巖溶地區(qū)灌注樁施工溶洞處理技術(shù)研究

張 瑾 李春林

(1.江西省機(jī)械施工有限責(zé)任公司 江西南昌 330001 2.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院資產(chǎn)與后勤管理處 江蘇常州 213164)

巖溶地區(qū)灌注樁施工溶洞處理技術(shù)研究

張 瑾1李春林2

(1.江西省機(jī)械施工有限責(zé)任公司 江西南昌 330001 2.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院資產(chǎn)與后勤管理處 江蘇常州 213164)

巖溶地區(qū)灌注樁施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)在于如何經(jīng)濟(jì)安全、合理有效的處理好復(fù)雜地質(zhì)對樁基成孔、成樁的影響，主要介紹了巖溶地質(zhì)中鉆孔樁施工的技術(shù)措施，探討了施工中防止偏孔、漏漿和塌孔的技術(shù)處理方法，成功解決了巖溶地區(qū)灌注樁施工成孔困難的難題。

巖溶地質(zhì);鉆孔樁;施工技術(shù)

0 引言

巖溶地貌又名喀斯特地貌，其特點(diǎn)是:溶溝、溶隙十分發(fā)育，且溶洞與裂隙、斷層相互貫通，溶洞內(nèi)填充狀況和填充物差異較大，巖面起伏大，無規(guī)律性，大多數(shù)擬建場地的承壓水水位較豐富等。巖溶地區(qū)樁基施工難度大、工期長，有的樁基施工長達(dá)數(shù)年，在施工過程中，時有危及鉆機(jī)和相鄰建筑物安全的現(xiàn)象。在常用樁基技術(shù)規(guī)范中，更是把“巖溶地區(qū)的樁基”列為“特殊條件下的樁基”，足以說明巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜性和特殊性。

1 工程概況

杭長鐵路客運(yùn)專線(江西段)某大橋工程位于江西省境內(nèi)，大橋全長3 012.61 m，共89個橋墩，748根樁基，鉆孔樁直徑分別有:1.0 m、1.25 m、1.5 m、1.8 m 四類，樁長7 ～75 m 不等，且66#～68#橋墩在河水中，枯水期最大水深約6 m，屬深水橋墩。線路沿線地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其階地和沖海積平原的第四系沖洪積砂類土和碎石類土層中;基巖裂隙水分布不均，主要賦存于低山丘陵區(qū)巖石的構(gòu)造裂隙、層間裂隙以及風(fēng)化裂隙中，在斷層破碎帶、侵入巖接觸帶、褶皺核部裂隙密集帶及揉皺強(qiáng)烈發(fā)育帶等儲水構(gòu)造中，水量較豐富;本線經(jīng)過地區(qū)，震旦、寒武、奧陶、石炭、二疊、三疊等時代地層均含有碳酸鹽巖，巖溶現(xiàn)象發(fā)育，白堊、第三系含鈣巖層亦有溶蝕現(xiàn)象，巖溶水十分豐富。

2 一般處理技術(shù)

1)巖溶發(fā)育輕微，小溶洞，漏漿量小的情況處理。鉆孔樁施工時，當(dāng)鉆穿巖溶發(fā)育輕微的地層或小溶洞時，樁孔內(nèi)會出現(xiàn)漏漿，但量不大并可控時，應(yīng)反復(fù)投入粘土和片石，利用鉆頭沖擊將粘土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，必要時還可摻入水泥、燒堿和鋸末，增大孔壁的自穩(wěn)能力。

2)遇空洞較大且充填物為軟塑狀的單層溶洞時，可采取灌注低標(biāo)號砼的方法，先采取振動錘下沉鋼護(hù)筒到基巖面，然后沖擊鉆孔至溶洞頂板，利用沖擊鉆穿溶洞頂板后，水下灌注低標(biāo)號砼，低標(biāo)號砼配合比由現(xiàn)場試驗(yàn)確定，保證每批砼坍落范圍在3 m左右。砼灌注采取間歇灌注方法(以免砼流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi))，直至到達(dá)溶洞頂面以上1.0 m，待砼達(dá)到強(qiáng)度后繼續(xù)鉆孔，鉆孔穿過低標(biāo)號砼成孔。

3)空洞較大的多層溶洞無充填物或少充填物情況的處理。鉆孔樁施工遇到空溶洞和多層糖葫蘆串式溶洞時，可采用注漿與護(hù)筒跟進(jìn)相結(jié)合的方法處理溶洞，同時，對于溶洞不大但位置較深，裂隙發(fā)育明顯的溶洞，為防止其在澆樁過程中出現(xiàn)混凝土擠入裂隙和溶洞導(dǎo)致流失的情況，一般也需要提前注漿處理。

巖溶注漿施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)資料，確定注漿孔的布置和深度、方法以及參數(shù)?，F(xiàn)場應(yīng)進(jìn)行平整，確保三通一平和臨時排水暢通。鉆注漿孔時采用φ 108 mm巖芯管開孔，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)分層采樣，鉆入基巖面0.5 m以下后，下砸φ 108 mm套管使其嵌入基巖，鉆孔至溶洞底板深度處(無填充物溶洞，溶洞鉆穿頂板即可)，進(jìn)行地質(zhì)核查，確認(rèn)滿足注漿條件。鉆孔中，套管應(yīng)露出地表200～500 mm，套管四周搗實(shí)封閉，并用水泥砂漿固結(jié)套管，防止?jié){液從套管周圍串出，影響注漿效果，待固結(jié)套管的砂漿初凝后，繼續(xù)鉆進(jìn)，并根據(jù)取出的巖芯確定巖溶發(fā)育特征，直至確定成孔。

在注漿前先進(jìn)行注水試驗(yàn)，確定單位長度吸水量。注漿用水可采用附近經(jīng)檢測合格的地下水或地表水。水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級不低于P.O32.5級。采用雙液漿時，水玻璃應(yīng)提前進(jìn)行稀釋至符合要求的濃度備用，漿液選用石粉水泥漿時，配合比為水∶水泥∶石粉 =1∶1∶0.8。壓漿時注漿壓力不宜太大，控制在0.5～1.0 MPa范圍，具體壓力值由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)，應(yīng)采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的單位注漿量、注漿壓力控制值為止。注完一個孔后，繼續(xù)對其余孔進(jìn)行注漿，后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場自行掌握。注漿完后采用鉆孔檢查，檢查孔數(shù)為5%，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果。注漿完成等漿液凝固到一定強(qiáng)度后即可進(jìn)行鉆孔樁施工。

4)當(dāng)鉆孔施工遇到充填物為流塑狀或空洞較大的多層溶洞情況時，可采用護(hù)筒跟進(jìn)方式?jīng)_擊成孔。對溶洞深度在15 m以上且溶洞發(fā)育較大的空溶洞一般采用雙護(hù)筒跟進(jìn)，而對溶洞離地面較近，一般15 m以內(nèi)的較大空溶洞，可采用單護(hù)筒延長護(hù)筒工藝。采用雙護(hù)筒成孔時，外護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大200～300 mm，內(nèi)護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大50～100 mm。并根據(jù)地質(zhì)資料，按照先短后長、先易后難、先外后內(nèi)的原則確定各樁施工順序，護(hù)筒跟進(jìn)應(yīng)視情況與鉆孔注漿工藝一起使用效果更好。

采用護(hù)筒跟進(jìn)工藝時，鋼護(hù)筒厚度應(yīng)根據(jù)樁徑大小和地質(zhì)條件依據(jù)計(jì)算來確定，護(hù)筒直徑較樁徑大50 mm，護(hù)筒由單節(jié)或多節(jié)短護(hù)筒焊接而成。鋼護(hù)筒先埋設(shè)第一節(jié)，并使筒頂高出地面約300 mm，焊接第二節(jié)后，可在護(hù)筒頂放置打板(50 mm厚鋼板制作)，以利用鉆機(jī)沖擊下沉或采用振動錘將鋼護(hù)筒振動入土，然后鉆孔，孔深達(dá)到護(hù)筒底后，再焊接第三節(jié)護(hù)筒，如此循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

采用雙護(hù)筒跟進(jìn)施工時，先將外護(hù)筒下到巖面后開始進(jìn)行沖鉆成孔，成孔的樁徑應(yīng)比設(shè)計(jì)樁徑大100～150 mm，以利于內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)。外鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過溶洞到下一層巖面時，應(yīng)在鉆孔前拋填小片石和粘土，用鉆頭沖擊把泥漿、石塊擠向孔壁，以加固護(hù)筒刃腳。當(dāng)內(nèi)護(hù)筒下沉到位后，可在內(nèi)外護(hù)筒間進(jìn)行拋石壓漿處理，以增加護(hù)筒的整體剛度。

3 特殊處理技術(shù)

1)防斜孔的處理技術(shù)。巖溶地區(qū)鉆孔樁施工中，由于鉆機(jī)鉆孔時產(chǎn)生位移、局部下沉或由于基巖面傾斜、巖石強(qiáng)度不一、探頭石等容易造成斜孔或彎孔的情況。因此，鉆孔施工中應(yīng)確保鉆機(jī)穩(wěn)定、牢固，必要時可鋪墊石料或采用型鋼加固好鉆機(jī)作業(yè)平臺。鉆孔中，應(yīng)經(jīng)常檢查錘繩在沖擊過程中的擺動情況，在鉆進(jìn)至溶洞頂0.5 m左右時，要調(diào)整鉆機(jī)沖程，改用小沖程鉆進(jìn)，做到輕擊、慢打，同時要注意觀察，并及時檢查是否偏孔。

發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜時，應(yīng)及時校正鋼絲繩與樁孔中心的偏差。如遇探頭石引起斜孔，可用小型鉆機(jī)對探頭石打眼爆破。也可回填片石，用沖擊錘打掉探頭石或?qū)@機(jī)略移向探頭石一側(cè)，采取高錘猛擊的辦法，斬斷探頭石。斜孔已經(jīng)形成時，應(yīng)立即進(jìn)行修孔，對于高度小于l m的斜孔段，用小沖程修孔，在傾斜的巖面上沖擊出一個臺階，再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1 m以上時，可分次回填塊徑為100～250 mm的片石至原偏孔位置以上0.5～1 m(每次投入孔中片石量約為1/3補(bǔ)償量)，然后用沖擊鉆頭上下低錘沖擊，直到鉆頭不再偏斜。對于仍無法糾正的偏孔，可在清孔后灌注水下砼到偏孔位置，待水下砼達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度后再實(shí)施鉆孔糾偏。

2)防涌水涌砂的處理技術(shù)。巖溶地區(qū)鉆孔樁施工時，在地下水豐富地區(qū)，特別是水中墩施工中，當(dāng)基巖面傾斜較大或有大塊孤石，鋼護(hù)筒無法全斷面著巖，覆蓋層透水、透漿，或者基巖中溶槽、溶溝的連通作用，導(dǎo)致在鉆進(jìn)過程中，泥漿外流或孔壁砂向孔內(nèi)涌流的情況，會造成鉆機(jī)進(jìn)尺緩慢和孔底清渣困難。因此，在地下水豐富地區(qū)和水中墩施工中，應(yīng)先用振動錘盡可能將鋼護(hù)筒打穿覆蓋層保證全面著巖，保證樁孔內(nèi)外不連通，對于無法全面著巖的樁位，可以邊鉆孔邊用振動錘將鋼護(hù)筒整體跟進(jìn)的辦法，直至鋼護(hù)筒跟進(jìn)入基巖并擠壓牢固為止。

對于樁孔下存在特大型溶洞或潛存地下暗河的樁位，則不僅要采用長護(hù)筒跟進(jìn)的方法，還須采用機(jī)械設(shè)備吸渣，具體做法是:先沖孔至溶洞頂板后，停止鉆孔，提出鉆頭，采用振動錘將比孔徑大20～40 cm的護(hù)筒打入孔內(nèi)至溶洞頂板位置，護(hù)筒壁厚不得小于10 mm。再重新鉆孔，當(dāng)擊穿溶洞后，泥漿面會迅速下降，但因有護(hù)筒支護(hù)，孔位不會坍塌，而泥漿面始終不能上升，即使反復(fù)補(bǔ)漿，泥漿面始終不能上升，泥漿無法循環(huán)，則必須采用氣舉泵或吸渣泵將泥漿吸出至泥漿池，使泥漿繼續(xù)循環(huán)，再進(jìn)行鉆孔施工直至設(shè)計(jì)孔深。

3)塌孔斷樁的處理。在巖溶地區(qū)鉆孔樁樁基澆灌砼時，由于樁身較長，混凝土方量大、灌注時間長，所以樁身混凝土質(zhì)量控制難度很大。通過溶洞段時，易發(fā)生孔壁坍塌混凝土流失，或片石、粘土等填塞物落入混凝土中造成斷樁的情況。主要原因是由于地下溶洞相互溝通，鉆孔中反復(fù)回填次數(shù)不夠，對溶洞的處理不徹底，雖然已成孔，但在灌注水下混凝土?xí)r，由于混凝土比重高、側(cè)壓力大，當(dāng)混凝土面上升至一定高度后，會將護(hù)壁擠破，?；颐鏁杆傧陆?，水下混凝土流失，造成斷樁。因此，預(yù)防斷樁應(yīng)在鉆孔遇溶洞時，認(rèn)真穩(wěn)妥地處理溶洞，保證填壓牢固，同時，在澆灌混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測混凝土面上升速度，要保證不小于2 m的埋管深度，并減少對下部混凝土的擾動。

4 結(jié)束語

杭長鐵路客運(yùn)專線(江西段)某大橋工程在鉆孔灌注樁施工過程中，大部分樁都遇到了溶洞，部分樁遇到了多層溶洞和水下溶洞，但通過現(xiàn)場嚴(yán)密的施工組織，總結(jié)采用了上述針對性的施工方法后，有效地防范和處理各類事故，施工得以順利進(jìn)行，樁體經(jīng)超聲波檢測后，均能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

［1］張忠亭，等.鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:2.

［2］郭純青，等.巖溶多重介質(zhì)環(huán)境與巖溶地下水系統(tǒng)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:9.

［3］王靖濤，等.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與檢測——21世紀(jì)高等學(xué)校教學(xué)用書［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005:9.

Research on the Drilled Pile Construction Technique in Karst Areas

ZHANG Jin LI Chun-lin
(1.Machine Construction Limited Liability Company in Jiangxi Province，Nanchang 330001 2.Rear-service Sector，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

The emphasis and difficulty of the drilled pile construction in karst areas is how to reduce the influence of complicated geology economically，safely and reasonably to complete the drilled pile construction.The paper introduces the technique of the drilled pile construction in karst areas and discusses the ways to avoid construction accident such as the prevention of hole misregistration，leakage and collapse which have achieved remarkable success in the drilled pile construction.

karst area;drilled pile;construction technique

U 445.551

B

1672-2434(2012)02-0028-03

2012-03-02

張 瑾(1978-)，女，助理工程師，從事研究方向:施工管理