巖溶段鉆孔灌注樁施工技術(shù)

摘 要：隨著交通的快速發(fā)展，山區(qū)橋梁的修建越來越多，施工基礎(chǔ)時穿越巖溶段越來越多。如何處理好巖溶段基礎(chǔ)施工是迫切需要解決的關(guān)鍵問題。國內(nèi)目前缺乏巖溶段鉆孔灌注樁施工技術(shù)規(guī)范，該問題仍然沒有得到真正解決。該文結(jié)合某巖溶段鉆孔灌注樁施工的成功實(shí)踐，從溶洞處理方案的原則、處理方案、注漿方法和巖溶處鉆孔灌注施工等方面詳細(xì)闡述了巖溶段鉆孔灌注樁施工中的溶洞處理和巖溶處鉆孔灌注施工問題，為同類工程提供了可以借鑒的技術(shù)資料。

關(guān)鍵詞：巖溶 鉆孔灌注樁 施工

中圖分類號：U44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0080-03

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，橋梁的建設(shè)也飛速發(fā)展，鉆孔樁因其自身固有優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程中使用非常普遍，國內(nèi)研究也比較多，但目前對于巖溶段鉆孔灌注樁缺少深入研究。因此對巖溶段鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行研究是十分必要的。

1 工程概況

某高速公路是國家重點(diǎn)建設(shè)的“五縱七橫”國道主干線中上海至瑞麗高速公路中的一段，是我國中西部地區(qū)交通運(yùn)輸?shù)拇笸ǖ?，路線全長155.58 km，溶洞、溶蝕區(qū)樁基的施工是該項目的難點(diǎn)。K13+700～K18+930段為丘陵地貌，山丘覆土層大多為殘坡積成因的紅粘土，厚度較薄，局部地段基巖裸露，平緩沖溝較多；K18+930～K19+420段為河谷，東岸為谷坡，地勢較陡峭，岸邊基巖裸露，西岸發(fā)育Ⅰ級階地，地層具有較典型的二元結(jié)構(gòu)，覆蓋層厚度較大；K19+420～K23+920段，風(fēng)化剝蝕作用較強(qiáng)，沿線廣布梯田，山坡上殘坡積成因的黏土、亞粘土較發(fā)育，局部地段覆蓋層較薄，基巖裸露，沖溝地勢平緩。地下水主要有第四系松散堆積物孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖巖溶水三類，而伏龍江、資江及其流域內(nèi)溪溝為主要地表水來源。本合同段主要受巖溶、軟土、紅粘土、弱膨脹土等不良工程地質(zhì)影響。其中K19+122大橋1#墩，4～9#、11#墩，L1+187.5某大橋0#橋臺，1～5#、9#墩樁基均需穿越溶洞，溶洞比較發(fā)育。橋梁基礎(chǔ)主要采用沖擊鉆孔灌注樁。直徑1.8m以內(nèi)河中淺水樁基采用沖擊鉆孔灌注樁工藝，淺水處樁基、采用筑島圍堰，再埋設(shè)護(hù)筒，沖擊鉆機(jī)成孔，水下灌注砼。K19+122橋主墩直徑2.5 m樁基處于河流主道、河水較深（8-9m），1#墩河床無覆蓋層，鋼護(hù)筒打不進(jìn)巖層、難以穩(wěn)定，采用4m鋼護(hù)筒做沉井、內(nèi)套鉆孔鋼護(hù)筒的施工方案。2～3#采用拼船搭設(shè)工作平臺（或鋼管樁平臺）。K1+187.5大橋主墩水深4 m左右，采用鋼管樁搭施工平臺。

2 溶洞處理

通過設(shè)計勘察發(fā)現(xiàn)，橋梁區(qū)是強(qiáng)烈?guī)r溶發(fā)育區(qū)，裂隙、溝槽縱橫，巖面傾角陡，起伏大，正確對全巖面進(jìn)行判定是鉆孔樁施工的關(guān)鍵?？紤]到判定全巖面目前沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，受地質(zhì)條件制約影響判定因素多，施工中采取試樁檢驗(yàn)按如下方面進(jìn)行綜合判斷。（1）全巖面檢驗(yàn)高程參考超前鉆孔柱狀圖，按試樁探測實(shí)際巖面下0.5m后的巖面高程為準(zhǔn)。（2）按照速度10～20cm/h作為基巖鉆孔速度查閱施工記錄確定全巖面高程。（3）錘頭接觸巖面輕微反彈會造成井口的鋼絲繩擺動，通過觀察鋼絲繩擺動情況確定巖面高程。（4）根據(jù)撈取的細(xì)目篩網(wǎng)巖渣情況進(jìn)行判定，若巖渣含砂、含泥量不到4%，且?guī)r屑量為50%～70%時鉆頭進(jìn)入基巖判定巖面高程。（5）若特殊情況難以判定時采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，以樁孔為中心，周邊布置4～5個探孔，根據(jù)探孔測定基巖面高程綜合確定全巖面高程。此外，鉆孔施工前應(yīng)對溶洞進(jìn)行探明，無樁臺施工的溶蝕區(qū)應(yīng)鉆穿溶洞后進(jìn)行灌漿處理。

2.1 巖溶處理方案的原則

（1）施工每根樁前，對溶洞的填充物種類、高度和深度以及地質(zhì)狀況用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行詳細(xì)鉆探，以為制定正確施工方案提供依據(jù)。（2）按照溶洞充填物和地質(zhì)情況，對該鉆孔樁制定相應(yīng)的施工方法和溶洞處理措施。（3）根據(jù)填充物土工試驗(yàn)得到的孔隙率、容重和含水量等指標(biāo)，對填充物的物理力學(xué)特性進(jìn)行分析，以得到計算注漿參數(shù)依據(jù)。（4）鉆孔樁施工前，應(yīng)在樁位外進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔試樁和溶洞注漿試驗(yàn)，得到相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)施工，修改完善施工方案。如果樁位處溶洞很大時，應(yīng)請設(shè)計單位進(jìn)行核查，給出明確的具體處理方案，才能施工。

2.2 溶洞處理方案

（1）對封閉或充填物不足及沒有的小溶洞一般采取填干砂或碎石后注漿，但填充物為軟塑狀態(tài)或松散時應(yīng)直接注漿加固，若填充物為硬塑狀態(tài)時可不處理，鉆孔時加強(qiáng)護(hù)壁即可。（2）用砂子對溶洞進(jìn)行充填時，先選擇好合適位置，再把鋼套管放入再固定，連接好鋼套管和注砂管，然后把干砂用壓風(fēng)壓入。在周邊設(shè)減壓孔，以防止溶洞內(nèi)形成高壓影響灌砂。填砂量按照堆積體成形規(guī)律、圍護(hù)體最小直徑、樁徑計算確定，達(dá)到規(guī)定體積時，灌砂待壓力穩(wěn)定時停止。（3）用碎石對溶洞進(jìn)行填充時，先鉆直徑大于0.3m 的孔，再把鋼套管放入再固定，然后把碎石料斗放在鋼管上面，按與干砂量同樣的方法計算出碎石用量，接著投入粒徑小于0.2 m的碎石并振動鋼管。（4）在小裂隙、溶溝、溶槽等地方鉆孔時，先用碎石夾粘土、片石或者袋裝水泥進(jìn)行填充，以起護(hù)壁作用防止鉆孔施工時泥漿流失。

2.3 注漿方法

（1）考慮樁位處地質(zhì)情況，注漿施工時在橋橋墩承臺的四角或樁中心鉆孔進(jìn)行注漿，通過鉆孔取芯更為詳細(xì)地對溶洞填充物和高度進(jìn)行探查。注漿施工采用注漿泵，保證注漿管插入至填充物底部，壓力按照現(xiàn)場試驗(yàn)確定，一般控制在0.5～1.0 MPa，速度控制在15～20 L/min，提管速度按照注漿速度確定，宜緩慢上提，最小滲透直徑不少于3 m，以保證填充物被漿液充分滲透，有足夠厚的固結(jié)體來保證鉆孔施工。注漿采用采用32.5號水泥漿，水灰比配合比控制在0.4∶1～0.45∶1?？组g距和直徑由現(xiàn)場試孔確定，注漿順序根據(jù)現(xiàn)場需要確定。（3）注漿采用間歇式注漿以為防止?jié){液流失造成浪費(fèi)。注漿時先注入部分漿液，達(dá)到漿液與碎石或砂子初步膠結(jié)，然后再次注漿，采用多次注漿循環(huán)，最后達(dá)到規(guī)定注漿壓力和最小注漿量控制值時停止。該孔注漿完后， 調(diào)高注漿壓力繼續(xù)對其余孔進(jìn)行注漿，最后封孔。對注漿段進(jìn)行物探檢驗(yàn)，典型監(jiān)測結(jié)果見圖1～圖4，表明注漿較好地充填了節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面及溶蝕空洞，對軟弱松散不均勻體產(chǎn)生了有效的固結(jié)作用。

3 巖溶處鉆孔灌注施工

經(jīng)過處理后的巖溶處，成孔方法基本上與普通石質(zhì)地層成孔方法相同，采取用沖擊鉆沖擊的方式成孔。具體施工方法為：

（1）處鉆孔平臺及護(hù)筒埋設(shè)。淺水對于河灘上的淺水鉆孔樁，由于水淺、流速較小采用草袋圍堰，圍堰應(yīng)高出施工期間可能出現(xiàn)的最高水位50～70 cm。埋設(shè)鋼護(hù)筒，護(hù)筒50 CM范圍內(nèi)回填粘土，外圍回填砂礫石，上鋪一層枕木，增大受力面積，即可搭設(shè)工作平臺，鉆機(jī)就位（見下圖）。為了確保水土不流失到河中而造成污染，用編織袋裝以松散的粘土，裝土量為袋容量的1/2～2/3，袋口用麻袋線或細(xì)鐵絲縫合。護(hù)筒根據(jù)不同的樁徑采用不同厚度的鋼板，鋼板制作，其內(nèi)徑大于鉆頭直徑23。護(hù)筒埋置深度一般為2～4 m，筒頂應(yīng)高出施工水位或地下水位1.5～2.1 m，或高出施工地面0.3 m。護(hù)筒埋設(shè)用振動打樁機(jī)的激振方法下沉，埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不得大于50，保證鉆機(jī)沿著樁位垂直方向順利工作，存儲泥漿使其高出地下水位和保護(hù)樁孔頂部土層不因鉆桿反復(fù)上下升降、機(jī)身振動而導(dǎo)致坍孔。

（2）深水樁基工作平臺施工。①K19+122橋1#墩水深達(dá)8.6 m，河床無覆蓋層。采用4 m直徑大鋼護(hù)筒做沉井（用15 mm厚鋼板制作），護(hù)筒高度11m，每隔1m在內(nèi)側(cè)用δ20鋼板12 cm寬焊1圈加強(qiáng)箍、加強(qiáng)箍每隔30 cm上下焊接12×12 cm同厚三角形鋼板加強(qiáng)、以增加加強(qiáng)箍的剛度。內(nèi)套鉆孔鋼護(hù)筒（直徑2.1 m、10 mm厚鋼板制作）。2艘60T駁船拼裝作工作平臺（或用浮箱拼裝）。吊設(shè)備可用2臺16T汽車吊車（或在船上架設(shè)龍門吊）。駁船到位后，先對駁船骨架進(jìn)行加固，一般用14號槽鋼加固即可.2船中間間距4.5 m，用50工字鋼把2艘船只（或浮箱）拼裝成整體。工字鋼長度不，可用2根工字鋼焊接接長，每邊伸出船邊50 cm。用25號工字鋼（或25號槽鋼）做縱梁，橫向鋪枕木做工作平臺。鋼沉井分節(jié)加工、逐節(jié)下放。沉井起吊設(shè)備采用2臺汽車吊同時起吊（或在船上架設(shè)龍門吊進(jìn)行吊裝）。放沉井前段用φ12鋼筋12 m長對沉井周圍進(jìn)行水深測量，確定河床平整度是否達(dá)到要求。達(dá)不到要求可采取以下3個措施進(jìn)行處理：進(jìn)行水下爆破整平。用1m直徑?jīng)_擊鉆頭進(jìn)行沖平。派潛水員下水墊平。小護(hù)筒同樣方法進(jìn)行就位后，潛水員下水用麻袋裝粘土（大護(hù)筒在外側(cè)、小護(hù)筒在內(nèi)側(cè)）進(jìn)行堵眼工作，以防澆注砼時砼外流。然后澆注兩護(hù)筒之間封底砼，砼高度不少于3m。為了增加河床與砼粘結(jié)，在外壁半圓內(nèi)用φ110每隔50 cm鉆2.5 m深小孔，預(yù)埋6.3號槽鋼（長度4 m）。封底完成后，壁間回填砂礫石以增加穩(wěn)定。②2、3#墩采用拼船做工作平臺的施工方案。2只80T駁船到位后，先對駁船骨架進(jìn)行加固，一般用14號槽鋼加固。2船中間間距3.2 m，用60工字鋼把2艘船只（或浮箱）拼裝成整體。工字鋼長度不，可用2根工字鋼焊接接長，每邊伸出船邊50 cm。用36號工字鋼（或36號槽鋼）做縱梁，橫向鋪枕木做工作平臺。此方案還需配備120匹拖輪、工作船、8個大鐵錨（或25T鋼筋砼蛙式錨）、5T慢速卷機(jī)6～8臺、鋼絲繩、滑輪、16T汽車吊車1臺，80T駁船4只（2只拼裝作鉆井平臺）2只拼裝作汽車吊工作船、等主要設(shè)備。汽車吊工作時，工作船要在四個方向拋錨固牢固，并將吊車用鋼絲繩四個方向固定在工作船中央、以策安全。③LK1+187.5大橋主河道水深4～5 m，采用鋼管樁搭設(shè)工作平臺方案.鋼管樁直徑60 cm，厚度6 mm鋼板制作。鋼管樁頂用10 mm厚鋼板做墊板，焊接均勻，以防鋼管局部受力遭到破壞。橫梁45號工字鋼、縱梁36號工字鋼（或36號槽鋼），上鋪枕木。

（3）深水樁基鋼護(hù)筒的制作及安裝。①護(hù)筒的制作：D250 cm樁基護(hù)筒直徑采用280 cm，用6-10 mm厚鋼板制作，第1節(jié)長4～5 m、其余2 m或4 m一節(jié)。每節(jié)端頭焊接法蘭盤，法蘭盤寬6 cm，厚度12 mm。用φ16 mm螺栓接、螺栓間距6 cm，聯(lián)接時中間墊4 mm厚止水橡膠板、防止漏水。橡膠板平面尺寸及螺栓孔距與法蘭盤配套.如做4 m一節(jié)的護(hù)筒、則在中間2 M處用不鉆孔的法蘭盤焊接一道做加強(qiáng)箍。由于鋼護(hù)筒長度達(dá)10 m以上，用重型動錘插復(fù)蓋層中，護(hù)筒必須要有足的剛度，以確保操作中不變形。②護(hù)筒的安裝。先進(jìn)行拋錨工作，先將錨穿好千斤繩并綁扎好浮筒做標(biāo)，然后裝船拖到設(shè)計指定位置拋下。拖輪將鉆孔工作船拖到墩位處，用卷機(jī)將工作船與錨聯(lián)結(jié)好，采用松、緊錨繩逐步調(diào)整到樁孔位置。然后安裝引道護(hù)筒的導(dǎo)梁框架，用4根20號槽鋼制作，長度不少4 m，內(nèi)側(cè)對角線長度=護(hù)筒外直徑+2 cm，目的是確保護(hù)筒放下就位時傾斜度不超過設(shè)計要求.護(hù)筒正確就位后，吊安動錘，先輕、后重逐步加強(qiáng)激進(jìn)力。如果動插入無法達(dá)到設(shè)計要求，可采導(dǎo)管插入鋼護(hù)筒內(nèi)用空壓機(jī)吹抽砂（礫），如卵石太大，用沖擊錘沖擊、然后再掁動插入.插入深度不宜小于3 m。

（4）鉆機(jī)就位。鉆架上的起吊滑輪與樁中心應(yīng)在同一鉛垂線上。鉆機(jī)定位后，底座必須平整，穩(wěn)固，確保在鉆進(jìn)中不發(fā)生傾斜和位移。沖擊鉆在鉆頭錐頂和提升鋼絲繩之間設(shè)置保證鉆頭自轉(zhuǎn)向的裝置，保證鉆進(jìn)中鉆錘在平面上自旋轉(zhuǎn)，以確保成樁的樁孔為圓形。

（5）泥漿制備。機(jī)械鉆孔采用粘土泥漿護(hù)壁，拌制泥漿的粘土當(dāng)?shù)剡x?。―250旋鉆宜外購高質(zhì)量膠泥材料）。泥漿池最好選在高于樁基護(hù)筒的地方，這樣泥漿可以自動流入護(hù)筒內(nèi)。泥漿采用泥漿攪拌機(jī)拌和。檢測控制漿液的比重、粘度、靜切力、酸堿度、膠體率、失水、含砂率等指標(biāo)要符合規(guī)范對該地層護(hù)壁及浮碴的要求。鉆渣和泥漿的排放，嚴(yán)禁直接排放至河里，確保對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境不產(chǎn)生不利影響。

（6）鉆孔。樁的鉆進(jìn)分班連續(xù)作業(yè)，并做好詳細(xì)的鉆孔記錄，注意土層的變化，孔內(nèi)泥漿面應(yīng)保持穩(wěn)定；采用沖擊鉆低錘沖擊或間斷沖擊，如發(fā)現(xiàn)偏孔應(yīng)回填片石至偏孔上方23～500 mm處，然后重新沖孔；遇到孤石時，用高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎或擊入孔壁，不得已時可用預(yù)爆方法處理；每鉆進(jìn)4～5 m深度驗(yàn)孔一次，在更換鉆頭前或容易縮孔處，均應(yīng)驗(yàn)孔；進(jìn)入基巖后，每鉆進(jìn)100～23應(yīng)取樣一次，以備終孔驗(yàn)收。D2.5 m樁基采用迥旋鉆機(jī)（鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩不少8T-M、滾輪鉆頭直徑2.5 m），用鋼板箱做泥漿池或配泥漿船作為泥漿循回系統(tǒng).在鉆孔作業(yè)中，經(jīng)賞常觀鉆桿的垂直度，發(fā)現(xiàn)傾斜及時修正.檢測時、使用與樁徑相同的簡易鋼筋籠（不少于3M長）放進(jìn)孔內(nèi)測探即可發(fā)現(xiàn)問題。

（7）第一次清孔。目的是使孔底沉渣（虛土）厚度、泥漿液中含鉆渣量和孔壁泥垢厚度符合規(guī)范要求和設(shè)計要求，為在泥漿中灌注混凝土創(chuàng)造良好條件。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后（地質(zhì)與設(shè)計相吻合）即停止鉆進(jìn)，采用抽漿法和掏渣法清孔。清孔應(yīng)符合下列規(guī)定：孔底500 mm以內(nèi)的泥漿相對密度應(yīng)為1.03～1.10，含砂率﹤2%，粘度17～20pa·s；膠體率﹥98%，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度應(yīng)符合設(shè)計要求。

（8）吊放鋼筋籠。吊放鋼筋籠用汽車吊進(jìn)行，人工配合。注意不撞孔壁，防止坍孔，并防止將泥土雜物帶入孔內(nèi)，鋼筋分段焊接、吊放。焊接時，先將下段掛在孔口，再吊上第二段進(jìn)行綁扎焊接，逐段下放，并同時在鋼筋籠內(nèi)側(cè)綁扎焊接超聲波檢測管，探測管要求絕對密封。吊入后應(yīng)校正軸線位置及垂直度，勿使鋼筋籠扭轉(zhuǎn)變形。鋼筋籠定位后，在4h內(nèi)澆注混凝土，防止坍孔。

（9）第二次清孔。在第一次清孔達(dá)到要求后，由于安放鋼筋籠及導(dǎo)管，這段時間間隙較長，泥漿沉淀孔底又會產(chǎn)生新渣，所以待鋼筋籠及導(dǎo)管安裝就序后，再利用導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。清孔的方法是在導(dǎo)管頂部安設(shè)一個彎頭和皮管，用泵將泥漿壓入導(dǎo)管內(nèi)，再從孔底沿著導(dǎo)管外置換沉渣，并檢測孔底沉渣厚度不小于5 cm，應(yīng)立即進(jìn)行澆注水下混凝土的工作。

（10）水下砼灌注。澆注時先灌入首批混凝土，其數(shù)量經(jīng)過計算，使其有一定的沖擊能量，能把泥漿從導(dǎo)管中排出，并能把導(dǎo)管下口埋入砼深度不少于1 m；堵塞導(dǎo)管采用混凝土隔水栓，隔水栓預(yù)先用8號鐵絲懸吊在混凝土漏斗下口，當(dāng)混凝土裝滿漏斗后，剪斷鐵絲，混凝土拌和料在壓力作用下即刻落到孔底，排開泥漿，同時把導(dǎo)管口埋??；隨著澆注連續(xù)進(jìn)行，隨澆隨拔導(dǎo)管，在整個澆注過程中，導(dǎo)管在混凝土埋深控制在2～6 m，利用導(dǎo)管內(nèi)混凝土的壓強(qiáng)大于孔內(nèi)泥漿壓強(qiáng)使混凝土的澆注面逐漸上升，上升速度不低于2m/h，保證在水泥終凝前灌注完成，直至高于設(shè)計標(biāo)高1 m。灌注將近結(jié)束時，由于泥漿沉淀砼上的泥漿濃度增加，應(yīng)在孔內(nèi)注入適量清水，使孔內(nèi)泥漿稀釋，排出孔外，并使管內(nèi)混凝土柱有一定預(yù)加高度，即高出樁頂標(biāo)高1 m，確保樁身砼質(zhì)量。

（11）截樁頭。灌注樁澆注完畢后，最好能即時抽干水、把淤泥、浮漿及多余砼挖出去、標(biāo)高頂上只留10 cm左右砼、等到進(jìn)行承臺（或系梁）施工時再鑿除，這樣可以減少鑿除工程量。鑿除砼要求把浮漿、夾泥渣砼清除干凈。鑿除后樁頂砼密實(shí)、完整、表面基本平整。

4 結(jié)語

處理好溶洞是巖溶段鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵。鉆孔施工前應(yīng)備好應(yīng)急材料，一旦鉆孔施工出現(xiàn)泥漿泄露，往孔內(nèi)及時投放片石、粘土和水泥形成片石夾粘土圍護(hù)層，以保證孔內(nèi)泥漿高度。注漿凝固后才能進(jìn)行沖擊成孔，時間一般為10d左右。鉆孔施工應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)泥漿，加大泥漿密度和質(zhì)量，在粘土中摻加適量的鋸木、燒堿和水泥，其配合比采用粘土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸木摻量為粘土體積的10%，以提高泥漿的懸浮力和膠體率。遇到傾斜較大巖面時，為避免鉆頭擺動撞擊孔壁或護(hù)筒，往孔內(nèi)回填片石，在孔底形成平臺后進(jìn)行正常沖孔。為防止鉆孔施工時出現(xiàn)掉鉆和卡鉆，接近巖溶地段成孔時采取加大泥漿密度和輕錘沖擊的方法施工。采用上述方法，安全順利的完成了橋梁基礎(chǔ)鉆孔施工，各項檢測指標(biāo)均滿足規(guī)定要求，表明采用的方法是成功的，可供同類工程參考。

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