巖溶地質(zhì)條件下的鉆孔樁施工方法及常見病害的防治

沈紅國　王昕

【摘要】本文結(jié)合黃咸高速公路巖溶復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工的實(shí)際情況，介紹該條件下鉆孔灌注樁的幾種施工方法；同時(shí)分析了在實(shí)際施工過程中遇到的一些常見病害的預(yù)防措施和解決方法。

【關(guān)鍵詞】橋梁樁基；巖溶復(fù)雜地質(zhì)；施工方法；常見病害；防治

1.概述

黃咸高速橋梁工程主要有4座。根據(jù)樁基地質(zhì)補(bǔ)鉆探資料顯示，陳勉灣1#中橋樁位全部存在溶洞，渠首河大橋大部分樁位存在溶洞，溶洞大小不一，樁基類型設(shè)計(jì)為嵌巖摩擦樁。根據(jù)地質(zhì)情況及經(jīng)濟(jì)效益分析，此兩橋樁基全部采用鉆孔法施工。地質(zhì)情況由上而下依次為粉質(zhì)粘土1-3m、粗礫砂3～6m、石灰?guī)r、溶洞及溶洞填充物軟塑粘性土、灰?guī)r碎塊等。

2.巖溶地質(zhì)條件下的鉆孔樁施工處理方法

2.1粉質(zhì)粘土覆蓋層下粗礫砂層地質(zhì)情況

渠首河大橋橋址區(qū)為渠首河，河床受泄洪及沖刷影響，表層土下覆蓋約4m深的粗礫砂層，因透水性極強(qiáng)，在如此飽和松散的礫砂層中進(jìn)行鉆孔樁施工，對成孔非常不利，極易引起礫砂土涌入孔內(nèi)造成塌孔、漏漿。

2.1.1解決的方法與實(shí)踐。

2.1.1.1施工原理。在沖擊孔過程中，投入一定比例（按1：2）的片石和粘土塊，形成片石泥漿護(hù)壁。由此可達(dá)到兩個(gè)效果：一是加快進(jìn)尺。當(dāng)投入的片石入孔底砂層，沖錘自由下落首先作用于片石并將其擊碎，同時(shí)片石又把沖錘的動(dòng)能傳至孔底砂層，從而孔底砂層容易懸浮于泥漿中；二是護(hù)壁作用。由于片石在孔底受到重錘的反復(fù)沖擊必然使片石向孔壁擠壓，致在沖擊成孔過程中，周圍砂層孔壁便形成厚度為10～20CM的牢固的片石泥漿層，而產(chǎn)生理想的護(hù)壁效果。

2.1.1.2施工方法。在正常鉆孔施工到礫砂層以上50CM時(shí)拋入10～30CM的片石和粘土塊。拋入量為：片石每次0.05～0.1方，粘土每次0.2～0.3方，每進(jìn)尺1.5M拋入一次，拋入片石時(shí)須注意均勻拋平，粘土拋入量可根據(jù)施工中泥漿的濃度適當(dāng)增減。在回填后沖擊過程中注意必須放慢進(jìn)尺速度，確保回填擠密效果。

2.1.2小結(jié)。采用片石泥漿護(hù)壁工藝，成功的解決了飽和礫砂層鉆孔樁護(hù)壁的穩(wěn)定問題，并加快了施工進(jìn)度。此辦法在該橋大量應(yīng)用，處理效果良好，在同類工程中可借鑒使用。

2.2溶巖地質(zhì)情況下樁基施工方法

根據(jù)溶洞大小分為小溶洞（高度小于3m）、大溶洞（高度大于3m）和多層溶洞。對于小溶洞采用沖擊鉆鉆進(jìn)成孔，溶洞空隙采用回填片石及粘土擠密；對于大溶洞采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，一邊鉆進(jìn)，一邊下沉鋼護(hù)筒；對于多層溶洞采用回填片石黏土擠密。

2.2.1解決的方法與實(shí)踐。

2.2.1.1施工原理。無論回填片石粘土還是下鋼護(hù)筒，均是為了能順利成孔，起到護(hù)壁作用，且不影響灌注的質(zhì)量。

2.2.1.2施工方法。（1）、溶洞內(nèi)有充填物。當(dāng)溶洞內(nèi)有充填物是可塑或軟塑的亞粘土，并且溶洞不漏水，這時(shí)不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向數(shù)量多少，都可以不考慮溶洞的存在，在注意不卡鉆的情況按照正常的地質(zhì)情況施工成孔。但須注意以下兩點(diǎn)：1）、較大溶洞要注意投入片石固壁，避免混凝土超灌量過大，保證成樁質(zhì)量。2）、如樁基為摩擦樁，溶洞深度超過1米時(shí)，提請?jiān)O(shè)計(jì)單位增加樁長。（2）、無充填或半充填小溶洞施工。1）、溶洞內(nèi)無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以內(nèi)，但存在嚴(yán)重漏水，護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持時(shí)，擬采用片石粘土水泥筑壁法，既投入片石、粘土、水泥方法處理：①、在孔位附近準(zhǔn)備大量粘土、片石和適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥，設(shè)置2個(gè)容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿，能及時(shí)補(bǔ)漿和回填樁孔。②、在接近溶洞頂板1m左右時(shí)，加大泥漿比重，小沖程沖擊，逐漸擊穿頂板，同時(shí)加強(qiáng)對孔內(nèi)泥漿面變化的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面明顯下降，立即提起沖錘，及時(shí)補(bǔ)充泥漿，回填粘土、片石和袋裝水泥（重量比1：1：0.4），停置一段時(shí)間（一般24h）。在停置期間，若孔內(nèi)泥漿繼續(xù)下降，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充泥漿和回填混合物，待孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定后，方可繼續(xù)沖孔，采用小沖程沖擊投下混合物，使其擠入溶洞中，堵塞溶洞通道。③、在沖擊過程中，孔內(nèi)泥漿還會多次下降，每次泥漿下降，都要及時(shí)提起沖錘，補(bǔ)充泥漿和回填粘土、片石，并停止沖孔一天，待穩(wěn)定后繼續(xù)沖孔。如此循環(huán)反復(fù)，直到樁孔不再漏漿為止，順利穿越溶洞。2）、兩層及多層小溶洞施工。①、兩層及多層小溶洞處理方法同單層小溶洞，采用投入片石、粘土和水泥方法施工。對于兩層及多層溶洞，特別是本工程部分存在多層溶洞，并且溶洞間夾層較薄，在接近溶洞頂板1m左右時(shí)，加大泥漿比重，換成小沖錘小沖程沖擊，逐漸擊穿頂板，同時(shí)加強(qiáng)對孔內(nèi)泥漿面變化的監(jiān)測，沖破頂板后換回原沖錘并反復(fù)多次投入片石、粘土和水泥，按上述方法反復(fù)沖擊直至形成泥石護(hù)壁，施工完上層后按同樣方法處理下層溶洞。②、施工中應(yīng)特別注意不能冒進(jìn)，以防發(fā)生卡鉆或打穿兩層或多層溶洞后水頭高度急劇下降而造成的坍孔等事故。（3）、較大溶洞施工。溶洞較大（一般大于3米），洞內(nèi)無充填物或流塑充填物，漏水很嚴(yán)重，采取片石加粘土反復(fù)打密，仍然無法形成泥石護(hù)壁的，擬采用以下三種方案處理：

1）回填法 施工中出現(xiàn)上述情況后，先對溶洞進(jìn)行充填加固，用石塊、水泥、粉煤灰漿填滿溶洞，并夯實(shí)，同時(shí)加大孔內(nèi)泥漿比重，以防已成孔段塌孔，7天后再進(jìn)行成孔。施工方法同上。

2）鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工 ①、內(nèi)護(hù)筒長度的確定護(hù)筒長度l=h+3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度）；②、一般鉆頭外徑和鋼護(hù)筒內(nèi)徑空隙控制在3～5cm，保證沖擊鉆在護(hù)筒內(nèi)順利提升或下沖。③、溶洞頂部沖孔，根據(jù)超前鉆的資料，當(dāng)鉆孔施工接近溶洞頂部時(shí)，用沖擊鉆沖孔時(shí)，要求輕錘慢打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，提升高度一般不超過50cm。④、內(nèi)護(hù)筒的沉放方法 當(dāng)沖擊穿過溶洞頂部時(shí)要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻礙，說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時(shí)用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)管，用吊機(jī)把內(nèi)護(hù)筒放入外護(hù)筒內(nèi)至孔底。到孔底后，利用鉆頭重量及其震動(dòng)使內(nèi)護(hù)筒隨鉆頭的鉆進(jìn)而下沉，直到溶洞的底部。⑤、內(nèi)、外護(hù)筒間空隙及內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理

1>在內(nèi)護(hù)筒底部及頂部1m范圍內(nèi)回填砂、碎石，中部回填中砂。2>對回填體進(jìn)行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護(hù)筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)度要求達(dá)到30mpa，其抗?jié)B系數(shù)可達(dá)10-7m/s。灌漿處理后，即可重新沖孔。3>在內(nèi)護(hù)筒頂部及底部100cm范圍內(nèi)回填小碎石素水泥混凝土，內(nèi)護(hù)筒中部回填砂，同樣能起到堵塞空隙的目的。

3.施工中常見病害的防治

施工過程中對有可能影響施工質(zhì)量的問題進(jìn)行分析，并提前做出防治措施。

3.1.成孔質(zhì)量問題

3.1.1.樁孔坍塌、漏漿、冒清水

（1）現(xiàn)象：成孔過程中或成孔后，孔壁不同程度的坍塌、漏漿。

（2）原因：A.護(hù)筒埋設(shè)太淺。B.泥漿比重不夠大，孔內(nèi)水頭高度不夠，或孔內(nèi)出現(xiàn)承壓水。C.碰到溶洞處理擠密不密實(shí)，或溶洞處有較大暗河。D.成孔后待灌時(shí)間和澆灌時(shí)間過長。

3.1.2預(yù)防

（1）散塌土層中，適當(dāng)深埋護(hù)筒，密實(shí)回填土，防止鉆機(jī)自重等造成下沉、坍塌。

（2）使用優(yōu)質(zhì)泥漿，提高泥漿比重和粘度。

（3）回填片石粘土沖擊擠密過程中，沖孔進(jìn)尺的速度要放緩，確保擠密效果，碰有暗河時(shí)因流失嚴(yán)重，反復(fù)多次回填擠密。

3.1.3治理

（1）.在鋼筋籠末下入孔內(nèi)的情況下，將片石、粘土混合物回填到塌孔處以上2米，再用原徑鉆頭以優(yōu)質(zhì)泥漿掃孔，泥漿比重按1.2g/cm3左右控制。

（2）.回填施工放緩進(jìn)尺速度，確保擠密效果，漏漿嚴(yán)重時(shí)，對照分析地質(zhì)柱狀圖，可采取下鋼護(hù)筒或澆灌素砼封堵暗河。

3.2 樁孔偏斜、偏位

3.2.1現(xiàn)象：成孔后出現(xiàn)樁孔垂直偏差或偏位。

3.2.2原因：（1）鉆機(jī)不水平成鉆臺下均勻沉陷。（2）護(hù)筒埋設(shè)偏斜，鉆桿彎曲，主動(dòng)鉆桿傾斜。（3）遇大孤石或舊基礎(chǔ)等障礙物。

（4）土層軟硬不均勻，基巖面傾斜。

3.2.3預(yù)防

（1）鉆桿安裝端正，水平，穩(wěn)固，天平，轉(zhuǎn)盤中心和護(hù)筒中心三點(diǎn)成一線。護(hù)筒埋設(shè)垂直，穩(wěn)固。（2）除軟硬下均層采用輕壓慢轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)外，從軟塑粘土層，尤其流塑粘土層可從軟層進(jìn)入基巖時(shí)，籠壯鉆頭下端的錐形導(dǎo)向小鉆頭要改用平底導(dǎo)向小鉆頭，或者直接帶導(dǎo)向小鉆頭的平底鉆頭進(jìn)。

3.2.4治理

（1）在硬粘土層中發(fā)生偏斜時(shí)，用片石、粘土混合物回填偏斜處以上1—2米，待密實(shí)后，用平底合金鉆頭輕壓慢沖糾斜。

（2）在基巖面發(fā)生偏斜時(shí)，可以投入20—40MM碎石略高于偏斜處，沖擊密實(shí)后用平底合金鉆頭糾偏。施工工程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決。

3.3成樁過程質(zhì)量問題

3.3.1導(dǎo)管堵塞現(xiàn)象：在澆灌砼過程中，砼在導(dǎo)管中不能落下去、導(dǎo)管不能動(dòng)，砼面突然下沉至脫管。3.3.2原因：（1）初灌時(shí)隔水塞墻管。（2）粗骨料粒徑大；砼坍落度不符合要求，流動(dòng)性差，生產(chǎn)離析。（3）孔壁溶洞擠密效果不好，被砼壓穿。3.3.3預(yù)防：（1）隔水塞直徑要與導(dǎo)管內(nèi)徑匹配，能從管內(nèi)順利排出。（2）選用級配良好的配合比，砼拌合均勻，攪拌機(jī)拌合時(shí)間大于3分鐘。（3）為確保溶洞回填擠密的效果，根據(jù)溶洞高度大小，適當(dāng)放慢回沖的進(jìn)尺速度，灌注中當(dāng)砼面上升緩慢時(shí)，可放緩灌注速度。3.3.4治理：（1）采用長桿沖搗，強(qiáng)力抖動(dòng)導(dǎo)管可在導(dǎo)管上安裝振動(dòng)器等方法迫使隔水塞或砼下落。（2）如果上述方法處理無效，應(yīng)立即提出導(dǎo)管，進(jìn)行清理，視孔內(nèi)砼情況作二次撿球重新澆灌。

結(jié)束語

施工過程中不斷地總結(jié)、積累，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程，規(guī)范，杜絕出現(xiàn)質(zhì)量問題，制定解決問題措施。這樣才能夠確保橋梁的按質(zhì)，按期完工。減少不必要的損失。

經(jīng)超聲波檢測，黃咸高速公路全部為Ⅰ類樁，溶洞地質(zhì)條件下施工效果較理想，工期加快，可為同類地質(zhì)條件借鑒。

作者簡介

沈紅國，男（1977-10），湖北新洲縣，?？?，研究方向：路橋工程技術(shù)、現(xiàn)場管理。

王昕，女（1983-2），甘肅成縣，本科，研究方向：工程經(jīng)營管理、造價(jià)。