巖溶洞穴地區(qū)鉆孔灌注樁的施工工藝探究

曹瑞普 張杰

摘 要：在巖溶洞穴特殊地質(zhì)條件下，橋梁樁基施工過程中常發(fā)生卡鉆、漏漿、斜孔等現(xiàn)象。本文結(jié)合貴州省安順市馬場(chǎng)大橋的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了巖溶洞穴地區(qū)鉆孔樁施工工藝和施工要點(diǎn)，并對(duì)常見問題提出了相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵字：巖溶洞穴 施工工藝 施工要點(diǎn) 對(duì)策

1.工程地質(zhì)概況

馬場(chǎng)大橋位于貴州省安順市境內(nèi)，屬云貴高原剝蝕—溶蝕低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，總體地勢(shì)東低西高，地形起伏較大。馬場(chǎng)大橋，全橋布置1*24+8*32+1*24m簡支箱梁，全長347.668m，橋梁下部均為鉆孔樁樁基礎(chǔ)，共計(jì)12個(gè)墩臺(tái)；樁基直徑為125cm，鉆孔樁最大樁長40m，最小樁長8m。

該橋位處于巖溶洞穴不良地質(zhì)條件下，橋址處于露碳酸鹽灰?guī)r地層，地表主要為溶溝溶槽及溶蝕小孔；地下主要為巖溶洞穴。在各墩臺(tái)鉆孔中均發(fā)現(xiàn)有地下溶洞，一般呈串珠狀發(fā)育，內(nèi)為空洞或?yàn)檐浰軤铕ね翃A角礫充填，洞徑多為0.5-6米。橋址巖溶發(fā)育深度在高程1216-1257m垂直帶，局部并伴有溶蝕破碎帶發(fā)育。通過地質(zhì)鉆探發(fā)現(xiàn)其中7#-3樁基處巖溶最大洞徑約17m，為軟土填充。

2.巖溶洞穴地區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝

2.1鉆具及鉆進(jìn)方式的選擇

針對(duì)馬場(chǎng)大橋尤其是樁基7#-3的巖溶地質(zhì)，巖溶溶洞較大，且呈串珠狀分布（其中最大溶洞洞徑為17m），施工技術(shù)難度大。為保證施工質(zhì)量，確保施工進(jìn)度及施工安全，采用鋼絲繩沖擊鉆成孔并配合鋼護(hù)筒跟進(jìn)，主要是考慮小溶洞回填片石、粘土，大溶洞鋼護(hù)筒跟進(jìn)，沖擊鉆能夠適應(yīng)不同條件的鉆進(jìn)，在施工中方便提錘安裝護(hù)筒、也可通過回填片石和黏土有效的處理斜巖、溶洞等問題，并能通過砸實(shí)擠密解決漏漿問題，從而有效地防止塌孔。

2.2施工工藝

2.2.1場(chǎng)地準(zhǔn)備

首先檢查場(chǎng)地是否平整，清除場(chǎng)地范圍內(nèi)的雜物、換除軟土、整平夯實(shí)；開挖泥漿、沉淀池設(shè)置泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)。

2.2.2測(cè)量放樣

以測(cè)量控制導(dǎo)線點(diǎn)為基礎(chǔ)，將樁位位置用全站儀進(jìn)行精確放樣，并設(shè)置護(hù)樁；沖擊鉆就位，測(cè)量誤差控制在5mm以內(nèi)。

2.2.3埋設(shè)護(hù)筒

孔口護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)孔徑大20cm，護(hù)筒長度為3m-4m；埋設(shè)護(hù)筒時(shí)用十字樁校正，護(hù)筒周圍換填粘土并分層夯實(shí)加固，避免護(hù)筒下沉；護(hù)筒高出地面50cm，護(hù)筒傾斜偏差不得大于1%。

2.2.4鉆機(jī)就位

護(hù)筒埋置準(zhǔn)備無誤后，沖擊鉆就位對(duì)準(zhǔn)按零誤差控制；機(jī)就位必須穩(wěn)固。

2.2.5鉆孔

開鉆前須進(jìn)行技術(shù)交底，技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)書面通知機(jī)組，交待該機(jī)所鉆樁基的孔徑、孔深、護(hù)筒頂至樁底深度，地質(zhì)柱狀圖及溶洞分布詳圖。

施工前根據(jù)樁基地質(zhì)柱狀圖及巖溶分布，在孔口附近提前準(zhǔn)備片石、黏土、水和水泥等，片石和黏土重量比例為1：1。同時(shí)開挖較大泥漿池，儲(chǔ)備泥漿制備量，較正常施工時(shí)多出50m3的泥漿，以備漏漿時(shí)使用，同時(shí)加大泥漿稠度，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土或黏土現(xiàn)場(chǎng)造漿。

下面以樁基7#-3為例，根據(jù)樁基立面展示圖中在鉆進(jìn)孔底標(biāo)高1239.62m時(shí)有1.1m深度的溶洞，在1238.02往下有1m的溶洞，在1235.22m時(shí)有小于1m深度的溶洞，溶洞體積較小，即在鉆進(jìn)距該溶洞頂板時(shí)0.5m時(shí)，鉆頭采用小沖程低錘輕沖擊、慢沖擊，避免過大沖擊振動(dòng)溶洞，出現(xiàn)孔壁垮塌造成卡錘現(xiàn)象。

待沖擊鉆鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)圖紙上孔底標(biāo)高為1233.92m顯示最大溶洞頂不到一米時(shí)，開始放置鋼護(hù)筒至孔內(nèi)，護(hù)筒直徑大于孔徑10cm，每節(jié)長度為7.5m，壁厚能使護(hù)筒保持圓筒不變形；必要時(shí)用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉，振動(dòng)錘必須平穩(wěn)，并固定在護(hù)筒頂面的平面位置一定要居中，盡可能避免因偏心造成護(hù)筒偏斜。同時(shí)采用水平尺嚴(yán)格控制好各節(jié)護(hù)筒焊接的垂直度。待溶洞頂擊穿后，鋼護(hù)筒慢慢隨振動(dòng)錘振動(dòng)下沉。然后護(hù)筒一節(jié)一節(jié)焊接入孔。當(dāng)溶洞頂被擊穿時(shí)泥漿面急速下降，這時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備好相當(dāng)?shù)哪酀{和粘土、片石，以備使用。

待將鋼護(hù)筒下至最大溶洞底部后，再用沖擊鉆繼續(xù)沖擊到設(shè)計(jì)樁底。

2.2.6清孔并下鋼筋籠

在終孔檢查符合設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)清孔，避免孔內(nèi)泥漿沉淀至樁底，造成泥漿護(hù)壁失效出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。清孔采用換漿法將鉆渣循環(huán)排出孔口至沉淀池，必要時(shí)人工采用掏渣桶將浮渣清除直至泥漿三指標(biāo)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并經(jīng)監(jiān)理工程師同意后及時(shí)下鋼筋籠。

2.2.7水下混凝土的灌注

混凝土采用導(dǎo)管法灌注，為了防止孔壁存在沒有完全充填的溶洞，而使在灌注過程中混凝土的流失，進(jìn)而造成導(dǎo)管埋深深度不夠，形成斷樁。要求導(dǎo)管的埋入混凝土的深度保持在5-9m，每次拆導(dǎo)管前要在不同的位置測(cè)量2-3個(gè)點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才能進(jìn)行。

3巖溶洞穴地區(qū)鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)

（1）開鉆前，將樁基地質(zhì)柱狀圖掛在鉆機(jī)上，讓每個(gè)施工人員都充分掌握溶洞的位置、大小和充填情況等資料；在鉆進(jìn)過程中，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員對(duì)施工人員進(jìn)行跟班技術(shù)作業(yè)，隨時(shí)測(cè)量孔深，并根據(jù)孔深確定地層狀況從而采用不同的沖程和處理方法。

（2）樁基鉆孔時(shí)在附近配備挖掘機(jī)和鏟車，同時(shí)在孔口附近儲(chǔ)存一定數(shù)量的片石、黏土、水泥。當(dāng)鉆至溶洞時(shí)及時(shí)回填片石黏土并循環(huán)沖擊形成固壁，并及時(shí)補(bǔ)漿繼續(xù)鉆進(jìn)。

（3）沖擊至溶洞頂時(shí)，為防止溶洞頂板巖層軟硬不一致、厚度不等時(shí)鉆頭受力不均而導(dǎo)致出現(xiàn)卡鉆、斜孔，采用回填與巖層強(qiáng)度相等的片石黏土以平衡鉆頭。

（4）當(dāng)回填片石黏土并循環(huán)沖擊并不能解決漏漿現(xiàn)象時(shí)，可在補(bǔ)水后拋填袋裝水泥并伴有片石黏土的混合物，然后進(jìn)行小沖程沖擊，如此反復(fù)操作，直到凝固后的水泥黏土漿把漏漿口封堵為止。

4巖溶洞穴地區(qū)鉆孔灌注樁施工常見問題即對(duì)策

巖溶洞穴地區(qū)主要是碳酸鹽灰?guī)r地層，地表巖溶主要為溶溝溶槽及溶蝕小孔，該巖溶地區(qū)的特殊性決定施工過程中出現(xiàn)常見事故的現(xiàn)象不可避免。

（1）卡鉆

卡鉆主要原因是鉆頭在孔內(nèi)碰到大的探頭，石塊落在鉆頭與孔壁之間；鉆頭未及時(shí)焊補(bǔ)導(dǎo)致鉆孔直徑逐漸變小，使鉆頭入孔沖擊被卡??；上部孔壁坍落物卡住鉆頭。

處理措施：鉆頭上下活動(dòng)，調(diào)整鉆頭方向，讓石塊落下；若孔徑已變小，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆頭直徑，并在孔徑變小處反復(fù)沖刮孔壁，以增大孔徑；若仍無效，則用小鉆頭放入孔內(nèi)，沖擊大鉆頭直至松動(dòng)。

（2）漏漿

漏漿主要是鉆頭鉆至溶洞時(shí)或者沖鉆擊振動(dòng)引起孔壁脫石開裂，泥漿流向溶洞內(nèi)，水頭急劇下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致泥漿護(hù)壁失效造成塌孔。

處理措施：在遇到漏漿現(xiàn)象時(shí)首先迅速補(bǔ)水并回填片石黏土，必要時(shí)摻加袋裝水泥，循環(huán)回填沖擊使孔壁擠壓密實(shí)形成一道固壁。

（3）斜孔

斜孔是巖溶地區(qū)鉆孔施工常見的問題。一般是因?yàn)榭椎讕r層為斜巖或巖層軟硬不一，遇到探頭石或溶洞頂板厚度不等，致使鉆頭受力不平衡傾斜沖擊。

處理措施：拋填強(qiáng)度與孔內(nèi)巖層一致的片石黏土小沖程循環(huán)沖擊。

4.結(jié)束語

本文結(jié)合貴州省馬場(chǎng)大橋的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)巖溶洞穴地區(qū)中鉆孔灌注樁施工提出采用回填片石、黏土配合鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等多項(xiàng)有針對(duì)性的施工工藝，并對(duì)施工常見問題：卡鉆、漏漿、斜孔等提出了相應(yīng)對(duì)策，從而為巖溶洞穴地區(qū)樁基施工提供了依據(jù)，具有一定工程使用價(jià)值。

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