巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔灌注樁施工與處理

郭 建 紅

(古交市永賀房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 古交 030200)

巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔灌注樁施工與處理

郭 建 紅

(古交市永賀房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 古交 030200)

通過(guò)分析安基山特大橋的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，介紹了巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔灌注樁施工的整體思路，并對(duì)加強(qiáng)型泥漿護(hù)壁、雙護(hù)筒跟進(jìn)成孔、偏孔處理等操作要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為同類工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

巖溶地質(zhì)，沖擊鉆孔灌注樁，技術(shù)，經(jīng)濟(jì)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)

安基山特大橋巖溶地質(zhì)，3號(hào)墩臺(tái)～26號(hào)墩臺(tái)共249根樁位于巖溶地區(qū)。根據(jù)設(shè)計(jì)單位中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院橋墩臺(tái)基礎(chǔ)展開(kāi)圖(工程地質(zhì)機(jī)動(dòng)鉆孔的勘探資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)繪分析)，橋址區(qū)下伏基巖中一部分為三疊系(T2)角礫狀灰?guī)r及三疊系(T1)灰?guī)r，巖溶較為發(fā)育，據(jù)鉆孔揭露，巖石常見(jiàn)溶隙、溶溝及溶洞。本區(qū)屬隱伏巖溶區(qū)，地表被覆蓋，在已鉆的202個(gè)鉆孔中，揭露灰?guī)r鉆孔192個(gè)，見(jiàn)溶洞總數(shù)244個(gè)，見(jiàn)溶洞的鉆孔110個(gè)，最大洞高達(dá)20.45 m(JZ-Ⅲ-064-安19-2)，鉆孔線溶率10.9%，部分有充填，巖溶充填物主要為淤泥，流塑狀粉質(zhì)粘土，粘土夾碎石。溶洞充填情況，4號(hào)墩臺(tái)～17號(hào)墩臺(tái)溶洞多無(wú)充填物或充填物多為浮泥，鉆具多自動(dòng)下墜，18號(hào)墩臺(tái)及23號(hào)墩臺(tái)～上海臺(tái)溶洞充填物多為粉質(zhì)粘土或角礫土，角礫為灰?guī)r或強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)斑巖，局部膠結(jié)較好，具一定強(qiáng)度。溶洞塌陷情況：橋址區(qū)為隱伏巖溶區(qū)，地表被覆蓋，通過(guò)鉆孔揭露，15號(hào)、18號(hào)墩臺(tái)部分地段第四系直接接觸槽洞，覆蓋層較薄，且溶洞充填較差，所以易產(chǎn)生溶洞塌陷。根據(jù)TB 10027—2001鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程中的附錄E判定，橋址區(qū)4號(hào)墩臺(tái)～14號(hào)墩臺(tái)巖溶強(qiáng)度分級(jí)不發(fā)育，15號(hào)墩臺(tái)～上海臺(tái)巖溶強(qiáng)度分級(jí)中等發(fā)育。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際

我工區(qū)在安基山特大橋巖溶地區(qū)沖擊鉆孔灌注樁施工中，按照設(shè)計(jì)地質(zhì)展開(kāi)圖繪制單樁樁基地質(zhì)參數(shù)表(如表1所示)：以實(shí)測(cè)護(hù)筒頂標(biāo)高為控制基點(diǎn)，作為樁基施工過(guò)程控制交底下發(fā)到作業(yè)班和施工隊(duì),施工中單樁每2 m及巖層分界處取碴留樣,進(jìn)入樁底1 m以上留碴取樣4次，并經(jīng)專業(yè)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)院地質(zhì)工程師復(fù)核,以指導(dǎo)生產(chǎn)和復(fù)核地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)是否相符。施工的整體思路以設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工，施工復(fù)核設(shè)計(jì)，預(yù)防與有效施工，經(jīng)濟(jì)處理相結(jié)合。2008年4月11日開(kāi)始鉆孔樁施工至2009年1月樁基施工結(jié)束，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核：橋址區(qū)3號(hào)墩臺(tái)～12號(hào)墩臺(tái)巖溶強(qiáng)度分級(jí)不發(fā)育，13號(hào)墩臺(tái)～上海臺(tái)巖溶強(qiáng)度分級(jí)中等發(fā)育。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一：巖溶地區(qū)樁基壓漿的施工工藝：施工準(zhǔn)備→先導(dǎo)孔鉆進(jìn)→注漿前注水試驗(yàn)→注漿→封孔→一般注漿孔鉆進(jìn)→一般注漿孔注漿→注漿效果檢測(cè)。

施工準(zhǔn)備→下護(hù)筒→鉆孔→清孔、測(cè)孔→下鋼筋籠→灌注混凝土→質(zhì)量檢查→施工結(jié)束。

方案二：巖溶地區(qū)樁基沖擊成孔改進(jìn)的施工工藝：施工準(zhǔn)備→大護(hù)筒跟進(jìn)→鉆孔→加強(qiáng)型泥漿護(hù)壁→跟進(jìn)小護(hù)筒→回填粘土、片石→小沖程沖砸→孔內(nèi)補(bǔ)水、補(bǔ)漿。

投放粘土、片石→小沖程沖擊→加大泥漿比重→換漿取碴筒清孔→下鋼筋籠、導(dǎo)管→灌注混凝土→觀測(cè)混凝土沉降→質(zhì)量檢查。

2.1 技術(shù)比較

按照京滬公司的綱領(lǐng)性指導(dǎo)文件，巖溶地區(qū)的孔樁施工可進(jìn)行1∶1粘土片石拋填，護(hù)筒跟進(jìn)，巖溶注漿，設(shè)計(jì)圖給出巖溶地區(qū)樁基壓漿560 m3?，F(xiàn)場(chǎng)采用雙護(hù)筒跟進(jìn),粘土片石拋填并輔以有效的加強(qiáng)型護(hù)壁泥漿護(hù)壁技術(shù)和穿越溶洞頂板的沖擊成孔技術(shù)。巖面檢驗(yàn)要點(diǎn)：本工程設(shè)計(jì)要求樁端須滿足設(shè)計(jì)圖入巖深度，并伸入溶洞以下弱風(fēng)化巖體中2 m。經(jīng)比較:先進(jìn)行巖溶注漿,先導(dǎo)孔施工完成后需上報(bào)設(shè)計(jì)院并現(xiàn)場(chǎng)勘孔與設(shè)計(jì)地質(zhì)復(fù)核后,另行設(shè)計(jì)出圖,中間等待時(shí)間長(zhǎng),使工期后延1個(gè)月～3個(gè)月。其中,注漿工藝與孔樁施工不能平行作業(yè),造成停工，直接進(jìn)行巖溶地質(zhì)沖擊成孔改進(jìn)技術(shù)則可平行流水作業(yè),其與注漿技術(shù)共同點(diǎn)和目的是鉆孔前和鉆進(jìn)過(guò)程中保持地基穩(wěn)定,理清巖溶發(fā)育和走向,防治結(jié)合,將地基與孔樁形成堅(jiān)實(shí)的地基基礎(chǔ)。不同點(diǎn)是前者為對(duì)巖溶地質(zhì)直接治理,后者為防治結(jié)合。沖擊成孔技術(shù)灌注混凝土造成混凝土超方,灌注后需等待混凝土沉降穩(wěn)定，方可拆除導(dǎo)管。

2.2 經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)經(jīng)理部?jī)?nèi)部核算，C30水下混凝土綜合單價(jià)360元/m3，拋填片石60元/m3，粘土15元/m3，巖溶注漿500元/m3，鉆孔60元/m。且拋填用片石(直徑≤15 cm)、粘土皆可就地取材，有效利用路基開(kāi)挖或基坑開(kāi)挖爆破后石方，大大降低成本。直接沖擊成孔技術(shù)可節(jié)省資金125元/m3。

3 施工整體思路總結(jié)

1)預(yù)防為主，防治結(jié)合。根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)展開(kāi)圖做單樁地質(zhì)柱狀圖交底書，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)，起到積極的預(yù)防作用，同時(shí)準(zhǔn)備防治材料、補(bǔ)水補(bǔ)漿設(shè)備及拖拉設(shè)備。施工鉆進(jìn)孔樁時(shí)詳細(xì)記錄地質(zhì)情況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，復(fù)核地質(zhì)情況，理清巖溶地質(zhì)走向及脈絡(luò)，確保巖溶地質(zhì)有效治理和成樁質(zhì)量。2)沖擊鉆孔前，鉆進(jìn)過(guò)程中及灌注樁完成后以保持巖溶地質(zhì)穩(wěn)定為宗旨，結(jié)合加強(qiáng)型泥漿護(hù)壁技術(shù)，雙護(hù)筒跟進(jìn)成孔技術(shù)，穿越溶洞頂板的沖擊成孔技術(shù)，巖溶區(qū)漏漿、偏孔、卡鉆的預(yù)防與處理技術(shù)，保證有效防治和處理巖溶地質(zhì)。進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，以控制施工成本，節(jié)約和有效利用資源，快速，安全，高效完成工程施工。

4 施工過(guò)程控制總結(jié)

1)加強(qiáng)型泥漿護(hù)壁：施工中采用觀音土造漿，摻入粘土重量1/8的水泥，或拋填1∶1片石(直徑≤15 cm)，鉆頭反復(fù)沖砸，在溶洞壁周邊形成牢固的封閉環(huán)。

2)雙護(hù)筒跟進(jìn)成孔：外層護(hù)筒直徑1.8 m(樁徑1 m)、2 m(樁徑1.25 m)/跟進(jìn)至基巖面，內(nèi)層護(hù)筒直徑1.4 m(樁徑1 m)、2 m(樁徑1.8 m)/跟進(jìn)至孔底，防止溶洞充填物進(jìn)入鉆孔內(nèi)以便成樁；避免灌樁混凝土散失到溶洞中，防止斷樁，保證成樁?？卓谠O(shè)置十字護(hù)樁，根據(jù)測(cè)量工程師量測(cè)數(shù)據(jù)控制孔位偏差。

3)穿越溶洞頂板的沖擊成孔：采用十字鉆頭，沖擊鉆進(jìn)中鉆頭擺動(dòng)，或撞擊護(hù)筒和孔壁，或沖擊聲音減弱，鉆孔接近頂板，停止鉆孔，回填1∶1片石粘土塊1.5 m，以0.6 m沖程反復(fù)沖砸。鉆孔穿透頂板時(shí)，回填1∶1片石粘土塊1.0 m。

4)漏漿的預(yù)防及處理：鉆孔進(jìn)入溶洞，護(hù)筒底發(fā)生漏漿時(shí)，復(fù)打下沉護(hù)筒，先用粘土加固封閉護(hù)筒底周圍孔隙，再填入1∶1粘土和小片石高出護(hù)筒底1 m，小沖程反復(fù)沖砸，加固孔底護(hù)壁并堵漏。在透水性強(qiáng)的地層，巖層裂隙或有松散填充物的溶洞中，泥漿比重1.5 g/cm3、放慢鉆進(jìn)速度。鉆孔擊穿溶洞頂板進(jìn)入空溶洞或有地下水流時(shí)，泥漿急劇下沉，立即向孔內(nèi)補(bǔ)水補(bǔ)漿，保持孔內(nèi)水頭，同時(shí)投放整包水泥和1∶1粘土片石，小沖程邊投料邊沖砸，并在孔樁邊打入一圈木樁至基巖面防止孔壁坍塌，結(jié)合護(hù)筒跟進(jìn)，重新造壁，并及時(shí)向?qū)I(yè)監(jiān)理工程師匯報(bào)并拍照，備設(shè)計(jì)核查，及時(shí)確認(rèn)工程數(shù)量。

5)偏孔處理：沖孔進(jìn)入溶洞，鉆頭在洞內(nèi)沖擊高低不平的巖面時(shí)，或一面有巖，一面懸空時(shí)，造成斜孔，回填1∶1粘土片石至斜孔部位以上1 m，小沖程反復(fù)回填沖砸。

6)清孔后沉渣厚度控制:沖擊鉆孔至設(shè)計(jì)孔底，滿足設(shè)計(jì)要求后，將拌好的新泥漿20 m3～30 m3通過(guò)φ75 mm泥漿管伸入孔底循環(huán)，使孔中較細(xì)鉆碴懸浮泥漿中，從孔口排出，較大的鉆碴沉入孔底。然后用取碴筒取碴至取不出為止。再通過(guò)φ75 mm泥漿管伸入孔底注漿泥漿泵循環(huán)約1 h，懸浮的鉆碴經(jīng)護(hù)筒口排出返回沉淀池，待鉆碴沉淀過(guò)濾后，測(cè)量孔深，反復(fù)循環(huán)直到達(dá)到沉碴厚度，泥漿比重達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

7)沖孔及灌注樁身混凝土前泥漿比重控制：設(shè)計(jì)要求：沖擊鉆孔中巖溶地層泥漿比重1.2 g/cm3～1.4 g/cm3，粘度22 s～30 s，含砂率不大于4%；清孔后灌樁前巖溶地層泥漿比重1.1 g/cm3，粘度17 s～20 s，含砂率不大于2%?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，清孔后灌樁前由于泥漿稀釋，易造成塌孔，泥漿比重控制在1.13 g/cm3，并在泥漿循環(huán)中徐徐撒入水泥粉末與泥漿融合，泥漿粘度、含砂率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

8)灌注樁身混凝土?xí)r導(dǎo)管埋深及拆管：采用儲(chǔ)料量不小于1.2 m3(樁徑1 m)的料斗，依靠導(dǎo)管及料斗中混凝土自重使孔中管外上返，徐徐提升導(dǎo)管以混凝土順利流通為準(zhǔn)，直到灌裝結(jié)束，導(dǎo)管埋深控制大于鉆孔中實(shí)測(cè)的溶洞高度，灌注混凝土的速度均勻。隨樁身灌注至樁頂?shù)幕炷翆?duì)護(hù)壁壓力的不斷加大，逐漸放緩灌注速度，以免巖溶處護(hù)壁壓穿。

9)樁身混凝土灌注完成后，不要急于拆除導(dǎo)管，繼續(xù)觀測(cè)及測(cè)量樁頂標(biāo)高，當(dāng)樁體混凝土未初凝前，由于混凝土壓力及巖溶孔隙水的侵蝕，巖溶處護(hù)壁內(nèi)受壓力，外受沖刷，護(hù)壁容易破裂坍塌，導(dǎo)致剛灌注完樁身混凝土突然流向巖溶區(qū)，孔口泥漿面下降，此時(shí)需將導(dǎo)管下沉插入混凝土中，繼續(xù)灌注直到混凝土不再下沉，孔口泥漿面不再下降，穩(wěn)定為止。

10)施工中使用了高性能混凝土。樁基C30水下高性能混凝土理論配合比(每立方米用料量)：江蘇鶴林P.O42.5水泥∶江西贛江中砂∶船山二級(jí)配碎石(5 mm～16 mm，16 mm～31.5 mm)∶鎮(zhèn)江華源鐵廠粉煤灰∶南京梅寶礦粉∶江蘇博特外加劑∶拌和站飲用水=185∶844∶1 032∶148∶37∶3.33∶149(單位：kg)。灌注前每車混凝土檢測(cè)并控制坍落度180 mm～220 mm，灌注中混凝土和易性、流動(dòng)性良好，能順利入模。采用高性能混凝土能自密實(shí)、抗裂，高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性,真正達(dá)到百年大計(jì)。

5 巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔灌注樁施工與處理總結(jié)

經(jīng)比較，巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔灌注樁采用方案二，即巖溶地質(zhì)直接沖擊成孔施工改進(jìn)技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)、最有效的施工方法。安基山特大橋鉆孔樁全部使用這項(xiàng)沖擊鉆孔施工方法，成樁快，經(jīng)中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司京滬高速鐵路基樁檢測(cè)項(xiàng)目部進(jìn)行基樁檢測(cè)(低應(yīng)變反射波法、聲波投射法)，安基山特大橋根鉆孔樁樁身完整，全部為Ⅰ類樁，檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。同時(shí)大大地降低了施工成本，有效加快了施工進(jìn)度，提前(比先進(jìn)行巖溶注漿后沖擊鉆孔)2個(gè)月。經(jīng)經(jīng)理部?jī)?nèi)部核算，節(jié)約施工成本約150 000元。順利，保質(zhì)、保量、安全、高效地完成橋梁樁基施工任務(wù)，進(jìn)入下道工序施工。該工法在工區(qū)巖溶地質(zhì)橋梁樁基施工中推廣和不斷完善，取得良好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。

此總結(jié)參考了現(xiàn)場(chǎng)施工及各位前輩、同行的施工經(jīng)驗(yàn)，還需不斷總結(jié)，完善，敬請(qǐng)指正，以共同探討，進(jìn)步。

[1] TB 10027—2001，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].

[2] 鐵建設(shè)[2010]241號(hào)，高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[3] TB 10752—2010，高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 京滬高鐵安基山特大橋設(shè)計(jì)圖紙[Z].

The construction and treatment of karst geological impact drilling bored piles

Guo Jianhong

(GujiaoYongheRealEstateDevelopmentLimitedCompany,Gujiao030200,China)

Through the analysis on the actual situation of Anjishan large bridge, this paper introduced the overall train of thought of karst geological impact drilling bored piles construction, and elaborated the enhanced slurry-supported, double liners follow up into a hole, slant hole treatment operations key points, accumulated experience for similar engineering construction.

karst geological, impact drilling bored pile, technology, economy

2015-08-23

郭建紅(1980- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)31-0089-02

TU473.13

A