橋梁樁基溶洞處理方案
2015-04-29 00:00:00丁艷紅
【摘 要】通過對(duì)某高架快速路工程灌注樁基礎(chǔ)施工，詳細(xì)闡述了灌注樁基礎(chǔ)溶洞的處理方案，并提出了對(duì)卡鉆、埋鉆、掉鉆等技術(shù)措施，有效提高成樁效果。
【關(guān)鍵詞】樁基溶洞；處理；技術(shù)措施
0.工程概況
某高架快速路工程所處范圍巖溶發(fā)育，沿線灰?guī)r巖溶主要分布于灰?guī)r裂隙發(fā)育區(qū)，層頂埋深52.00～60.30m，層底埋深53.00～60.80m，洞高0.30～4.30m不等。根據(jù)揭示遇有溶洞鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，鉆孔線巖溶率為3.82%，沿線巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)。溶洞類型主要以有填充物溶洞為主，其充填物主要有棕紅色黏土充填，可塑狀態(tài)，夾風(fēng)化灰?guī)r碎塊。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(shí)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。根據(jù)施工方法（沖擊成孔）、溶洞類型的不同采取不同的方案，沖擊成孔遇溶洞結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用向孔內(nèi)拋填片石、粘土混合物，拋填袋裝水泥，灌注砼二次成孔等不同施工工藝。
1.鉆孔灌注樁溶洞處理措施
1.1施工準(zhǔn)備措施
施工前，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，確定哪些樁有溶洞以及溶洞的類型、大小及所在的位置，提前做好了施工準(zhǔn)備工作。對(duì)鉆探顯示有地下溶洞的樁位，需做好以下施工準(zhǔn)備工作：
（1）準(zhǔn)備鋼網(wǎng)架（槽鋼或工字鋼縱橫制作而成）。鋼網(wǎng)架用于沖擊成孔作業(yè)時(shí)，墊設(shè)在鉆機(jī)下，以防止因鉆至地下大型溶洞而導(dǎo)致坍塌孔對(duì)鉆機(jī)及施工人員造成損傷。
（2）準(zhǔn)備粘土、片石、麻袋、袋裝水泥、砂石料等溶洞處理所需材料。片石采用強(qiáng)度≥30MPa石灰?guī)r，片石粒徑為15～50cm；袋裝水泥選用普通硅酸鹽水泥，50kg/袋；砂石料采用中粗砂+粒徑大不大于15cm礫石1：1配置并拌合均勻，無(wú)集料窩。
（3）配置泥漿。嚴(yán)格控制粘土的選擇，選擇并備足良好的造漿粘土，采用施工現(xiàn)場(chǎng)自來水進(jìn)行拌制，入孔泥漿比重可為1.1～1.3，入孔泥漿黏度，一般地層為16～22s，接近溶洞地層調(diào)制為19～28s。
（4）施工前對(duì)施工作業(yè)班組進(jìn)行溶洞處理相關(guān)技術(shù)、安全交底。
1.2巖溶裂隙及小型溶洞的處理
（1）溶洞高度在0.5m以下按小型溶洞進(jìn)行處理。
（2）在沖擊鉆鉆進(jìn)施工過程中，密切注意護(hù)筒內(nèi)泥漿面的水平位置變化情況，當(dāng)泥漿面迅速下降時(shí)，首先要趕快補(bǔ)泥漿。
（3）然后采用小型挖掘機(jī)（60型）將施工前準(zhǔn)備好的粘土和片石按大約 1：1 的比例往孔內(nèi)投入8m3左右（豎向高度為2～3m），直到不再漏漿后再重新開鉆。
（4）當(dāng)再次漏漿時(shí)，仍按上述方法處理。
1.3一般溶洞處理
（1）溶洞高度小于4m且連通性較差的溶洞按一般溶洞進(jìn)行處理。
（2）根據(jù)地質(zhì)勘察資料及超前鉆資料，有此類溶洞的樁基施工時(shí)要配置專人密切注意樁機(jī)地盤水平、巖樣和護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，熟記圖紙、資料中標(biāo)注的溶洞位置。
（3）在擊穿洞頂之前，采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。
（4）一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降、孔內(nèi)水位變化較大、泥漿稠度、顏色發(fā)生變化或鉆進(jìn)速度明顯加快又無(wú)偏孔現(xiàn)象時(shí)，表明已穿越溶洞頂進(jìn)入溶洞。
（5）首先迅速用大功率泥漿泵補(bǔ)漿，同時(shí)及時(shí)提鉆，防止埋鉆。
（6）適當(dāng)增加泥漿中的粘土數(shù)量，提高泥漿密度。泥漿粘稠度控制在19～28s。
（7）然后用轉(zhuǎn)載機(jī)配合小型挖掘機(jī)（60型）及時(shí)將準(zhǔn)備好的片石、粘土按1：1的比例拋入，必要時(shí)投以袋裝水泥。投入量按溶洞豎向高度加2米計(jì)算，少量多次進(jìn)行投放。
（8）采用小沖程進(jìn)行鉆進(jìn)，讓鉆錘擊碎粘土和片石并擠入溶洞內(nèi)壁發(fā)揮護(hù)壁作用。
（9）直至孔中的泥漿面停止下降，并慢慢上升，此后可加大沖程進(jìn)行鉆進(jìn)，對(duì)投入的填充物進(jìn)行沖擊式擠壓，確保溶洞被堵死。若溶洞內(nèi)進(jìn)尺過快，則繼續(xù)投入片石、粘土，投入量根據(jù)進(jìn)尺速度確定，少量多次，每次投放在3.8m3左右。
（10）當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后，轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。
（11）如此反復(fù)使鉆孔順利穿越溶洞。
（12）擊穿溶洞頂、底板后， 要用鉆錘將溶洞頂、底板處的樁孔修理圓滑，以防卡鉆、及鋼筋籠。
1.4大型溶洞處理
溶洞高度大于4m，或連通性較好的溶洞按大型溶洞進(jìn)行處理。
1.4.1片石水泥土造壁法
（1）遇到較大的溶洞，發(fā)現(xiàn)漏漿后，立即使用泥漿泵向孔中補(bǔ)充泥漿以防止孔壁坍塌。
（2）同時(shí)立即向孔中拋袋裝水泥 5～10t。
（3）然后向孔中投入3～5m厚粘土、片石混合物（土石比1：1，樁徑2.2m的孔單次投入量約為15m3左右）。
（4）待漏漿現(xiàn)象停止后重新進(jìn)行鉆進(jìn)。
（5）沖孔到漏漿部位的時(shí)間宜控制在水泥終凝時(shí)間之前， 然后停止鉆機(jī)4h左右，直到凝固后的水泥粘土漿把漏漿源堵死為止。
1.4.2灌注混凝土護(hù)壁二次成孔鉆進(jìn)法
（1）對(duì)于樁基穿越洞高較大且填充物為流塑狀或溶洞內(nèi)有涌水、涌漿時(shí)，泥漿的側(cè)向壓力較大、自穩(wěn)性較差，可采用灌注砼護(hù)壁二次成孔鉆進(jìn)法。
（2）擊穿溶洞頂板后，加大泥漿比重，防止涌水、涌漿稀釋泥漿，導(dǎo)致泥漿護(hù)壁能力下降，發(fā)生孔壁坍塌。
（3）鉆至溶洞底板后，不用清孔，即向孔內(nèi)灌注水下混凝土到溶洞頂 0.5m 以上。
（4）待混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后，重新鉆進(jìn)。
在溶洞發(fā)育地段進(jìn)行樁基施工時(shí)，調(diào)整施工順序， 采用間隔施工，同一墩位的樁基嚴(yán)禁同時(shí)施工，必須待一根樁基混凝土澆筑完成后，且混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，才可進(jìn)行下一根樁基鉆孔施工。
2.溶洞樁基病害的處理措施
2.1卡鉆事故
卡鉆的主要原因是對(duì)溶洞分布情況不明確，在鉆到離溶洞頂板很近時(shí)采用高落程沖擊，使鉆頭沖破溶洞頂板巖石，鉆頭傾斜，卡在溶洞 頂板巖石不同部位。
2.1.1防止卡鉆措施
（1）嚴(yán)格控制沖程，在施工過程中細(xì)心觀察，根據(jù)不同的地質(zhì)情況掌握好沖程。在基巖中采用 3～5m 的沖程，在靠近溶洞頂板1m 處采用 0.5～1.5m 的小沖程變化沖進(jìn)，輕錘慢打使孔壁圓滑堅(jiān)固，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸將洞頂擊穿，防止因沖程過長(zhǎng)導(dǎo)致卡鉆。
（2）經(jīng)常檢查鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能，對(duì)于故障隱患早發(fā)現(xiàn)早解決。
（3）遇到卡鉆時(shí)不可強(qiáng)行提拉，以防塌孔、埋鉆，甚至鉆機(jī)翻倒。
（4）若卡在頂板巖石中部， 可緩緩上下活動(dòng)鉆頭，待松動(dòng)后慢慢提出。
（5）若斜卡在頂板巖石中，可自制簡(jiǎn)易正繩器，將鉆頭拉正，緩緩提起。
（6）若卡在頂板巖石下部，則可利用鉆頭上下松動(dòng)，由下向上頂撞的辦法，輕打卡點(diǎn)的石頭將頂板巖石破掉后提出，也可用鋼絲繩將小鉆頭放入把頂板巖石砸碎，再將大鉆頭提出。
2.1.2卡鉆的處理
（1）避免沉渣埋鉆，鉆頭不能長(zhǎng)時(shí)間停留在孔底不動(dòng)，要經(jīng)常上下活動(dòng)，使得泥漿不停地循環(huán)，防止沉渣埋鉆的現(xiàn)象發(fā)生。
（2）如發(fā)生塌孔埋鉆，切勿強(qiáng)拉硬提，以免主繩斷裂造成埋鉆。
（3）利用鉆機(jī)，緩慢回旋主繩，使鉆頭旋轉(zhuǎn)，松散卡鉆處土石，嘗試性提升鉆頭，若鉆頭可以提升，則繼續(xù)使用此方法慢慢將鉆頭提出。
（4）若塌孔塌落物較多，采用回旋鉆頭法無(wú)效時(shí)，采用“反沖法”，利用泥漿把塌落土石沖出孔外，將鉆頭提出。
2.2埋鉆及掉鉆事故
（1）在施工過程中掉鉆要以預(yù)防為主，經(jīng)常檢查機(jī)具設(shè)備，及時(shí)檢修， 遇到損壞的部分立即維修或更換，消除隱患。
（2）施工時(shí)嚴(yán)禁在溶洞內(nèi)打空錘，繃緊鋼絲繩，采用小沖程進(jìn)行抵打緊擊。
（3）一旦發(fā)現(xiàn)漏漿或異常情況，馬上提錘至洞口，然后采取其他補(bǔ)救措施。
（4）若不慎發(fā)生掉鉆，及時(shí)摸清情況，若溶洞底板平整堅(jiān)硬，可在地面使用打撈工具慢慢摸索打撈，若泥漿太濃或泥渣太厚導(dǎo)致鉆錘被沉淀物或塌孔土石覆蓋，首先清孔吸泥，使打撈工具能接觸鉆錘。
（5）先用側(cè)錘探測(cè)鉆錘在孔底的情況，用打撈鉤放入孔底，鉤住鉆錘保險(xiǎn)繩再提起。
（6）如果鉆錘傾倒，可派潛水員帶鋼絲繩潛到孔底，將鋼絲繩拴在鉆錘頂上，再將鉆錘提起。
（7）如果鉆錘頂朝下，將鋼絲繩捆綁在鉆錘的幾個(gè)爪山，再將鉆錘提起。
2.3鉆孔偏位處理
（1）鉆孔偏位主要原因是穿越溶洞時(shí)，洞頂和洞底巖層傾斜、巖層厚度不均、基巖面陡傾不平整。
（2）鉆頭穿越溶洞時(shí)要密切注意主繩的情況，以便判斷是否偏孔。
（3）當(dāng)出現(xiàn)沖擊鋼絲繩擺動(dòng)較大、進(jìn)尺突然加大時(shí)，則預(yù)示發(fā)生偏孔，及時(shí)停鉆。
（4）處理偏孔采用回填片石，片石的強(qiáng)度要強(qiáng)于巖層的強(qiáng)度，處理時(shí)提起鉆頭，向孔內(nèi)拋填粒徑15～25cm 大小的片石、碎石，回填到斜面頂或偏孔處 0.5m 以上后再重新沖擊鉆進(jìn)。
（5）采取小沖程、低頻率的方式?jīng)_孔，使鉆頭保持水平，鋼絲繩保持豎直，淺程緩進(jìn)。
（6）若一次糾偏效果不理想，則進(jìn)行多次回填。并反復(fù)進(jìn)行，直至進(jìn)入均勻、穩(wěn)定完整的基巖內(nèi) 1.0m， 然后按正常施工。
2.4塌孔處理
（1）塌孔是主要由于溶洞漏漿嚴(yán)重，泥漿流失速度過快，補(bǔ)漿來不及造成，主要預(yù)防措施是保持泥漿濃度和水頭高度，采用中小沖程鉆進(jìn)，鉆機(jī)和鉆架安裝穩(wěn)定可靠。
（2）當(dāng)孔壁局部坍塌，孔內(nèi)水頭無(wú)明顯損失時(shí)，向孔內(nèi)拋粘土，加大泥漿比重進(jìn)行處理。
（3）小面積塌陷，且護(hù)筒無(wú)移位，除下沉內(nèi)護(hù)筒外，可及時(shí)分層拋入片石、粘土塊、袋裝水泥、片石等，以填充和堵塞溶洞，回填至內(nèi)護(hù)筒底部以 上 2～3m，然后采用中小沖程重新鉆進(jìn)。
（4）大面積塌陷，溶洞發(fā)育嚴(yán)重時(shí)，如連通大型溶洞或連通地下河溶洞，或者護(hù)筒變形，有較大橫向位移，無(wú)法糾偏時(shí)，可拔出鋼護(hù)筒，用片石、粘土回填，然后重新鉆進(jìn)。
2.5灌注混凝土砼流失處理
地下溶洞地段鉆孔灌注樁澆灌混凝土?xí)r會(huì)出現(xiàn)混凝土隨溶洞縫隙流失，混凝土方量將會(huì)超出正常方量，針對(duì)水下混凝土灌注過程中混凝土流失的現(xiàn)象及防止斷樁發(fā)生，一般有以下施工措施：
（1）加大混凝土生產(chǎn)和運(yùn)輸能力。
（2）加大混凝土初灌量，避免因首盤混凝土數(shù)量不夠造成導(dǎo)管埋深不夠而斷樁。
（3）灌注過程中加大導(dǎo)管埋深，混凝土灌至溶洞或裂隙處時(shí)，適當(dāng)增加導(dǎo)管埋深，確認(rèn)安全后，再提升導(dǎo)管。
（4）灌注混凝土過程中，在混凝土能下去的情況下，導(dǎo)管下口埋入深度一般宜控制在 4～6m。灌注時(shí)要勤測(cè)量混凝土面高程，對(duì)灌注過程中出現(xiàn)的緩慢下降要有準(zhǔn)確的判斷，防止混凝土面突然下降導(dǎo)管懸空造成斷樁事故。
（5）加大混凝土灌注高度，一般考慮超過設(shè)計(jì)高程 1.5～2.0m，盡量避免 在灌注完成拔出導(dǎo)管后混凝土面下降造成樁長(zhǎng)不足。
3.結(jié)束語(yǔ)
溶洞處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達(dá)到一定的強(qiáng)度，保障樁基成孔率，確?；A(chǔ)樁承載力受不利影響和防止樁基施工時(shí)地面沉陷等情況的發(fā)生，保證基礎(chǔ)樁承載力的安全和施工安全。特提供本文為類似灌注樁基礎(chǔ)的施工提供技術(shù)參考。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-2004）.北京：人民交通出版社.
[2]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/TF50-2011）.北京：人民交通出版社.
