巖溶鉆孔樁巖溶處理施工技術(shù)探討

姚健東

摘要：在巖溶發(fā)育及其豐富的地區(qū)進(jìn)行樁基施工難度是非常大的，本文結(jié)合合福鐵路安徽段站前四標(biāo)工程鐘鳴特大橋巖溶區(qū)鉆孔樁施工的特點及處理方法進(jìn)行分析，對巖溶鉆孔樁巖溶處理方法的選取進(jìn)行深一步探討，并簡介一些施工中應(yīng)注意事項。

關(guān)鍵詞：巖溶處理；鉆孔樁

1 工程概況

鐘鳴特大橋位于銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)內(nèi)，施工里程DK141+681.045～DK149+144.735，共有樁基礎(chǔ)2153根，樁徑分為1m、1.25m、1.5m、2m四種，樁長為6-97m不等。巖溶鉆孔樁底部巖層（泥質(zhì)灰?guī)r）強(qiáng)度δ0=600kPa至800kPa不等地質(zhì)堅硬。樁長較長，且地層堅硬，故選取沖擊式鉆孔樁機(jī)進(jìn)行施工，同時相較其它樁基施工方法，巖溶樁基施工采用沖擊式鉆孔樁機(jī)能大幅降低卡鉆發(fā)生的概率，且在發(fā)生卡鉆的情況時便于處理。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料統(tǒng)計，歸納出鐘鳴特大橋巖溶發(fā)育的特點：

（1）溶洞高度大，鉆探孔所示單個溶洞最大高度在20米以上。

（2）溶洞層數(shù)多，單根樁施工最多需穿過上下共超過七層溶洞。

（3）溶洞埋深淺，一些溶洞頂板距地表僅有十余米。

（4）巖溶發(fā)育深，下層溶洞往往埋深較深，最深可達(dá)地面以下近100米的深度，超長樁長。

（5）巖溶發(fā)育集中，多數(shù)溶洞為成片發(fā)育，溶洞相互串聯(lián)。

（6）巖溶周邊情況復(fù)雜，例如，69#、70#墩緊鄰既有線蕪銅鐵路兩側(cè)，85#墩距鐘鳴自來水地下取水源不足100米，109#～133#地表土為粘性極小的砂土。

2 巖溶鉆孔樁施工的前置工作

2.1巖溶處理方法的備選

本工程采取了片石粘土回填、袋裝水泥回填、素混凝土回填、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、注漿等方法作為巖溶處理的備選方法，根據(jù)每根樁的不同情況選取一種或數(shù)種巖溶處理方法，后文將具體介紹每種方法的選用原則。

在確定了巖溶處理方法后應(yīng)當(dāng)積極備料，以滿足巖溶處理的需求。

2.2其它巖溶區(qū)鉆孔樁施工的準(zhǔn)備工作

（1）安排樁機(jī)施工順序，一個承臺內(nèi)首先施工樁長最長的樁，相隔一日再施工與之相鄰的樁。

（2）熟悉掌握地質(zhì)柱狀圖，將溶洞可能所在的位置的標(biāo)高換算成孔深，對樁機(jī)作業(yè)人員進(jìn)行交底，在鉆進(jìn)至地質(zhì)柱狀圖所揭示的溶洞頂板以上1米處應(yīng)當(dāng)減小錘頭的沖程。

（3）測量放樣后，應(yīng)設(shè)置4根堅實的護(hù)樁，在鉆孔施工過程中作為參照。

3片石粘土/混凝土/其它回填物回填

3.1片石粘土回填

片石粘土回填是進(jìn)行巖溶處理是最為簡便與經(jīng)濟(jì)的一種方法。將片石粘土以一定比例混合（片石：粘土=3：1～4：1，片石直徑10～50cm）后回填至鉆孔樁巖溶區(qū)，再經(jīng)鉆錘的反復(fù)沖錘擠入溶洞內(nèi)，在溶洞口形成質(zhì)密的人造泥結(jié)石孔壁。

一般片石粘土回填工序為：片石粘土拌和、回填、補(bǔ)漿、再鉆進(jìn)。

此種方法，可大致將其分為兩大類：

（1）漏漿，被動回填

由于沖擊式鉆孔樁采取泥漿護(hù)壁，當(dāng)沖擊入溶洞內(nèi)時，或已處理的溶洞內(nèi)發(fā)生人造孔壁坍塌，均會導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿流失，即漏漿。發(fā)生漏漿時，應(yīng)需及時使用片石粘土回填的方法將漏漿口堵住，并制造新的人工孔壁。現(xiàn)場施工時，巖溶處理大多數(shù)回填均屬于此種情況。

（2）進(jìn)尺異常，主動加強(qiáng)

巖溶施工中，采取片石粘土回填的方法往往會產(chǎn)生一個誤區(qū)，即不漏漿就不需要回填。很多時候即使暫未漏漿，也需采用片石粘土回填的方法對孔位進(jìn)行處理。在巖層中鉆進(jìn)時，如遇進(jìn)尺突然加快，說明該樁鉆孔已進(jìn)入巖溶區(qū)，未漏漿只是該溶洞內(nèi)含有砂土、礫石等填充物。但此類溶洞內(nèi)的填充物粘性極差，僅可維持一段時間的穩(wěn)定。故應(yīng)在遇到此類狀況，應(yīng)主動使用片石粘土回填，后反復(fù)壓實，重新鉆孔。實踐證明，此類情況采取主動回填，要比待發(fā)生漏漿在進(jìn)行回填的效果要好上數(shù)倍。

圖1左圖為主動回填，在溶洞底板打穿之前進(jìn)行回填，再鉆進(jìn)時，由于溶洞底板的限制，回填的片石粘土只能被迫壓縮和向溶洞內(nèi)擠入，形成較厚且質(zhì)地較密的人造孔壁。右圖被動回填，當(dāng)溶洞內(nèi)有較為松軟的填充物時，剛打穿溶洞時未發(fā)生漏漿，但在繼續(xù)向下進(jìn)行鉆進(jìn)過程中，由于震動，及泥漿的循環(huán)，造成上層溶洞漏漿，再進(jìn)行片石粘土回填如圖1右圖。此時需要回填的片石粘土較多，且不易控制具體的回填米數(shù)。其次，回填米數(shù)較多，再次鉆孔時，溶洞底板至孔底段的回填物被不停的壓縮，不能提供足夠的支撐力使更多的回填物擠入溶洞內(nèi)，故此時形成的溶洞內(nèi)人工造壁十分薄弱，很容易在鉆孔中被震塌。

圖1

3.2混凝土回填

一些孔位處于溶洞與巖層的交界處，或溶洞底部傾角過大時，經(jīng)回填片石處理達(dá)不到明顯效果，可采用混凝土回填的方法，一些溶洞高度過大的溶洞也可采用此種方法。

混凝土回填工藝與水下灌注樁基本相同，不再贅述，回填至溶洞頂口以上1m處左右即可，砼標(biāo)號采用水下C30，回填后應(yīng)當(dāng)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上時再恢復(fù)鉆進(jìn)。

3.3 其它回填物回填

袋裝水泥適用于底下暗河處理，一些孔位出入地下暗河之上，回填物極易被水流沖走，此時采用袋裝水泥回填能起到很好的效果。應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格確定地下暗河標(biāo)高，溶槽高度，根據(jù)溶槽口高度及樁徑來控制投放袋裝水泥的數(shù)量。投放時，可使用草繩或麻神等將數(shù)袋袋裝水泥捆綁為一個整體，以加強(qiáng)袋裝水泥的抗水流沖擊作用。回填后以錘頭壓實，待強(qiáng)度達(dá)到后再次鉆進(jìn)。如此可在地下暗河的河道內(nèi)形成一個袋裝水泥的“壩體”，將鉆孔樁的孔位與地下暗河隔離。

水泥拌土適用于巖溶裂隙，此種孔位大多表現(xiàn)為緩慢漏漿。選擇粘性較好的粘土，但水分不宜過大，水泥采用普通硅酸鹽水泥，以每方土100kg～200kg水泥的比例，使用挖機(jī)進(jìn)行充分拌合。將拌制好的水泥拌土回填入待處理的孔內(nèi)，每回填1至2米，應(yīng)使用錘頭進(jìn)行壓實，如此回填至溶洞上口1～2米左右即可。回填后，應(yīng)間隔24小時以上才能恢復(fù)鉆進(jìn)。

4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)

鋼護(hù)筒跟進(jìn)是巖溶處理的重要方法之一，它可以有效地防止鉆孔樁孔內(nèi)坍塌、地面下陷，對于漏砼也有一定的作用。但由于鋼護(hù)筒跟進(jìn)成本較大，故僅在巖溶發(fā)育豐富處、樁長超長、土層粘度極低、或溶洞埋深較淺等情形下使用。

4.1 鋼護(hù)筒跟進(jìn)參數(shù)選取

鋼護(hù)筒跟進(jìn)參數(shù)原則：起到穩(wěn)定作用、滿足工藝要求、經(jīng)濟(jì)。根據(jù)鐘鳴特大橋巖溶鉆孔樁施工選出鋼護(hù)筒跟進(jìn)的參數(shù)有：

（1）鋼護(hù)筒幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)：每節(jié)高1.5m、直徑較樁徑大20-40cm，直徑小于1.5m時壁厚8mm，直徑大于或等于1.5m時采用12mm。

（2）跟進(jìn)參數(shù)：單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)至堅硬的巖層頂口或第一層溶洞底口，多層溶洞可采取多層鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，先外層，后內(nèi)層，每加一層鋼護(hù)筒，則護(hù)筒底口至下一層溶洞底口。內(nèi)層鋼護(hù)筒直徑比外層鋼護(hù)筒直徑小5-15cm，同時要保證最內(nèi)層護(hù)筒直徑比樁徑大15-25cm，防止卡鉆，一般情況下鋼護(hù)筒層數(shù)不超過三層。如圖2

圖2

4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝簡要及注意事項

鋼護(hù)筒跟進(jìn)現(xiàn)場工藝流程為：鋼護(hù)筒制作加工、掃孔、鋼護(hù)筒逐根或數(shù)根吊裝入孔焊接跟進(jìn)。

注意事項：掃孔是必做準(zhǔn)備工作，確保鋼護(hù)筒順利跟進(jìn)及垂直度；溶洞區(qū)間鋼護(hù)筒應(yīng)采取滿焊；當(dāng)鋼護(hù)筒遇阻時，應(yīng)在護(hù)筒頂口上蓋跑道板，再使用鉆錘輕壓；鋼護(hù)筒跟進(jìn)并非在孔內(nèi)溶洞為空洞時進(jìn)行，鋼護(hù)筒所穿過的溶洞內(nèi)應(yīng)首先使用粘土回填后沖孔才可。

5 注漿

巖溶鉆孔樁先導(dǎo)管法注漿，是利用鉆孔，將漿液注入溶洞或裂隙中，通過置換、充填、擠壓等方式以改善其物理力學(xué)性質(zhì)的方法。

巖溶注漿的工藝與一般其它注漿工藝基本相同，不再過多敘述。

鐘鳴特大橋共有三處使用了此法，分別是：

（1）跨蕪銅鐵路路基安全注漿；其原因為通過對既有線路基監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)臨近既有線巖溶鉆孔樁施工對其路基沉降影響較大，故在巖溶鉆孔樁與路基間進(jìn)行注漿，防止路基加速沉降。

（2）69#、70#墩鉆孔樁超前注漿；該處樁徑2m，樁長48-77.5m，樁徑大、樁長長，且底下溶洞發(fā)育非常豐富，溶洞最大高度20余米，溶洞層數(shù)最多超過7層溶洞。采取注漿可大大縮短施工工期，同時保證樁基施工質(zhì)量。

（3）85#墩鉆孔樁超前注漿；該處在施工數(shù)根樁基后，發(fā)現(xiàn)此處距離鐘鳴鎮(zhèn)地下水取水源僅100m，長期的樁基施工造成水質(zhì)輕微污染，故選取注漿方法，加快施工進(jìn)度，且取消水玻璃等對水源有污染的添加劑。

6 混凝土灌注注意事項

混凝土灌注是巖溶鉆孔樁施工最為關(guān)鍵的一步，在進(jìn)行混凝土灌注時注意以下幾點：

（1）混凝土坍落度不可過大，取160-180mm；

（2）除首封混凝土外，其余混凝土應(yīng)緩慢進(jìn)行灌注；

（3）加大導(dǎo)管埋深應(yīng)，一般鉆孔樁導(dǎo)管埋深取6-8m，巖溶鉆孔樁加大到8-10m；

（4）導(dǎo)管拆卸應(yīng)盡量避開溶洞處；

（5）勤測量，時刻掌握混凝土面的上升情況；

（6）當(dāng)發(fā)生漏砼現(xiàn)象時，及時跟進(jìn)導(dǎo)管，保證導(dǎo)管底口始終處于混凝土面以下且加速混凝土灌注速度；

（7）灌注完畢后，將導(dǎo)管留置數(shù)節(jié)于混凝土面以下觀察，且每隔5-8分鐘抖管一次，避免堵管，半小時液面穩(wěn)定不下降，則可拔出導(dǎo)管，結(jié)束灌注。

7 結(jié)束語

巖溶鉆孔樁施工，最為關(guān)鍵的是根據(jù)地質(zhì)情況、周邊情況以及工期狀況選取合適的巖溶處理方法，在保證工期以及施工質(zhì)量的前提下，盡量選取總體成本較低的施工方法。目前鐘鳴特大橋樁基施工已經(jīng)完畢，從樁基檢測結(jié)果看分析，所選取的巖溶處理方法正確，滿足了質(zhì)量、工期、成本要求。