巖溶地質(zhì)鉆孔樁施工措施

賈林鵬

（中鐵二十局集團(tuán) 第四工程有限公司，山東 青島266061）

1 工程設(shè)計情況

1.1 工程概況

跨216省道特大橋，橋址位于廣西博白縣亞山鎮(zhèn)附近，橋位處位于平原低丘區(qū)，屬南流江沖洪積平原地貌，地形平坦，大部分辟為水田、水塘以及民房等；本橋主要為跨越S216省道、鄉(xiāng)村公路以及河溝而設(shè)。橋梁全長2342.145m，全橋孔跨布置：13-32m+1-24m+16-32m+(40+56+40)m連續(xù)梁+1-32m+1-24m+7-32m+1-24m+27-32m+1-24m預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。

1.2 地質(zhì)狀況

橋址區(qū)巖溶形態(tài)及分布規(guī)律：橋址區(qū)下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)東嶺崗組(D2d)石灰?guī)r，巖溶較為發(fā)育，據(jù)鉆孔揭露，巖石常見溶隙、溶洞。本區(qū)屬隱伏巖溶區(qū)，地表被覆蓋，僅靠鉆探揭露，在已鉆的249個鉆孔中，239孔揭示石灰?guī)r，見溶洞總數(shù)290個，見溶洞的鉆孔173個，鉆孔見洞率為72.4%。鉆孔揭露可溶巖總進(jìn)尺4791.87m（含溶洞深度），見溶洞總深度350.5m，無填充（272.7m/250個），全充填溶洞（77.8m/40個）；根據(jù)《鐵路工程不良地質(zhì)勘查規(guī)程》（TB10027-2001)中的附錄E判定，橋址區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級強(qiáng)烈發(fā)育。

覆蓋型巖溶區(qū)的主要工程地質(zhì)問題：除溶洞發(fā)育外，橋址區(qū)分布大量的沖積物，上覆地層多為粉質(zhì)粘土、細(xì)沙、中砂、圓礫土等，在與基巖面接觸多為圓礫土，由于地下水位較高，第四系地層多受地下水影響，對施工有一定影響。

2 巖溶樁基鉆孔中常見處理措施

為了保證巖溶發(fā)育地區(qū)鉆孔灌注樁施工過程中不漏漿，或漏漿但不發(fā)生坍孔，保證樁孔順利成孔、成樁并滿足承載力要求，施工時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)鉆孔柱狀圖來判別溶洞地層情況、空洞大小、溶洞填充物情況采取不同方法，采用常規(guī)泥漿護(hù)壁方法、向孔內(nèi)拋填片石、回填素混凝土、壓力注漿以及采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)等不同施工方法。

2.1 泥漿護(hù)壁常規(guī)成孔

當(dāng)溶洞有填充物，是可塑或軟塑的亞粘土，且溶洞不漏水，這時不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向數(shù)量有多少，都可以不考慮溶洞的存在，而按正常地質(zhì)情況施工。采用沖擊鉆成孔，洞內(nèi)的土質(zhì)和溶洞外的土質(zhì)沒有什么區(qū)別，可以按無溶洞施工。

2.2 回填片石、粘土、水泥

鉆孔時，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時，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，還可摻入水泥、燒堿和鋸末，以增大孔壁的自穩(wěn)能力。

1）摻加比例：為有效利用片石，片石與粘土的比例為3:7，摻加水泥時，摻加比例為每延米2包，摻加鋸末時，摻加比例為粘土的10%。

2）片石采用強(qiáng)度≥30MPa石灰?guī)r，石塊粒徑以15-50cm為宜，粘土、水泥采用整袋投放為佳。摻加方法為：片石、袋裝粘土（可選擇添加水泥、鋸末，也可不添加）分層間隔摻加，回填高度為溶洞頂板以上1m處。

3）施工注意事項：密切注意觀察鉆機(jī)工作情況、周圍地表沉降和護(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情況發(fā)生，發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，立即處理。

根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，在接近溶洞時勤觀察、勤檢查，憑手握沖擊主繩的手感，沖擊巖層的響聲，抽取的巖樣來判斷是否接近巖溶地層。

接近巖溶時主繩松繩量應(yīng)為1-2cm，防止穿巖殼時卡鉆。鉆穿巖溶地層上殼時，一旦漏漿，要及時投放粘土塊、片石并補漿，以保持孔內(nèi)水位高度。

4）主要適用范圍及優(yōu)勢：適用于較小溶洞（溶洞高度小于3m），無填充物或半填沖，施工方法簡單，造價較低。

2.3 回填素混凝土

鉆孔時，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時或遇到傾斜巖面時填入低標(biāo)號混凝土，間隔一定時間后采用沖擊鉆成孔。

1）混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，為盡快提高混凝土強(qiáng)度，節(jié)約施工時間，應(yīng)在混凝土中摻加一定早強(qiáng)劑，提高素混凝土的早期強(qiáng)度。

2）摻加方法：對于傾斜巖面，為校正孔位，回填素混凝土應(yīng)與斜巖面頂面平齊，對于溶洞處，回填頂面應(yīng)高于溶洞頂板50cm。

3）施工注意事項：回填48小時后待回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，應(yīng)在樁基范圍內(nèi)取芯檢驗填充效果，待溶洞完全填充且強(qiáng)度達(dá)到后方可進(jìn)行樁基施工。

4）主要適用范圍及優(yōu)勢：適用于中、小溶洞，有無填充物均可采用此方案。施工方法簡單，造價相對較高。

2.4 注漿加固

通過對照地質(zhì)柱狀圖，對樁穿過的溶洞進(jìn)行填充和加固。

1）注漿孔布設(shè)：根據(jù)鉆孔柱狀圖，找出最大溶洞，如果溶洞為連通溶洞，只需對其中最大的溶洞進(jìn)行注漿加固。

2）注漿壓力控制：用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，控制在0.5-1.0MPa范圍，具體壓力值現(xiàn)場試驗確定。注漿速度為15-20L/min，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)（包含灌入的砂和碎石），然后固結(jié)，滲透最小直徑定位3.0m，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結(jié)體。注漿時注漿管必須插入填充物底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定，應(yīng)使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。

3）施工注意事項：為防止?jié){液流失造成浪費，可采用間歇注漿方式，使得先注入漿液與沙子（或碎石）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)定的注漿量和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，后注漿壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場自行掌握。且應(yīng)在樁基范圍取芯檢驗填充效果，待溶洞完全填充且強(qiáng)度達(dá)到后方可進(jìn)行樁基施工。

4）主要適用范圍及優(yōu)勢：多適用于小型（高度小于1m）或多層溶洞（多層串珠狀小溶洞），也可用于各種有填充物的溶洞，但造價較高。

2.5 鋼護(hù)筒跟進(jìn)加固

采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法：一面沖孔，一面接鋼護(hù)筒，并且將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內(nèi)。

1）鋼護(hù)筒的選擇：內(nèi)護(hù)筒長度和內(nèi)徑的確定：護(hù)筒長度L=h+H（h為超前鉆確定的溶洞高度，H為溶洞頂?shù)降孛婕?0cm的高度）；單層護(hù)筒內(nèi)徑大于樁直徑10cm，多層護(hù)筒最內(nèi)層護(hù)筒內(nèi)徑大于樁直徑10cm，其外面一層護(hù)筒內(nèi)徑大于內(nèi)層護(hù)筒外徑10cm，并以此類推。鋼護(hù)筒孔徑要準(zhǔn)確，連接順直，用卷揚機(jī)成型。鋼護(hù)筒要有一定的剛度，單個大溶洞用單層護(hù)筒，兩個大溶洞用雙層護(hù)筒，并以此類推。

2）內(nèi)護(hù)筒的沉放：當(dāng)沖擊穿過溶洞頂部時要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍慢放輕提，沖錘不明顯受阻，說明頂部已成孔并且圓滑垂直的，此時用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)筒，用汽車吊（或樁機(jī)）把內(nèi)護(hù)筒放入外護(hù)筒內(nèi)沉至孔底，必要時用振動錘下沉。

用沖擊鉆成孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工時，施工中應(yīng)充分利用沖擊鉆的擴(kuò)孔性能，使鋼護(hù)筒能順利下沉。鉆頭直徑大于鋼護(hù)筒外徑3-5cm，護(hù)筒到位后鉆頭改為滿足成孔要求的鉆頭直徑。

如果沖擊鉆在堅硬巖石中的擴(kuò)孔系數(shù)較小，不能滿足鋼護(hù)筒下沉要求的，回填并加大鉆頭直徑二次沖孔，以保證鋼護(hù)筒順利下沉。為保證鋼護(hù)筒順利下滑，要求樁孔豎直，無歪斜、縮頸。

3）主要適用范圍及優(yōu)勢：適用于特大溶洞(溶洞高度大于3m)、無填充溶洞、半填充溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時。

3 巖溶地層鉆孔樁施工時的注意事項

3.1 采用投入粘土塊、碎石片石等加大泥漿稠度，并使之?dāng)D入松散破碎土層、溶洞及其裂縫中，保持孔壁穩(wěn)定；同時應(yīng)及時向孔內(nèi)補水，保持孔內(nèi)水位高度，防止坍孔。

3.2 密切注意觀察鉆機(jī)工作情況、周圍地表沉降和護(hù)筒內(nèi)水位變化，防止異常情況發(fā)生。

3.3 當(dāng)接近巖溶時主繩應(yīng)采用較小松繩量，防止擊穿巖殼時卡鉆。

3.4 鉆孔過程中應(yīng)及時抽渣，并對渣樣取樣分析，認(rèn)真核對地質(zhì)資料。當(dāng)鉆至樁底高程時應(yīng)及時聯(lián)系設(shè)計部門進(jìn)行樁底地質(zhì)確認(rèn)。

3.5 清孔時采用抽渣吹風(fēng)法。

3.6 下鋼筋籠時必須要保證垂直下籠，避免刮塌護(hù)壁特別是溶洞部分。

3.7 灌注水下混凝土?xí)r要適當(dāng)加大導(dǎo)管的埋深，灌注混凝土?xí)r每灌注一車都應(yīng)量一次混凝土面，因為在溶洞特別大的樁位混凝土要填充溶洞常常發(fā)生連續(xù)灌注而混凝土面沒有上升的現(xiàn)象，遇到這種現(xiàn)象時：一是要勤量混凝土面，二要每隔一段時間上下活動一下導(dǎo)管，避免因時間過長混凝土凝固導(dǎo)管拔不出而斷樁。

4 小結(jié)

巖溶地區(qū)鉆孔樁施工是一項難度很大的工程，施工現(xiàn)場的情況是千變?nèi)f化，不同的孔位溶洞發(fā)育情況不同，處理方法也應(yīng)實事求是，隨著地質(zhì)條件的變化而改變。

［1］鐵道部第二勘測設(shè)計院,編.巖溶工程地質(zhì)[M].中國鐵道出版社,1984.

［2］客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南TZ 203-2008[M].中國鐵道出版社,2010.

［3］樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社,1995.

［4］方小睿,沈典棟.溶洞區(qū)橋梁鉆孔灌注樁的施工[J].公路,2003(12).