錨固樁技術(shù)在石灰?guī)r地區(qū)鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用

盛漢洋

（中南建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410015）

0 前言

湖南省衡山縣龍蔭港大橋位于衡山至萱洲縣道上，該縣道是國道107線交通分流線。該橋原為4×15 m石拱橋，年久失修，經(jīng)鑒定為危橋。湘江大源渡庫區(qū)航電樞杻建成后，原橋梁將被淹沒，為此擬在原橋下游30 m處新建一座5×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋，共設(shè)4座橋墩8根樁，2座橋臺(tái)8根樁，其中橋墩樁基直徑為150 cm，樁臺(tái)樁基直徑為80 cm。橋址位于石灰?guī)r地區(qū)，巖層溶蝕十分嚴(yán)重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞，地下水十分豐富，地表覆蓋層為填土（橋臺(tái)處）、砂礫土、流砂，厚度不一，最厚為15 m，最薄為3 m。設(shè)計(jì)要求樁基入巖為2倍樁徑以上，即橋墩樁基至少要嵌巖3 m，橋臺(tái)樁基至少要嵌巖1.6 m，基巖強(qiáng)度要大于800 kPa。由于設(shè)計(jì)過程中勘察孔位不足，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)與設(shè)計(jì)描述的地質(zhì)有很大差異，而且橋梁施工前橋頭的改線路基已經(jīng)施工完畢，橋位不宜另行變更。為此，業(yè)主決定對各個(gè)樁位重新詳細(xì)勘探，每個(gè)樁位布置3點(diǎn)進(jìn)行鉆探。鉆探結(jié)果表明各個(gè)樁，同一個(gè)樁的不同位置勘測點(diǎn)的見巖標(biāo)高相差很大，下面的溶洞、裂隙十分發(fā)育，有的樁基下部半邊是基巖，另半邊卻泥土，有的樁基落在“石筍”上，尤其是有的溶洞處在2倍樁徑以外一點(diǎn)點(diǎn)（即溶洞上面有2倍樁徑的完整持力層）。如果設(shè)計(jì)被溶洞上面的持力層迷惑，那么樁基豈不是坐在“蛋殼”上！為保證工程質(zhì)量、安全和工期（蓄水影響），經(jīng)綜合考慮，決定對橋墩的鉆孔灌注樁采用錨固樁處理技術(shù)。通俗地講，即在大樁（設(shè)計(jì)中的鉆孔灌注樁）中再增加幾個(gè)小樁，錨入基巖底部一定的深度。

1 工藝原理

對于巖層溶蝕十分嚴(yán)重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞等石灰?guī)r地區(qū)的樁基，盡管可對每個(gè)樁位的不同位置進(jìn)行詳勘，并因此對每根樁單獨(dú)設(shè)計(jì)。但終孔后，對持力層的地基情況還不一定有十足的把握（詳勘時(shí)的位置可能取得完整的巖石，但若位置稍偏一點(diǎn)則情況有可能大變）。為了確保樁基安全，搶進(jìn)度，降低工程造價(jià)，可以考慮采用錨固樁技術(shù)。其工藝原理為：按正常方法灌注樁基（需預(yù)設(shè)3根φ160～200 mm鋼管或PVC管，否則要在樁基上取芯），待樁基達(dá)到一定的強(qiáng)度后，在預(yù)設(shè)的孔位對樁基底部基巖進(jìn)行鉆探，深度6 m以上，進(jìn)一步探測樁基持力層情況，然后進(jìn)行高壓水切割、清孔，在孔內(nèi)放入一個(gè)小鋼筋籠，再進(jìn)行壓漿，從而達(dá)到處理樁底溶洞、裂隙，增強(qiáng)持力層強(qiáng)度，處理灌注樁沉渣、錨固樁基，增加樁基抗剪強(qiáng)度的目的。如果采用取芯的方法來做錨固樁，還可以起到檢查樁基質(zhì)量及處理樁基灌注質(zhì)量事故的作用。

2 施工工藝流程及操作原理

主要施工工序?yàn)椋恒@孔（大樁）→扎鋼筋籠（此鋼筋籠除按設(shè)計(jì)的鋼筋加工外，另在鋼筋籠內(nèi)部按等距離布設(shè)3根φ160～200 mm鋼管或PVC管，下部封口，固定在鋼筋籠上，同布超聲波檢測管一樣，此管也用作聲測管，不要另設(shè)）→吊放鋼筋籠→灌注水下混凝土（上述步驟同鉆孔灌注樁步驟一樣，本文不一一詳述）→檢測灌注樁質(zhì)量→鉆孔（錨固，小孔）→高壓水切割→清孔→下小鋼筋籠（即錨固鋼筋籠）→壓漿。參見圖1、圖2所示。

圖1 錨固樁平面示意圖

圖2 錨固樁立面示意圖

2.1 樁基施工

樁基按正常的施工方法和工藝進(jìn)行，只是把聲檢鋼管的管徑加大至160～200 mm，也可用PVC管代替鋼管，如果想對樁基進(jìn)行抽芯檢查或者對灌注的缺陷進(jìn)行處理時(shí)，也可不設(shè)鋼管，直接在樁基混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)鉆3個(gè)直徑160～200 mm的孔，既可當(dāng)聲檢管用，也可作錨固用，還可用作樁基補(bǔ)強(qiáng)的壓漿孔。

2.2 布孔

每個(gè)樁基布孔3個(gè)（也可以布置多個(gè)），三孔連線基本為等邊三角形形式（就是聲測管的位置），方法同2.1節(jié)。

2.3 鉆孔

基巖鉆進(jìn)：樁基強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%時(shí)，進(jìn)行灌注樁超聲波檢測，然后在樁頂架設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)，于預(yù)設(shè)鋼管孔內(nèi)開鉆。循環(huán)水應(yīng)用清水，如遇巖層破碎或構(gòu)造帶使鉆進(jìn)困難時(shí)，可采用泥漿循環(huán)，但終孔前用清水沖洗，直至返清。鉆進(jìn)時(shí)注意巖溶空洞會(huì)出現(xiàn)掉鉆具的危險(xiǎn)，應(yīng)量測空洞的深度、大小，以及充填物的情況。

如果超聲波檢測樁基灌注有質(zhì)量問題，則需要在樁基另布三孔（即抽芯）按本文所述方法對樁進(jìn)行處理。

終孔：鉆至基巖面下6 m終孔（約4倍樁徑），如遇溶洞，再鉆至溶洞底板以下3.0 m，按要求做注水試驗(yàn)；自檢合格；請監(jiān)理工程師驗(yàn)孔后，擰上孔口蓋。

做好鉆孔原始記錄，根據(jù)規(guī)定要求進(jìn)行鉆孔巖芯取樣和巖溶發(fā)育記錄、統(tǒng)計(jì)，以便制定壓漿措施。

2.4 高壓水切割

高壓水切割是將壓漿機(jī)噴管伸入孔底，利用高壓泵產(chǎn)生的高壓水流對持力層部分的溶溝、溶槽、裂隙及溶洞（當(dāng)然也包括對樁底的沉渣）自上而下、自下而上反反復(fù)復(fù)進(jìn)行切割，以沖洗樁底及溶溝、溶槽、裂隙及溶洞內(nèi)的泥砂。高壓水切割的主要技術(shù)參數(shù)為：壓力25～30 MPa，排量 60～65 m3/min，切割時(shí)間要充分保證。

2.5 清孔

采用氣舉反循環(huán)法清孔，利用高壓氣流將沉渣排出孔口。清渣時(shí)間要充分保證，最后效果要達(dá)到“水清砂凈”之要求，施工主要參數(shù)為：壓力0.8～1.2 MPa，排量 8～10 m3/min。

2.6 下錨固鋼筋籠

按孔徑大小制作一個(gè)小鋼筋籠。制作方法與樁基鋼筋籠一樣，設(shè)主筋5～7根，主筋直徑同樁基主筋直徑，長度為樁基長度加持力層鉆孔長度，即鋼筋籠要下到錨固底部。

2.7 壓漿工藝和技術(shù)措施

壓漿施工按照《注漿技術(shù)規(guī)程》(YBJ44-92)有關(guān)規(guī)定與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，壓漿設(shè)備主要為HJ800型攪拌機(jī)、Gzjb型液壓雙液壓漿泵。

設(shè)攪拌站：在樁基就近選取用地，盡量選取在少占地、地勢高、平坦、環(huán)境影響小、運(yùn)輸方便的位置設(shè)置攪拌站。盡量減少耗費(fèi)、壓力損失。

備料：按設(shè)計(jì)要求，備足PO32.5號普通硅酸鹽水泥，38～43Be’、模數(shù)2.4～3.0的水玻璃、機(jī)制砂、小石子，以及壓漿管材等。

壓漿前準(zhǔn)備：根據(jù)錨樁孔巖溶發(fā)育程度，做好漿液配比用料。檢查攪拌機(jī)、壓漿泵等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況；壓漿孔孔口蓋換上混合器(法蘭盤)，對管路進(jìn)行試壓、檢查管路、接頭的連接、密封質(zhì)量。

注水試驗(yàn)：選取代表性孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，確定單位長度吸水量。

壓漿：先稀后濃，依吸漿情況逐步加濃漿液，水灰比控制在1∶1～0.8∶1；灰?guī)r中壓漿壓力應(yīng)在0.2～0.4 MPa，樁基界附近逐步加大至0.4～0.6 MPa。

當(dāng)連續(xù)壓漿單孔超過設(shè)計(jì)單孔壓漿量2倍不見升壓或吸漿量下降時(shí)，采用提高漿液濃度或雙液壓漿措施。雙液壓漿時(shí)采用水泥漿與水玻璃之體積比1∶0.08。

如遇巖溶通道、較大溶洞和裂隙處視情況先灌注機(jī)制砂（或小石子）或稀的水泥砂漿（灰砂重量比1∶3～1∶6）對溶腔進(jìn)行充填，再采用粉煤灰水泥漿液或雙液壓漿。稀的水泥砂漿水灰比與壓漿水灰比保持一致（0.8∶1～1∶1）、灰砂重量比采用 1∶3～1∶6。

壓漿后期，可在孔內(nèi)適量投入一些小石子。

3 壓漿監(jiān)測與測試

3.1 監(jiān)測

為了對壓漿施工的質(zhì)量進(jìn)行宏觀控制，避免施工造成環(huán)境的影響。施工時(shí)安排專人進(jìn)行質(zhì)量、環(huán)境的監(jiān)測。

調(diào)查施工區(qū)的井、泉、坍坑，以及民居的生活水源分布，定期或日常進(jìn)行水量、水質(zhì)的觀測、訪問，確保生活用水的質(zhì)量，農(nóng)田用水無污染。

3.2 測試

3.2.1 試驗(yàn)

施工進(jìn)場落實(shí)壓漿材料源后，即進(jìn)行不同水灰比的小樣配比試驗(yàn)，確定0.8∶1～1∶1的材料用量，以及雙液壓漿時(shí)，水玻璃與不同水灰比的水泥漿配比，和緩凝劑的摻量，便于施工工藝控制。

對壓漿中出現(xiàn)異常的壓漿孔，采用注水試驗(yàn)，或水位傳遞、指示劑、氣體傳遞等方法確定巖溶通道連通性和壓漿質(zhì)量。

3.2.2 工程效果測試

鑒于巖溶的復(fù)雜性，鉆孔取芯僅能以點(diǎn)帶面的推斷。為客觀、快速、整體地檢測與評價(jià)巖溶地基加固效果，采用經(jīng)多年來工程實(shí)踐證明行之有效的綜合物探與注水相結(jié)合的測試方法。

3.2.2.1 鉆孔檢查

可在樁基外一定距離鉆孔檢查，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷壓漿效果。裂隙巖溶、洞穴等必須干鉆取芯，巖芯采取率大于90%。

3.2.2.2 注水試驗(yàn)

在注水試驗(yàn)前，量測孔內(nèi)穩(wěn)定水位后，進(jìn)行孔內(nèi)定量注水，觀測單位長度吸水量變化幅度，壓漿后試驗(yàn)的單位長度吸水量應(yīng)小于壓漿前吸水量的3%～5%，且不存在明顯漏漿現(xiàn)象，即可判定達(dá)到壓漿效果。

3.2.3 綜合物探測試

壓漿前、完工后采用瞬態(tài)面波和四極電測深兩種方法為主進(jìn)行探測。瞬態(tài)面波法能快速、有效地對巖溶地基進(jìn)行整體評價(jià)。檢測點(diǎn)位置以壓漿孔為準(zhǔn)，波檢距為0.5～1 m；炮檢距5～10 m；四極電測深法采用點(diǎn)距為5 m。前后兩次在同樣的位置采用兩種方法進(jìn)行2～4個(gè)剖面的探測，然后進(jìn)行對比：瞬態(tài)面波VR特征的變化；四極電測深頻散曲線特征的變化；電阻率ρs值特征的變化。

壓漿測試結(jié)果評價(jià)內(nèi)容及評定見表1所列。

表1 壓漿測試結(jié)果評價(jià)內(nèi)容及評定表

4 壓漿工程質(zhì)量保證措施

施工進(jìn)場落實(shí)壓漿材料源后，即進(jìn)行不同水灰比的小樣配比試驗(yàn)，確定0.8∶1～1∶1的材料用量，以及雙液壓漿時(shí)，水玻璃與不同水灰比的水泥漿配比，還有緩凝劑的摻量，便于施工工藝控制。施工時(shí)因受水文地質(zhì)條件的影響，應(yīng)及時(shí)調(diào)整混合比例。

壓漿過程中嚴(yán)格按照試驗(yàn)配比控制水泥漿及水玻璃漿液比例，以免發(fā)生堵孔現(xiàn)象，影響壓漿質(zhì)量。

壓漿前后，要及時(shí)進(jìn)行物探資料對比，檢查壓漿效果，對于未達(dá)到要求的，進(jìn)行補(bǔ)充壓漿。

5 機(jī)具、器具及材料

主要機(jī)具器具有：地質(zhì)鉆、高壓泵、漿液攪拌機(jī)、空壓機(jī)、高壓管及鋼筋加工設(shè)備等。

材料有：鋼筋，PO32.5號普通硅酸鹽水泥，38～43Be’、模數(shù) 2.4～3.0的水玻璃、機(jī)制砂、小石子等。

6 錨固樁的主要作用及優(yōu)點(diǎn)

（1）繼續(xù)探測樁底持力層狀況，若下部有裂隙、溶洞，可壓漿處理，增加地基強(qiáng)度，提高地基抗剪強(qiáng)度，保證樁基持力層絕對安全，特別是避免了樁基支承于“蛋殼”上的情況發(fā)生。

（2）處理樁基沉渣超標(biāo)問題。對于支承樁，設(shè)計(jì)上一般規(guī)定沉淀厚度不能大于5 cm，由于多種原因的影響，實(shí)際沉淀厚度都有可能超標(biāo)，這就影響了工程質(zhì)量，但一般又沒有辦法補(bǔ)救，若采用錨固樁技術(shù)，可以對沉渣進(jìn)行高壓水切割，并壓漿處理，這樣可徹底處理沉渣問題。

（3）加固了地基，增加了樁的抗傾覆能力，調(diào)整錨固樁的長度，可縮短同一墩臺(tái)不同樁基的長度，使之合符規(guī)范要求（這里所指和長度是錨固樁的長度）。

（4）如果施工是樁基灌注出現(xiàn)了質(zhì)量問題（比如斷樁），可以在樁基混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在樁項(xiàng)布設(shè)三個(gè)錨固，按上述方法可有效地處理灌注質(zhì)量問題。

7 技術(shù)特點(diǎn)及適用范圍

（1）錨固樁技術(shù)用于巖層溶蝕十分嚴(yán)重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞且樁底標(biāo)高相差較大的，石灰?guī)r地區(qū)的樁基礎(chǔ)處理，效果明顯，施工工期縮短，樁基持力層的強(qiáng)度有保證。

（2）與加長樁基相比，該方案投資省、安全性高、經(jīng)濟(jì)效益較明顯。

（3）對施工環(huán)境沒有什么影響。

8 結(jié)語

在石灰?guī)r地區(qū)的樁基礎(chǔ)持力層，會(huì)遇到各種情況，可能有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞，也有可能部分樁基位于堅(jiān)石上，另一部分樁基位于軟土上，還有可能各樁底標(biāo)高相差有很大的懸殊等等。如果要把上述問題徹底解決，常規(guī)方法是加深樁基，顯然這是不經(jīng)濟(jì)的，也是不必要的。一是樁基標(biāo)高較高的樁如果加深以求縮短同其它樁的長度懸殊，既破壞了堅(jiān)固的持力層，又增加了工程造價(jià)（φ150 cm樁基成樁每m至少要5 000元成本）；二是延長了工期；三是即便加長了樁基，也不知道下部的持力層又如何。龍蔭港大橋采用錨固樁的實(shí)踐證明，對于橋址位于石灰?guī)r地區(qū)的樁基地基處理，該項(xiàng)技術(shù)確是一種非常有效的方法。對于處于其它類型地質(zhì)的樁基處理也有十分重要的借鑒意義。