巖溶發(fā)育地區(qū)灌注樁成孔技術(shù)

□文/趙立冬 謝小林 劉春曉 劉成利

□謝小林、劉春曉、劉成利/中國建筑一局集團華北公司。

巖溶發(fā)育地區(qū)灌注樁成孔技術(shù)

□文/趙立冬 謝小林 劉春曉 劉成利

文章主要介紹在巖溶發(fā)育區(qū)施工鉆孔灌注嵌巖樁基礎，采用沖擊設備鉆孔施工的方法。施工中采用沖擊鉆擊破溶洞頂板，對洞體采用塊石、紅粘土進行人工回填處理，對溶洞內(nèi)填充物進行邊回填邊壓實工藝，最后完成沖孔作業(yè)。有效防止鉆孔過程中孔內(nèi)發(fā)生漏漿、塌孔、孔口沉降等突發(fā)情況，使鉆孔順利穿越溶洞，最終達到設計要求且效果比較明顯。

巖溶；灌注樁；成孔

1 工程概況

華北煤醫(yī)附院外科住院樓工程地下1層，地上18層，建筑面積 36986m2，檐高 77.7m，基礎最深達-7.9m，地下承壓水為位置-17.0m。工程樁采用鉆孔灌注嵌巖樁基礎，樁總數(shù)量251根，其中有97根樁位于巖溶區(qū)域內(nèi)，占灌注樁總數(shù)的38.6%。

2 地質(zhì)特點

該地區(qū)溶洞及裂隙分布廣泛，地層變化大，裂隙的出現(xiàn)具有一定隨機性。根據(jù)地質(zhì)特點，按溶洞深度劃分為3種類型：0.3～1m（包含裂隙），1～2m（少數(shù)），2m以上大溶洞。其中最大溶洞有12軸～13軸間/E軸～H軸，溶洞較大且呈串珠型分布，第一層溶洞頂標高-34.2 m，溶洞底標高-39.3m，洞高5.1m，溶洞頂部為破碎帶，其厚度1.7m，第二層溶洞頂標高-41.5m，底標高-43.7m，洞高2.2m，為雙層溶洞，夾層厚2.2m。施工時要同時穿越二層溶洞并進入中風化巖，第一層溶洞體積約500m3，第二層溶洞體積約230m3見圖1。

3 施工難點及對策

3.1 難點

在巖溶發(fā)育地區(qū)因地下存在較大溶洞（溶洞體積在200m3以上），如施工中單純采用泥漿護壁方式，當沖擊鉆設備敲破溶洞或進入裂隙較發(fā)育地層會出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿瞬間消失現(xiàn)象，使孔內(nèi)壓力失去平衡，導致孔內(nèi)塌孔甚至孔口坍塌，造成工程樁無法進行正常施工，同時給施工安全造成了極大隱患。如不采用科學合理的施工方法及應急措施，當鉆破溶洞頂板時，孔內(nèi)塌孔會導致地面孔口部分發(fā)生大面塌陷，造成安全事故，同時上部土體受到擾動，其他鉆孔灌注樁無法進行施工。

3.2 對策

大型及超大型溶洞裂隙較發(fā)育，采用單純注漿（水泥漿）不能滿足施工要求，故采用鋼護筒跟進，嵌入強風化巖50cm進行護壁，然后對溶洞內(nèi)進行回填塊石、紅粘土及灌注高濃度泥漿組合施工方式填充溶洞，使溶洞能填充塊石，塊石間縫隙灌注泥漿進行封堵，確保在鉆進過程中不發(fā)生嚴重漏漿現(xiàn)象，達到正常施工要求，使樁最終達到設計樁底高程。

4 穿大體積溶洞（200m3及以上）鉆孔施工方法

4.1 現(xiàn)場施工準備

在溶洞處理過程中，土層及砂層部分采用旋挖鉆機鉆孔，旋挖設備施工主要保證土層及砂層成孔的孔徑及孔垂直度。強風化巖、中風化巖及溶洞內(nèi)回填部位采用沖擊鉆設備。鉆機選用平板式?jīng)_擊鉆，這樣如果發(fā)生較大塌孔事件時，平板沖擊鉆機可由鋼梁撐托于地面，避免安全事故的發(fā)生。

沖孔前要做好物資準備工作，包括準備充足的泥漿、紅粘土、塊石（粒徑0.25～0.35cm）、長鋼護筒（厚度10mm、直徑1.2m）、麻袋（裝紅粘土）、袋裝水泥等材料，按照實際情況和需要組織物資進場，按一個最大溶洞考慮，對于溶洞的處理，采取大溶洞為主，小溶洞為輔的手段。

機械設備主要采用25t吊車、ZL-50鏟車1臺，小鉤機1臺，P3水泵5臺、平板式?jīng)_擊鉆、宇通R230旋挖鉆機等主要設備。

4.2 合理選擇開孔點位

根據(jù)溶洞的大小及樁與溶洞位置關(guān)系，施工中采取“先填高再填低，一孔多次回填”的方式處理主要溶洞，首選溶洞頂標為最高點的樁點為主要回填點，通過人工回填及壓實方法，減小溶洞范圍，甚至通過填充，使溶洞消失。施工前首先對該樁點做好勘探工作，勘探深度≮40m，確保樁長達到圖紙設計要求。

4.3 土層鉆孔及埋設鋼護筒

先采用旋挖鉆機成孔，后埋設加長護筒，最后周邊填埋石屑或粗砂的施工工藝。加長護筒埋設深度為地面與強風化巖之間，護筒直徑為1.2m，旋挖鉆機成孔直徑為1.5m，在孔與護筒之間空隙采用石屑或粗砂回填。鉆孔過程中隨時注意鉆桿垂直度，發(fā)生傾斜時及時進行調(diào)整。為防止孔內(nèi)發(fā)生縮頸現(xiàn)象，在旋挖鉆進過程中，增大泥漿密度，控制在1.3～1.5kg/m3（采用紅粘土配置泥漿）。

然后采用25t吊車放置直徑1.2m鋼護筒，鋼護筒采用分段下設方式，第一、二、三段采用長度為6m護筒，第四、五段采用3m長度護筒，第六段以后采用1.5～3m長護筒，直至埋設到強風化巖層位置為止，實際施工過程中，縮頸現(xiàn)象比較普遍，鋼護筒外壁因縮頸大部分被填埋，剩下空隙采用石屑或粗砂進行回填。

為防止沖擊鉆施工中鋼護筒下沉至強風化巖內(nèi)，在埋設好鋼護筒后，對鋼護筒口進行加固處理，見圖2。

4.4 巖層沖孔及溶洞內(nèi)回填處理

沖擊鉆施工分為2部分：一是對強風化、中風化巖層鉆孔施工；二是對孔內(nèi)填充物進行壓實處理，同時對人工回填部分進行再次沖孔作業(yè)。

在強風化巖、中風化巖層施工中采用沖擊鉆鉆孔，該位置為溶洞頂板或夾層，施工中沖擊鉆沖程控制在0.25～0.3m，以防止卡鉆。同時注意孔內(nèi)泥漿液面變化，當泥漿瞬間消失時，可能已進入溶洞頂部位置，再調(diào)整沖擊鉆孔沖程，控制在0.15～0.20m范圍內(nèi)進行施工，直至整個鉆頭在該孔內(nèi)發(fā)生掉鉆現(xiàn)象，證明該頂板被擊穿進入溶洞位置，然后提取鉆頭對孔內(nèi)進行回填塊石，回填高度為高出溶洞頂部標高3m。采用沖擊鉆對石塊進行沖擊壓實，塊石下降后在繼續(xù)填充石塊，繼續(xù)沖擊壓緊填充物，直至達到可以在回填塊石中沖孔方可進鉆繼續(xù)施工，見圖3。

第一次填充后采用沖擊鉆繼續(xù)施工，同時調(diào)整沖擊鉆沖程距離，沖程控制在0.2m。第二層灌入塊石位置見圖4。

繼續(xù)進行回填工作，回填高度為溶洞頂部以上3m位置，見圖5。

沒有成孔前反復進行填充壓實，同時注入密度為1.5kg/m3的泥漿（內(nèi)摻入15%水泥），進行滲透注漿直至可成孔，達到成孔為止，見圖6。

4.5 溶洞回填成孔后灌注低強度等級混凝土

成孔后水下灌注強度等級為C15的混凝土，混凝土灌注高度控制在高出溶洞頂部1.5m，7d后對該孔重新進行沖孔作業(yè)，加強溶洞成孔段孔壁強度。

在穿越溶洞過程中，增加泥漿密度，控制在1.5kg/m3以上，采用紅粘土制漿進行護壁。

4.6 中小溶洞處理

小溶洞高度0.3～1m、中溶洞高度1～2m。提高泥漿密度進行注漿處理，如發(fā)生注漿無效果時，對孔內(nèi)進行回填塊石摻加紅粘土混合物，塊石和紅粘土體積比2∶1，根據(jù)回填實際情況確定是否將紅粘土裝入50kg麻袋中。待液面穩(wěn)定后繼續(xù)采用沖擊鉆進行施工，操作人員密切注意孔內(nèi)液面變化。

5 鉆孔施工中防止斜鉆、漏漿和卡鉆的技術(shù)措施

巖面高差較大的地段由于樁位坐落在溶洞邊緣，一側(cè)是洞，另一側(cè)巖層傾斜，最易導致斜孔。鉆孔至該位置時，可能發(fā)生沖錘落錘時明顯傾斜并伴隨漏漿現(xiàn)象，沖擊成孔困難。此時立即提鉆并向孔內(nèi)拋填直徑稍大的塊石，再落錘沖擊。拋填厚度控制在0.5～l.0m，邊填邊沖，為防止斜鉆，每孔鉆進0.2～0.3m，拋填塊石，填平孔底，再用小沖程重錘慢擊鉆進。一方面從側(cè)面塞填溶洞空隙，另一方面達到擊碎巖層的目的，使傾斜的巖面慢慢平整。

糾正斜孔、彎孔的方法：一是回填塊石、紅粘土，反復數(shù)次沖擊成孔；二是澆筑水下素混凝土至彎曲部分以上的一定高度，待強度合格后重新鉆孔。

如發(fā)生漏漿現(xiàn)象，首先注漿處理，然后再次填入塊石及紅粘土混合物，孔口液面穩(wěn)定后采用沖擊鉆進行鉆孔施工。

對于接近巖溶頂板和穿過裂隙帶、溶洞地段，按體積比2∶1的比例投入塊石和紅粘土，再用小沖程重錘慢擊鉆進且每鉆進1m左右，測量復核孔位一次，嚴重漏漿地段，加大塊石和紅粘土的投入。

對于孔位標高高于2m或有多層溶洞的地段，在鉆進過程中漏漿嚴重，不能成孔的，采用邊鉆進，邊用振錘振入護筒，直至護筒穿過溶洞，達到巖層內(nèi)，再重新用慢速鉆進成孔。

鉆進過程出現(xiàn)卡鉆時將鋼護筒上拔或頂起一定高度，騰出空間，將鉆頭拉起。

6 結(jié)語

由于巖溶區(qū)內(nèi)溶洞不一定封閉，溶洞間會有裂隙相連，如單純的采用注漿方法，導致注漿量大，浪費材料，同時對于較大溶洞注漿后的飽滿程度不容評估；如單純采用回填塊石，塊石間會有間隙，施工中會導致孔內(nèi)漏漿，發(fā)生孔口或孔壁坍塌現(xiàn)象。故本工程采用多種材料組合填充方式對巖溶區(qū)內(nèi)的溶洞進行回填處理，既滿足了設計要求，又加快施工進度，同時采用塊石、紅粘土等降低回填溶洞成本，最后對巖溶區(qū)鉆孔灌注樁檢測，該區(qū)域的工程樁質(zhì)量完全達到設計要求，獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。由此巖溶區(qū)工程施工可以總結(jié)為以下幾點。

1）依據(jù)工程地勘報告，對巖溶區(qū)內(nèi)的溶洞進行分類，針對不同體積的溶洞選用不同的填充物、不同的處理方法更容易達到填充溶洞效果。

2）溶洞容積在50m3以上，采用“先填高再填低，一孔多次回填”的方式回填塊石處理施工。

3）容積在50m3以內(nèi)采用一孔回填塊石注漿處理；裂隙采用注入高濃度泥漿處理。

4）巖溶地基處理具有很大難度和復雜性，采用沖擊鉆施工復雜巖溶地區(qū)鉆孔施工行之有效，有較大的可靠性。

TU473.1

C

1008-3197（2012）03-32-03

2012-01-10

趙立冬/男，1980年出生，工程師，中國建筑一局集團華北公司，從事工民建施工技術(shù)與管理工作。

□謝小林、劉春曉、劉成利/中國建筑一局集團華北公司。