深孔大直徑巖溶樁基卡鉆處理探討

王振龍

（渭南市東雷二期抽黃灌溉管理局 陜西 渭南 714000）

1 工程概況

某客運專線特大橋中心里程D2K845+173，起訖里程 D2K844+959.2～D2K845+484.938，橋梁全長525.738m。孔跨布置為 1×32m+（88+168+88）m連續(xù)剛構+4×32m。簡支梁采用梁場預制、架橋機架設，連續(xù)剛構采用掛籃懸臂澆筑。本橋為雙線特大橋，線間距5m。2#、3#墩為主墩，2#墩共21根 φ2.5m樁基，樁長 50m，3#共 21根φ2.5m樁基，樁長65m。要求樁底置于泥巖夾砂巖中，按嵌巖樁進行設計。樁基采用鉆孔灌注樁進行施工，樁端沉渣厚度按不超過5cm控制。工程地處貴州，巖溶發(fā)育，地質條件復雜，在施工過程中可能遇到溶洞、裂隙、軟巖等不良地質，鉆孔樁施工難度很大。

2 施工過程中遇到的問題

3#～5#樁基護筒頂埋設高程1007.577m，設計樁底高程939.447m，鉆孔深度68.13m?，F(xiàn)場成孔孔深68.20 m，具體見圖1。3#～5#樁基成孔后清孔時鉆頭被卡在孔底，提不起來。

3#～5#樁基地質資料：

0～1.7m，〈2-4〉Q4del碎塊石土，σ°=0.350MPa；

1.7 ～21.8m，〈16-4〉W3，T3b 泥 巖 夾 砂巖，σ°=0.300MPa；

21.8 ～65m，〈16-4〉W2，T3b 泥巖夾砂巖，σ°=0.400MPa。

3 卡鉆原因分析

卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生有以下幾個常見原因：

（1）孔內(nèi)出現(xiàn)縮孔未及時處理；

（2）鉆頭被坍孔落下的石塊卡?。?/p>

（3）下鉆頭太猛，或鋼絲繩過長，使鉆頭傾斜卡在孔壁上；

（4）由于機械故障導致鉆頭在濃泥漿中滯留時間過長造成鉆頭無法提升。

（5）施工中遇到斜巖、巖溶等地質情況。

根據(jù)本工程3#～5#樁基地質資料，結合施工過程，可判斷出卡鉆的最有可能原因是鉆頭在濃泥漿中滯留時間過長。

4 處理方案

4.1 卡鉆的一般處理方案

（1）卡鉆后不宜強提，只宜輕提。輕提不動時，可用小沖擊鉆錐沖或用沖、吸的方法將鉆錐周圍的鉆渣松動后再提出。

（2）水下爆破提錘法。將防水炸藥（小于1kg）放入孔內(nèi)，沿鉆頭的滑槽放到鉆頭底，而后引爆，震松卡鉆，再用卷揚機和其他提升設備同時提拉。

4.2 處理過程

（1）在孔位處安裝第二臺鉆機，加工小沖擊鉆錘，采用小沖擊鉆錘沖孔，將十字鉆頭四周鉆渣松動。沖擊過程中加強孔內(nèi)泥漿的循環(huán)，保證鉆渣不沉淀。與此同時，用25t吊車配合鉆機卷揚機提鉆頭。但本次工程經(jīng)過半個月的努力，仍無法將鉆頭提出，此方法無效。

（2）由于孔深有68.1m，孔深、壓力大，無法采用沖、吸的方法將鉆頭周圍的鉆渣松動，此方法不可用。

（3）采用水下爆破提錘法。首先將0.8kg的炸藥對稱放入鉆頭的底部，采用水下爆破法引爆，在引爆后同時用25t吊車配合鉆機卷揚機提鉆頭，重復兩次，無法將鉆頭提出。又將0.8kg炸藥增加到1.6kg炸藥，采用同樣的方法重復兩次，仍無法將鉆頭提出。后又將炸藥由1.6kg增加到2.4kg，仍無法將鉆頭提出。直至將炸藥增加到4.8kg，仍無法將鉆頭提出。這種方法也不可行。

（4）采用液壓油頂頂推法。即采用大噸位的液壓油頂，一端套住十字鉆頭頂部，一端頂在孔壁，通過孔壁產(chǎn)生的反力，使液壓油頂頂推鉆頭上部，使鉆頭傾斜，下部松動，然后再用25t吊車配合鉆機卷揚機提起鉆頭。采用此方法順利將鉆頭提起。

這說明針對此情況采用方法（4）是有效的。但在采用方法（4）時也要注意以下兩點：①液壓油頂長度和噸位要滿足要求，否則造成千斤頂不能將鉆頭頂松動。本工程方法（4）采用100t雙向液壓油頂。②將頂推設備下入鉆孔樁內(nèi)時，要保證頂推設備水平。這樣容易將頂推設備套入十字鉆頭的頂部。

本次施工最后提起的十字鉆頭少了一塊，說明采用水下爆破提錘法的炸藥用量不能過大，否則不但不能將鉆頭提起，而且會破壞鉆頭。

5 工程中防止卡鉆的一些措施

在鉆孔過程中，應經(jīng)常檢查鉆頭的磨損情況，鉆頭不應小于鉆孔直徑2cm。如果鉆頭直徑偏小，要及時補焊，再進行沖擊鉆孔。

施工中要保持護筒垂直，防止傾斜。下鉆應控制鉆進速度，不要過猛過快。

在鉆進過程中要每隔幾米往孔內(nèi)投入片石，目的主要是防止縮孔和減小泥漿的粘度。

圖1 鉆孔設計示意圖

溶洞處理分為無填充、填充及上下多層溶洞處理。無填充溶洞處理時，在鉆孔施工過程中，根據(jù)設計地質鉆探情況，判斷鉆孔孔底距溶洞的距離，當進尺接近溶洞頂部1m時，必須減小鉆頭的沖程，采用低沖程（1m～1.5m）沖擊，防止擊穿溶洞頂部時卡鉆，或由于沖擊力造成鋼絲繩斷裂。若鉆孔的進尺突然增大或孔內(nèi)泥漿面快速下降，則在孔底或樁孔的側面可能有溶洞，如果溶洞周圍存在明顯的裂隙，孔內(nèi)泥漿面會持續(xù)降低，現(xiàn)場立即采用片石及袋裝黏土進行回填，堵塞溶洞及其周圍裂隙，然后小沖程進行鉆進。在鉆進的過程中，可反復分層回填片石及黏土，把溶洞完全填滿，使用鉆頭沖擊、擠壓片石及黏土，使其在樁孔四周形成穩(wěn)定的護壁，并把溶洞周圍的巖溶裂隙封堵，可保證鉆孔能正常進行。

在鉆孔施工過程中，發(fā)現(xiàn)鉆孔的進尺突然增加，但孔內(nèi)泥漿面無明顯變化，說明在孔底可能存在填充型的溶洞。填充型的溶洞是由于溶洞在形成時，由于地下水填充或上部土質在地表水下滲時，隨水流進入溶洞內(nèi)部，充滿溶洞造成的。填充型溶洞處理時，與一般溶洞處理方法相同，可回填片石及黏土，如果溶洞內(nèi)為地下水，孔內(nèi)泥漿比重降低，可能造成塌孔，可同時向孔內(nèi)加入袋裝水泥，用沖擊鉆頭小沖程沖擊，保持孔內(nèi)的泥漿面及泥漿比重。

另外，針對上下多層溶洞，應根據(jù)地質鉆探每層溶洞的高低，在每層溶洞內(nèi)灌注水下混凝土，使混凝土填滿溶洞，待混凝土終凝以后，再進行鉆孔施工。如果溶洞較大，或溶洞由裂隙與外側的暗河等相連，采用灌注混凝土時無法實施，或成本較高，施工時間長，影響后續(xù)工期時，可采用鋼護筒跟進的方法進行施工，使鉆孔安全通過，同時保證以后樁基混凝土灌注的順利進行。鋼護筒跟進施工時，必須使用直徑2.8m的鉆頭進行再鉆孔，鉆孔至溶洞的底部，然后以專用的震動設備下沉鋼護筒。下沉的鋼護筒內(nèi)直徑應大于設計樁基20cm。鋼護筒應下沉至溶洞的底部，如果溶洞為上下多層，則鋼護筒應下至最下一層溶洞的底部，然后再采用2.48m的鉆頭進行正常的鉆孔作業(yè)，直至達到樁底設計標高。然后再灌注水下混凝土成樁。

針對斜巖，分回填片石和旋挖鉆處理兩種方式?；靥钇瘯r采用小沖程施工，緩慢回填，便于及時進行糾偏。采用旋挖鉆處理時，必須先用小鉆頭沖，逐漸再換成大鉆頭，防止位置較深時出現(xiàn)卡管及掉管。同時可為鉆具加設導向結構，在鉆具的筒壁上補開排漿孔。

6 安全措施

（1）鉆孔機械就位后，應對鉆機及配套設備進行全面檢查。鉆機安設必須平穩(wěn)，牢固；鉆架應加設斜撐或纜風繩。

（2）鉆進速度應根據(jù)地質變化加以控制，以保證安全運轉。

（3）鉆機停鉆，必須將鉆頭提出孔外，穩(wěn)定置于鉆架上，不得滯留孔內(nèi)。

（4）對于已施打護筒尚未開鉆或已成樁的，應加設護筒頂蓋或鋪設安全網(wǎng)遮罩。

（5）雨季及洪水期施工應根據(jù)當?shù)貧庀箢A報及施工所在地的具體情況，做好施工期間的防洪工作。

（6）在雨季施工時，施工現(xiàn)場應及時排除積水，采取防滑措施。施工中遇有暴風雨應暫停施工。

（7）夜間施工時，現(xiàn)場必須有符合操作要求的照明設備。

（8）鉆孔施工過程中所有的用電線路必須安裝漏電保護裝置，電工要經(jīng)常檢查線路，防止線路磨損或老化漏電。

7 結語

雖然通過一定的方法解決了卡鉆問題，但卡鉆是樁基施工中的故障，要以預防為主，盡量避免發(fā)生。而且針對不同地質情況、不同的卡鉆情況要區(qū)別對待，采用不同的處理方法，各種方法有各自的適用條件。陜西水利

［1］向中富，皺毅松，楊壽忠等.橋梁施工工程師手冊[M].人民交通出版社.2011.

［2］鐵建設【2010】241號.高速鐵路橋涵工程施工技術指南[M].2010.