巖溶地區(qū)水中超厚卵石樁基施工技術(shù)研究

胡鵬飛

摘 要：巖溶地質(zhì)在我國有著廣泛的區(qū)域分布，研究巖溶地質(zhì)條件下施工問題有著重要的現(xiàn)實意義。本文主要通過介紹廣東省韶關(guān)市廣樂高速韶關(guān)段武江上水中超厚中密卵石及溶洞層樁基成孔技術(shù)的研究，并在實踐中提出了“三個八”施工工藝，有效地解決了樁基成孔難的問題。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū) “三個八”施工工藝 樁基成孔

1.項目概述

武江大橋位于韶關(guān)境內(nèi)武江上，據(jù)現(xiàn)場考察，由于當(dāng)?shù)厝嗽诤哟膊缮白鳂I(yè)，河道中央設(shè)計時原為沙洲，現(xiàn)為砂場，且采砂預(yù)棄卵石于河床上，形同土堰。

武江大橋水中樁基施工受溶洞、卵石層、裂隙發(fā)的影響較大，而且沖孔樁鉆進(jìn)過程中，遇到溶洞、裂隙發(fā)育的位置時，泥漿會向溶洞或裂隙處泄漏，泥漿泄漏迅速來不及補給，造成泥漿水頭下降，破壞孔內(nèi)外水壓平衡，從而導(dǎo)致卵石層漏漿、坍孔、埋鉆、掉鉆，嚴(yán)重的會導(dǎo)致水上鋼平臺塌陷、鉆機傾覆，嚴(yán)重威脅施工人員安全。因此，如何確定武江大橋水中樁基施工工藝是武江大橋樁基施工的一個難點，也是確保水上作業(yè)平臺人員安全的一個重點。

2.沖擊成孔過程中事故分析

武江大橋水中卵石溶洞樁基溶洞形式多樣：串珠溶洞，填充、半填充溶洞、無填充均有，最大溶洞達(dá)9.2m。如何防止漏漿和保證溶洞不坍塌是水中超厚卵石溶洞樁基成孔的關(guān)鍵，其一般出現(xiàn)的問題有：

（1）孔內(nèi)泥漿水位突然下降，導(dǎo)致互通下沉或偏位；（2）沖進(jìn)時鉆頭懸空、偏錘，可出現(xiàn)掉鉆、卡鉆；（3）溶洞坍塌，可出現(xiàn)擴(kuò)孔、埋鉆；（4）清孔困難，出現(xiàn)清孔過程中塌孔。

其可根據(jù)孔內(nèi)水頭的變化判斷溶洞的類別，并根據(jù)不同的類別進(jìn)行不同方式的處理：

（1）孔內(nèi)水頭突然下降，且泥漿稠度和相對密度不斷變小，補充大量泥漿仍出現(xiàn)下降，這時可判斷該鉆進(jìn)區(qū)域可能為較大溶洞或是連通式溶洞；

（2）孔內(nèi)水頭下降迅速，泥漿稠度不變化或變化較小，向護(hù)筒內(nèi)補充泥漿可以維持水頭，這時可判斷該鉆進(jìn)區(qū)域可能為半填充溶洞或溶洞較?。?/p>

（3）進(jìn)尺突然加快，孔內(nèi)水位無明顯的變化，有時候提錘而錘自動下沉，這時可判斷該鉆進(jìn)區(qū)域可能為全填充溶洞；

（4）孔內(nèi)水位無明顯變化，但在沖進(jìn)過程中出現(xiàn)偏錘，這時我們判斷該鉆進(jìn)區(qū)域可能進(jìn)入了巖溶范圍，鉆錘可能在溶洞的側(cè)壁或頂部。

對于大型、串珠式溶洞樁基采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、改進(jìn)樁基施工工藝；由于大型、串珠式溶洞采用拋黃泥片石回填在成本和效率上都是非常高的，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，鋼護(hù)筒全程穿過溶洞，改進(jìn)施工工藝，能很好的防止出現(xiàn)漏漿情況；

對于半填充、無填充溶洞較小的樁基采用拋填粘土、片石（粘稠劑）方法進(jìn)行施工，當(dāng)回填片石黃泥效果不是很明顯時，澆筑少量低標(biāo)號混凝土，在混凝土即將初凝時采用低錘、低沖程沖擊，將混凝土擠入樁基孔壁對其進(jìn)行加固。

3.樁基成孔的關(guān)鍵

3. 1鋼護(hù)筒施工關(guān)鍵技術(shù)

鋼護(hù)筒每節(jié)3m，每沖進(jìn)3m，鋼護(hù)筒跟進(jìn)3m，鋼護(hù)筒刃腳與沖孔底高度不超過0.5m，因而跟進(jìn)施工最重要的是保證打入鋼護(hù)筒的垂直度、中心坐標(biāo)，確保不會因為鋼護(hù)偏位導(dǎo)致樁心偏位、護(hù)筒傾斜導(dǎo)致護(hù)筒跟部掛錘；同時防止跟進(jìn)的鋼護(hù)筒在四周壓力及跟部巖層硬不同等條件下變形。

（1）針對鋼護(hù)筒偏位的處理辦法

采用精度高的測量設(shè)備，嚴(yán)格按照鋼護(hù)筒設(shè)計圖紙坐標(biāo)放樣，鋼護(hù)筒埋設(shè)點放樣后，應(yīng)在鋼平臺上焊接限位裝置對埋設(shè)鋼護(hù)筒進(jìn)行限位；在鋼護(hù)筒下放后、打設(shè)前，對其坐標(biāo)再次進(jìn)行測量復(fù)核。

（2）針對鋼護(hù)筒傾斜的處理辦法

選用夾口對稱布置的振動錘，使錘沖擊力的合力作用點更接近護(hù)筒中心；在鋼護(hù)筒安裝前，采用定位導(dǎo)向架引導(dǎo)其垂直下沉；在焊接接長時，先糾正下沉鋼護(hù)筒的垂直度，然后利用導(dǎo)向架固定接長鋼護(hù)筒，保證接長段的垂直度；

（3）針對鋼護(hù)筒變形的處理辦法

增加第一節(jié)鋼護(hù)筒厚度，在第一節(jié)護(hù)筒最下端50cm高度內(nèi)進(jìn)行加厚，厚度為28mm，同時為了減小鋼護(hù)筒跟進(jìn)的阻力，在加厚度段跟部打磨出刃腳；若鋼護(hù)向跟部下方巖層堅硬或不均勻，采用先沖擊后跟進(jìn)，逐步跟進(jìn)的辦法，防止鋼護(hù)筒變形。

（4）針對鋼護(hù)筒跟部卵石層塌孔、掛錘的處理辦法

為避免鋼護(hù)筒底漏漿、鋼護(hù)筒以下卵石層塌孔，要仔細(xì)分析設(shè)計提供的地質(zhì)資料，不同的地質(zhì)層、不同的樁位，需埋設(shè)不同深度的鋼護(hù)筒，埋設(shè)深度應(yīng)以穿過不良地質(zhì)為宜；同時在樁擊沖孔至護(hù)筒跟部時，澆筑少量低標(biāo)號砼，待砼初凝前利用樁錘將混凝土擠入側(cè)壁對該段孔壁進(jìn)行加固，起到裹住護(hù)筒刃腳防止掛錘的作用。3.2泥漿性能指標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)

泥漿的性能是泥漿的組成以及其各組分間相互物理化學(xué)作用的宏觀反映，是反映泥漿質(zhì)量的具體參數(shù)。泥漿性能及其變化，直接影響著機械鉆速、鉆頭壽命、孔壁穩(wěn)定和預(yù)防孔內(nèi)問題等一系列鉆進(jìn)工藝問題。泥漿的主要性能有泥漿相對密度和固相含量、泥漿的流變特性、泥漿的濾失性能，以及泥漿的含砂率、膠體率和酸堿度等。其最重要的主要為相對密度、粘度、含砂率。

（1）相對密度

泥漿的相對密度是泥漿與同體積的水的質(zhì)量之比，泥漿的相對密度增大時，在沖孔中對孔壁的側(cè)壓力也相應(yīng)增大，孔壁也越趨穩(wěn)定，懸浮攜帶鉆渣的能力也越大。但是，相對密度過大的泥漿，孔壁上的泥皮也增厚，這就會鉆錘產(chǎn)生較大的磨損，造成清孔和灌注混凝土的困難。

（2）粘度

粘度是液體或者混合液體運動時，各分子或顆粒之間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。粘度大的泥漿，產(chǎn)生的孔壁泥皮厚，對防止翻砂、阻隔滲漏有利，對懸浮攜帶鉆渣的能力強，對正循環(huán)回旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有利。但粘度過大，容易“黏鉆”，影響泥漿泵的正常工作，增加泥漿凈化的難度，進(jìn)而影響鉆進(jìn)速度。粘度過小、鉆渣不易懸浮，泥皮薄，對防止翻砂、滲漏不利。因此，粘度應(yīng)能保持泥漿中土顆粒呈懸浮狀態(tài)，且處于膠凝狀態(tài)的土顆粒具有一定的抗剪強度，能抵抗孔壁面土顆粒進(jìn)入泥漿中，而在孔壁處形成泥皮為宜。

（3）粘土

泥漿一般由水、粘土和添加劑組成。由于大部分人員對泥漿中的粘土組成成分不夠重視，因此泥漿成分的不合格主要為粘土的選擇不當(dāng)。為保證泥漿質(zhì)量，一般選用塑性指數(shù)大于25，粒徑大于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘土制漿。

要求鉆進(jìn)過程中，泥漿指標(biāo)相對密度應(yīng)控制在1.3-1.4，粘度20-24s，含砂率<4%，膠體率>96%；泥漿清孔后，鋼筋籠下放完畢時間間隔不得大于2h，情況后特別是泥漿相對密度最好介于1.1～1.2之間。（當(dāng)清孔在2h以內(nèi)時用原漿清孔（相對密度1.1～1.2之間）排渣效果好，沉淀少，而用減少相對密度的泥漿清孔，排渣效果差，出現(xiàn)了塌孔現(xiàn)象，排渣效果差，沉淀厚，且時間越短越明顯。圖1為在靜止?fàn)顟B(tài)下沉渣厚度與時間的關(guān)系圖： 3.3“三個八”施工工藝的關(guān)鍵技術(shù)

“三個八”施工工藝指的是對樁機沖擊過程的控制：提錘高度80cm，八個小時的進(jìn)尺為80公分。

針對孔壁卵石松散程度較高的情況，選用小沖程80公分，有利于減小對卵石穩(wěn)定性的影響，沖進(jìn)過程中回填黃泥、片石，然后進(jìn)行沖進(jìn)，不斷的多次回填沖擊，將黃泥片石擠入孔壁，使孔壁更加密實。

為保證三個八施工工藝的實施，要求鉆機操作手控制沖擊頻率、沖擊沖程和懸距（沖擊頻率不得小于40次/min，沖程為0.8m，懸距不得大于0.5m，每次松繩長度不得大于0.5m）。

每沖進(jìn)20cm，回填粘土、片石50cm（粘土、片石質(zhì)量比1：0.5），2分鐘后再次沖進(jìn)，共2～3次，循環(huán)進(jìn)行直至鉆進(jìn)沖進(jìn)80cm為止；如按上述比例與高度施工樁基仍出現(xiàn)繼續(xù)漏漿現(xiàn)象，增加泥漿的膠體率，需增加回填高度（建議增至護(hù)筒底往上1m），必要時拋填水泥（拋填比例為1∶0.2）。

4.取得的成效

大大縮短了成樁時間，水中樁基成孔由原來平均每70天成孔1根樁基縮短為每20天左右就可成孔1根樁基，大大的加快了施工進(jìn)度；減少了塌孔反復(fù)回填成本，大大提高了一次性成孔率和減少了塌孔次數(shù)。

5.結(jié)語

巖溶地區(qū)樁基成孔，特別是巖溶地區(qū)水中超厚卵石樁基成孔的重、難點在于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工過程中的不可預(yù)見性太多。要根據(jù)不同的溶洞發(fā)育情況，選擇不同的施工工藝及施工方法。通過實踐證明，鋼護(hù)筒跟進(jìn)和“三個八”樁基施工工藝結(jié)核性應(yīng)用能很好地解決溶洞地區(qū)的樁基成孔的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]范春.巖溶地區(qū)樁基鋼護(hù)筒沖擊成孔工藝[A].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，（30）：15.

[2]吳辰光.巖溶地區(qū)沖子孔灌注樁施工漏漿塌子孔處理方法[B].西部探礦工程，2007，（8）：35.

[3]張海平.超厚細(xì)砂層地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁泥漿指標(biāo)控制[A].甘肅科學(xué)學(xué)報，2005，（4）：47.