淺談巖溶地區(qū)鉆孔樁監(jiān)理工作

高偉奇

（北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司， 北京 100855）

0 引 言

巖溶是石灰?guī)r長期受地下水溶蝕而形成的空洞，其大小、形狀各不相同。我國是個(gè)巖溶廣泛分布的國家，在我國中、南部地區(qū)，有數(shù)不勝數(shù)的巖溶景區(qū)，其形狀千姿百態(tài)、山峰陡峭秀麗和景觀奇異，吸引了大量中外游客。然而當(dāng)橋梁樁基礎(chǔ)遇到巖溶地質(zhì)時(shí)，巖溶的隱蔽性、多樣性和無規(guī)則性給工程施工帶來了極大的困難，是工程施工中較為多見的不良地質(zhì)。筆者結(jié)合湖南省懷通高速公路江市特大橋的溶洞樁基施工，總結(jié)了該方面的經(jīng)驗(yàn)，為從事類似的施工提供參考。

1 工程情況

江市特大橋位于包茂國家高速公路湖南省懷化至通道高速公路第 06 標(biāo)內(nèi)，起點(diǎn) K34+703.5，終點(diǎn) K37+320.5，全長 2 617 m。本橋基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其直徑為：φ1.2 m、φ1.5 m、φ1.8 m 以及φ2.0 m，共計(jì) 670 根樁基；樁長多分布在 25 m～35 m，最大樁長為 50 m；均為嵌巖樁基礎(chǔ)，混凝土為水下 C25 混凝土。

橋位分布在粉質(zhì)黏土，沙礫層，強(qiáng)風(fēng)化巖，中、弱地質(zhì)帶上。區(qū)內(nèi)河、渠、塘、湖縱橫交錯(cuò)，水域密集，地表水系發(fā)達(dá)，地下水位較高。該地區(qū)破碎帶和溶巖地質(zhì)發(fā)育成熟，單體溶洞洞高 0.4 m～2.5 m 不等；且存在“糖葫蘆”狀的多層溶洞，最多 5 層，總深度達(dá) 5 m。溶洞多為半充填狀，個(gè)別溶洞內(nèi)無充填，充填物為軟-流塑狀黏性土及少量灰?guī)r碎塊。

2 監(jiān)理在施工方案中的建議權(quán)

2.1 鉆機(jī)選擇的建議權(quán)

監(jiān)理工程師應(yīng)了解地質(zhì)資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)鉆機(jī)選擇提出指導(dǎo)性建議。目前在國內(nèi)進(jìn)行嵌巖樁基成孔施工主要有人工挖孔、回旋鉆機(jī)成孔和沖擊鉆機(jī)成孔三種：人工挖孔適用無水或少量地下水地區(qū)；回旋鉆機(jī)適用土層地質(zhì)，不適用巖石地質(zhì)鉆孔；沖擊鉆機(jī)則適用各類地區(qū)及各類地質(zhì)條件。

通過對(duì)地質(zhì)資料的分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分樁位處存在溶洞和裂隙，溶洞及基巖破碎帶，而且局部存在多層溶洞，嵌巖深度較大，故本工程采用沖擊鉆機(jī)施工。

2.2 施工方案選擇的建議權(quán)

監(jiān)理工程師是指導(dǎo)施工，而不是指揮施工，所以必須要做好對(duì)各種施工情況的全面分析，進(jìn)行對(duì)比，最好的方法就是補(bǔ)充勘察，以事實(shí)說話。

根據(jù)逐樁補(bǔ)勘地質(zhì)資料和對(duì)地質(zhì)情況的分析，在假定施工方案的前提下進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，從質(zhì)量控制、進(jìn)度管理、投資效益、安全風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行綜合分析(見表 1)。監(jiān)理工程師應(yīng)切記分析是為了選擇當(dāng)時(shí)合適方案，而不是否決方案，任何方案都有其優(yōu)缺點(diǎn)，即使暫時(shí)不是最合適的方案，但是遇到特殊情況也可以做為備選，或者作為應(yīng)急預(yù)案處理。

表1 各類施工方案比較

經(jīng)詳細(xì)對(duì)比，監(jiān)理分析如下。

①針對(duì)地下水豐富、無充填和半充填溶洞較多，假定方案一工藝復(fù)雜、造價(jià)高，且本工程地下水豐富，故不采用。

②假定方案二的適應(yīng)性較強(qiáng)，且造價(jià)低，工程所在地有豐富的片石和黏土資源，因此本工程選用方案二施工。

③假定方案三適用各種情況但其工程造價(jià)過高，因此作為“糖葫蘆”狀的多層溶洞施工的應(yīng)急方案。

3 鉆孔施工過程監(jiān)理需要掌握的內(nèi)容

3.1 監(jiān)理工程師必須掌握溶洞類型及判別

根據(jù)江市特大橋地質(zhì)資料進(jìn)行分析，將溶洞按發(fā)育程度分為三類：輕微溶蝕、一般溶洞、無填充物溶洞。其判定方法如表 2。

表2 溶洞類型及判別方法

3.2 監(jiān)理工程師要熟知溶洞處理方法

施工前，監(jiān)理工程師應(yīng)根據(jù)鉆探所得地質(zhì)資料，預(yù)先判別溶洞類別，熟悉掌握以下 3 種方法的監(jiān)理程序和控制要點(diǎn)。

3.2.1 回填片石、黏土法的監(jiān)理控制

對(duì)于輕微溶蝕和一般溶洞，監(jiān)理工程師在鉆進(jìn)至近溶洞頂 1 m～2 m 時(shí)，采用 50 cm 短進(jìn)尺，指定專人觀察，判定是否進(jìn)入溶洞區(qū)。

在進(jìn)入溶蝕地段后，迅速督促施工單位采用黏土+片石回填，并及時(shí)補(bǔ)漿。回填用片石大小要控制在 15 cm～30 cm之間，回填用黏土含砂量要小于 5%，回填時(shí)片石和黏土含量為 6：4。

鉆進(jìn)采用低錘輕擊，監(jiān)理工程師應(yīng)要求施工單位每進(jìn)尺0.5 m～1 m 回填一次，反復(fù)沖擊回填時(shí)，成孔，直至穿過溶洞。

鉆進(jìn)過程中采用優(yōu)質(zhì)泥漿，加大泥漿的懸浮能力。如孔底標(biāo)高超過溶洞底標(biāo)高后仍有泥漿泄漏等溶洞未能完全封閉現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)督促施工單位立即進(jìn)行回填片石+黏土，必要時(shí)可摻入適量的水泥；若孔內(nèi)泥漿水頭正常，即可繼續(xù)鉆進(jìn)成孔。

3.2.2 回填素混凝土法的監(jiān)理控制

對(duì)采用回填片石、黏土處理后鉆孔仍然漏漿溶洞處孔壁薄弱的，應(yīng)督促施工單位立即采用不低于 C20 混凝土加片石(等量)進(jìn)行回填，利用鉆頭低沖程沖擊，使混凝土充分?jǐn)D入孔壁(為防止裹鉆，每投 3～5 袋攪動(dòng)一次)，直至填至溶洞頂以上 1 m～2 m，然后用黏土填滿鉆孔，靜止 10 d～15 d 后，重新進(jìn)行鉆孔施工。

3.2.3 全護(hù)筒跟進(jìn)法的監(jiān)理控制

在本橋施工過程中，遇到最大 5 層的“糖葫蘆”狀溶洞，且洞內(nèi)充填物少、兩洞間的間隔厚度小(最小 0.5 m 左右)，此時(shí)應(yīng)要求施工單位必須采用全護(hù)筒跟進(jìn)法施工。

根據(jù)溶洞埋置深度選擇鋼護(hù)筒壁厚，一般選擇 δ=10 mm鋼板，底節(jié) 1.5 m 護(hù)筒選擇壁厚 δ1.5=16 mm 鋼板制作。鋼護(hù)筒焊接時(shí)，以內(nèi)壁對(duì)齊焊接。

沖擊錘頭直徑與鋼護(hù)筒直徑選擇：

沖擊錘頭直徑 φ=φ0+2δ1.5-40 mm。

鋼護(hù)筒內(nèi)徑 φ1=φ0+20 mm。

鋼護(hù)筒長度 L=L1+1m。

其中 φ0為設(shè)計(jì)鉆孔樁直徑；δ 為鋼護(hù)筒壁厚；L1為孔頂標(biāo)高至最下層溶洞底標(biāo)高差。

監(jiān)理工程師應(yīng)在入巖后，要求施工單位開始第一次跟進(jìn)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒下沉采用自重輔以振動(dòng)錘，下沉過程中監(jiān)理工程師應(yīng)嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒垂直度。在巖層中鉆進(jìn)時(shí)，鋼護(hù)筒每 1 m 跟進(jìn)一次；并對(duì)鉆頭進(jìn)行補(bǔ)焊，以確保成孔直徑。

在穿越溶洞過程中，監(jiān)理工程師應(yīng)督促施工單位及時(shí)向孔內(nèi)回填片石，片石強(qiáng)度要求不低于溶洞巖層的本身強(qiáng)度，同時(shí)嚴(yán)格控制沖程，防止鋼護(hù)筒受擠壓變形。鋼護(hù)筒達(dá)到最后一層溶洞底下 1 m 后，即更換正常直徑的錘頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直至終孔。

3.3 監(jiān)理工程師全過程控制還應(yīng)注意的事項(xiàng)

監(jiān)理工程師在監(jiān)理溶洞處理過程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)進(jìn)行混凝土填充施工時(shí)，必須待混凝土凝固后才能進(jìn)行重新鉆孔，一般等待時(shí)間為 10 d～15 d。

(2)嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量，確保泥漿的高黏度、高懸浮能力。

(3)采用全護(hù)筒跟進(jìn)法施工時(shí)，嚴(yán)格控制樁孔垂直度，并加強(qiáng)對(duì)鉆孔直徑的檢查，以確保鋼護(hù)筒順利下放。

(4)接近巖溶地段，在沖擊鉆錘頭擊穿溶洞頂板時(shí)，要采用低錘輕擊，此時(shí)提升鉆頭時(shí)要控制提升速度，出現(xiàn)卡鉆后不可強(qiáng)行用力提升，應(yīng)慢慢上下活動(dòng)錘頭，待松動(dòng)后再緩緩提出。

4 監(jiān)理工程師在灌注混凝土?xí)r的監(jiān)理控制

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定深度，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后，應(yīng)要求施工單位迅速清孔，并安裝鋼筋籠及時(shí)灌注混凝土。清孔時(shí)要采用優(yōu)質(zhì)泥漿轉(zhuǎn)換法進(jìn)行清孔，不得用清水代替泥漿進(jìn)行轉(zhuǎn)換清孔。

混凝土采用導(dǎo)管法進(jìn)行，監(jiān)理工程師應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深，在整個(gè)灌注過程中，導(dǎo)管在混凝土中埋深 4 m～6 m。灌注過程中監(jiān)理工程師應(yīng)常用測(cè)深錘(測(cè)繩)探測(cè)孔內(nèi)混凝土面位置并及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深。整個(gè)監(jiān)理過程，從鉆孔至混凝土灌注完畢確保連續(xù)。并要求施工單位對(duì)機(jī)械、人員、材料等方面統(tǒng)籌安排，以最短的時(shí)間完成每一道工序，以防坍孔、堵管等問題的出現(xiàn)。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合江市特大橋鉆孔樁施工的具體情況，針對(duì)不同的巖溶發(fā)育，總結(jié)出以下幾點(diǎn)作為監(jiān)理工程師指導(dǎo)施工單位的建議。

(1)對(duì)于輕微溶蝕和全充填溶洞采用回填片石、黏土法施工，能夠有效地控制樁孔護(hù)壁強(qiáng)度和完整性，能夠滿足鉆孔樁灌注要求，經(jīng)濟(jì)合理。

(2)對(duì)體積較大、形狀復(fù)雜的溶洞，采用預(yù)先回填混凝土，然后進(jìn)行鉆孔施工，該方案經(jīng)濟(jì)，處理效果好，適應(yīng)性強(qiáng)。

(3)對(duì)于無充填的多層溶洞，采用全護(hù)筒跟進(jìn)，輔以回填片石、黏土和注漿的鉆孔樁施工方案，不僅可防止孔壁滲透、坍塌、漏漿等嚴(yán)重的問題，且可有效控制水下混凝土灌注時(shí)凈漿的流失。

巖溶地區(qū)簡(jiǎn)單的回填片石、黏土、水泥等處理方案進(jìn)行鉆孔樁施工是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的解決措施。但對(duì)超長超大的單層溶洞、多層溶洞以及嚴(yán)重涌水、嚴(yán)重塌方的溶洞采用全護(hù)筒防護(hù)更為有效。只有對(duì)不同的地質(zhì)情況采取對(duì)癥的預(yù)防、準(zhǔn)備技術(shù)措施，才能安全、經(jīng)濟(jì)、有效完成樁基礎(chǔ)施工。本工程 99% 以上的樁基采用簡(jiǎn)單的回填法施工，快速完成鉆孔樁施工任務(wù)，經(jīng)動(dòng)測(cè)和鉆芯取樣，Ⅰ類樁 98%；相對(duì)采用預(yù)注漿法和全護(hù)筒跟法分別節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本 10% 和 35%。工程實(shí)施達(dá)到滿意的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效果。為以后溶洞地區(qū)樁基礎(chǔ)施工提供參考。

[1] GB/T 50319-2013，建設(shè)工程監(jiān)理規(guī)范[S].

[2] JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]羅騏先，王五平. 樁基工程檢測(cè)手冊(cè)-第三版[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]高曉玲.巖溶區(qū)段大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J]：鐵道建筑技術(shù)，2010(1)，

[5]顏建平.巖溶地區(qū)樁基施工淺析[J].巖土工程界.2009(4)，