。

2、溶洞地區(qū)鉆孔樁沖擊成孔事故原因、處理及預(yù)防措施

2.1 梅花孔

當(dāng)鉆進(jìn)到中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r及溶蝕裂隙破碎帶時(shí)，常出現(xiàn)梅花孔事故，其原因主要是這類地層是非勻質(zhì)地層，易出現(xiàn)探頭石,造成局部孔壁凸進(jìn)，成孔不圓。

出現(xiàn)梅花孔后，通過用片、卵石混合粘土回填鉆孔，重新沖擊的方法，順利通過了此類易出現(xiàn)梅花孔事故的地層。

2.2 鉆孔偏斜

當(dāng)鉆進(jìn)到強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、溶蝕裂隙破碎帶及溶洞地層時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)鉆孔偏斜事故，其原因主要是由于巖層中灰質(zhì)含量不一，受到侵蝕的程度也不同，巖層軟硬不均、巖面傾斜、有溶槽、溶溝和不規(guī)則的空洞、土洞，造成沖擊鉆底部受力不均等。

在鉆孔過程中遇到軟硬不均的地層時(shí)，沖擊鋼絲繩會(huì)有規(guī)律地向一側(cè)擺動(dòng)，這時(shí)可向孔內(nèi)傾斜方向拋填片石或混凝土塊，小沖程沖擊，當(dāng)沖擊繩沒有大的擺動(dòng)，垂直上下時(shí)即可正常鉆孔。

若巖面傾斜較緩或鉆面有部分溶洞，可向沖擊鋼絲繩傾倒方向一側(cè)填小片石，小沖程逐漸修正傾斜面，直至全部鉆面孔位修正到同一平面改為正常沖程。如果上述效果不好，可反復(fù)回填沖擊糾偏或清孔后及時(shí)灌注80cm～100cm高度的混凝土，待24h后再重新鉆孔，可糾偏成功，這種處理方法需要在停止鉆孔至重新鉆孔期間密切注意孔內(nèi)泥漿變化情況，及時(shí)補(bǔ)充泥漿。

若巖面傾斜坡度陡或鉆面溶洞面較大時(shí),可向沖擊鋼絲繩傾斜一側(cè)回填較大尺寸的片石和粘土，用小沖程來沖砸回填混合物，逐漸糾正傾斜。

若巖層傾斜面太陡，巖層較硬，糾偏不成功時(shí)，可采用水下爆破或利用地質(zhì)鉆機(jī)密排鉆孔再改為上述方法沖擊糾偏。

廣雅大橋的預(yù)防方法是根據(jù)詳勘地質(zhì)資料，在傾斜的巖面上回填30cm～50cm厚的片、卵石，然后沖擊成孔，成功的避免了鉆孔偏斜事故的發(fā)生。

2.3 卡錐

當(dāng)鉆進(jìn)到粘土層、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽地層時(shí)，經(jīng)常發(fā)生卡錐事故，分析原因主要有：在粘土層中沖擊的沖程太高，泥漿太稠，以致沖錐被吸??；溶溝、溶槽卡錐；鉆孔形成梅花形，沖錐被狹窄部位卡住；孔口掉下石塊或其他物件，卡住沖錐。

處理和預(yù)防卡錐應(yīng)先弄清情況，針對(duì)卡錐原因進(jìn)行處理和預(yù)防。處理時(shí)宜待沖錐有松動(dòng)后方可用力上提，不可盲動(dòng)，以免造成越卡越緊或造成坍孔、埋鉆[1]。

通常用打撈鉤、活套進(jìn)行打撈或用千斤頂協(xié)助提錘；當(dāng)卡鉆部位為較堅(jiān)實(shí)的巖層時(shí)，可用低濃度的泥漿置換高濃度的泥漿，清理孔中的泥渣，利用爆破法、上下反復(fù)頂撞卡點(diǎn)巖塊、或輔以其它工具等松動(dòng)鉆頭周邊的巖體，將鉆頭提出，再用片石回填至卡鉆部位以上1m，采用短沖程穿越該地層。

2.4 漏漿

當(dāng)鉆進(jìn)到中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽、溶洞地層時(shí)，經(jīng)常發(fā)生漏漿事故，分析原因主要是溶洞漏漿或基巖內(nèi)有裂隙存在。

鉆孔前預(yù)先在孔口準(zhǔn)備足夠的粘土、片石和適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥，設(shè)置2個(gè)容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿，能及時(shí)補(bǔ)漿和回填樁孔。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，在中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽地層時(shí)發(fā)生漏漿，采用回填粘土、片石混合物（重量比1：1），采用小沖程沖擊投下的混合物，待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后，繼續(xù)沖孔；在溶洞地層施工時(shí)，在在接近溶洞頂板1m左右時(shí)，加大泥漿比重，小沖程沖擊，逐漸擊穿頂板，同時(shí)安排專人觀察孔內(nèi)泥漿面的的變化，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面下降，立即提起沖錘，及時(shí)補(bǔ)充泥漿，回填粘土、片石和袋裝水泥（重量比1：1：0.2），停置一段時(shí)間（一般為一天），在停置期間若孔內(nèi)泥漿繼續(xù)下降，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充泥漿和回填混合物，待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后，方可繼續(xù)沖孔，采用小沖程沖擊投下的混合物，使其擠入溶洞中，堵塞溶洞通道。在沖擊過程中，孔內(nèi)泥漿還會(huì)多次下降，每次泥漿下降，都要及時(shí)提起沖錘，補(bǔ)充泥漿和回填粘土、片石，并停止沖孔一天，待穩(wěn)定后繼續(xù)沖孔，如此循環(huán)反復(fù)，直到樁孔不再漏漿為止，順利穿越溶洞。穿越溶洞進(jìn)入中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r或溶蝕裂隙破碎帶，沖擊時(shí)沖程不宜過大，以免振坍溶洞已固結(jié)的護(hù)壁。

2.5 坍孔

柳州市廣雅大橋西岸引橋11#墩4#樁設(shè)計(jì)為嵌巖樁，樁徑為1.8m，樁長(zhǎng)為40.36m，地質(zhì)情況為：0～1.3m為素填土；1.3～19.8m為粉質(zhì)粘土；19.8～30.9m為卵石；30.9～31.2m為強(qiáng)風(fēng)化白云巖；31.2～33.5m為中風(fēng)化白云巖；33.5～36. 1m為充填溶洞（粘性土、砂質(zhì)及巖屑充填）；36.1～38.5m為溶蝕裂隙破碎帶；38.5～40.1m為中風(fēng)化白云巖；40.1～45. 6m為溶蝕裂隙破碎帶；45.6～46.1m為中風(fēng)化白云巖；46.1～47.2m為溶蝕裂隙破碎帶；47.2～59.8m為中風(fēng)化白云巖。當(dāng)沖孔沖到37.6m時(shí)，泥漿急劇下泄14.8m，護(hù)筒及周邊的地面下陷7.6m，鉆機(jī)落入坑中只露出鉆架頂，周圍下陷范圍大約15m。

處理方法是用粘土回填基坑，在護(hù)筒周圍用挖掘機(jī)小心掏挖，用大型吊車將鉆機(jī)吊出，然后向孔中回填黃泥、片石。穩(wěn)定1星期后，重新放樣、埋置護(hù)筒，用沖擊鉆沖孔時(shí)卻再次塌孔，隨后將設(shè)備撤出工作區(qū),用黃泥、片石回填至原地面，穩(wěn)定1星期。在測(cè)量放樣、護(hù)筒埋設(shè)完畢，在護(hù)筒周圍以30cm的間距布設(shè)φ28螺紋鋼，鋼筋起彎后以樁位為中心焊在鋼護(hù)筒外側(cè)，向四周延伸2.0m呈發(fā)散狀均勻分布，其上澆筑h=0.8m的C25混凝土，在混凝土中加入適量的早強(qiáng)劑，養(yǎng)護(hù)1星期后沖孔。沖孔過程中，仍然發(fā)生了 3次小規(guī)模的泥漿滲漏現(xiàn)象，采用投入泥塊、片石處理,最后順利成孔。

本樁施工中發(fā)生大面積沉陷，分析原因主要是溶洞較大且覆蓋層松散，在沖擊鉆沖擊力、機(jī)架自重、外界水壓力作用下，原來趨于穩(wěn)定的回填材料失穩(wěn)使孔中泥漿嚴(yán)重泄漏，造成大范圍坍塌。為預(yù)防發(fā)生坍孔，如地質(zhì)鉆探資料表明巖層以上為松散或易坍塌的巖土?xí)r，通過采用加長(zhǎng)護(hù)筒穿越覆蓋層，將工作場(chǎng)地周圍超前加固,安全地完成了類似地層的鉆孔施工，沒有再發(fā)生坍孔事故。

3、總結(jié)

巖溶地區(qū)的特殊地質(zhì)構(gòu)造，使得在沖擊鉆孔施工中，更容易發(fā)生梅花孔、偏孔、卡錐、泥漏漿滲、坍孔等鉆孔事故，因此，在此類地層中進(jìn)行沖擊鉆孔施工前，應(yīng)專門組織有關(guān)技術(shù)人員研究學(xué)習(xí)有關(guān)鉆孔事故的處理和預(yù)防措施，并且成立鉆孔處理應(yīng)急小組。盡量不要在出現(xiàn)問題后再想辦法處理，以降低處理成本，保證施工進(jìn)度；施工現(xiàn)場(chǎng)派技術(shù)人員分兩班或三班在工地24h輪流值班，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)處理。

由于鉆孔施工是一項(xiàng)技術(shù)性、經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，鉆孔作業(yè)人員、特別是鉆機(jī)操作人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員，必須具有較強(qiáng)的實(shí)際施工能力，在施工過程中，要能對(duì)發(fā)生的問題進(jìn)行及時(shí)的判斷和處理，因此施工前還應(yīng)組織樁基隊(duì)鉆機(jī)機(jī)長(zhǎng)學(xué)習(xí)鉆孔事故的處理和預(yù)防知識(shí)，使他們對(duì)巖溶地區(qū)鉆孔事故的處理方法和預(yù)防措施做到心中有數(shù)。

因巖溶區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，無規(guī)律可循，在施工過程中應(yīng)詳細(xì)記錄和觀察鉆孔情況和地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整施工方法，采取有針對(duì)性的施工方案，盡量避免不利于施工的情況發(fā)生，以保證施工質(zhì)量、安全和進(jìn)度。

在廣雅大橋的施工過程中，根據(jù)該橋具體復(fù)雜的地質(zhì)情況而制定的施工方案，具備一定的針對(duì)性，有效地解決了在巖溶地區(qū)橋梁沖擊鉆孔施工中易出現(xiàn)的梅花孔、鉆孔偏斜、卡錐、漏漿、坍孔等一系列施工技術(shù)難題，為確保大橋整體施工進(jìn)度創(chuàng)造了十分有利的條件，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè)橋涵[M].第1版.北京:人民交通出版社.2000;624-631

Karst Area Bridges drilling accident shock treatment methods

Zhu Xin

The karst area of Liuzhou Guangya Bridge Pile Foundation Construction instance, on the karst formation, karst areas occur in the impact of the plum Drilling holes, partial hole, the card cone, mud slurry leakage permeability, slump holes and other phenomena of the analysis, summarized the corresponding treatment method.

朱鑫，出生于1967年1月；性別，男；學(xué)位，碩士；職稱，工程師；目前在柳州市三橋一路工程中負(fù)責(zé)技術(shù)管理工作。