巖溶地質(zhì)灌注樁成孔常見問題及處理措施

■詹帥（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所，福州350004；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州350004）

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巖溶地質(zhì)灌注樁成孔常見問題及處理措施

■詹帥1，2
（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所，福州350004；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州350004）

位于灰?guī)r區(qū)的某座橋梁，巖溶為本橋的主要不良地質(zhì)，在樁基施工過程中常發(fā)生塌陷、漏漿和斜孔等問題，造成工期延誤和經(jīng)濟損失。本文針對以上主要的常見問題給出了產(chǎn)生原因、預(yù)防措施及其處理辦法，可供同類工程施工借鑒。

巖溶地質(zhì)沖孔坍塌漏漿斜孔掉鉆卡鉆

1引言

位于灰?guī)r區(qū)的某座橋梁，巖溶地質(zhì)為本橋主要地質(zhì)，發(fā)育強度屬強發(fā)育。巖溶地質(zhì)進行沖擊鉆施工，常見問題為漏漿、塌陷、斜孔和掉鉆、卡鉆，這些問題經(jīng)常困擾沖孔隊伍和施工單位，造成工期延誤和設(shè)備財產(chǎn)損失。

2地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文特征

2.1地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)勘察揭示，橋址區(qū)的巖土層按其成因分類主要有：①第四系人土填土層主要分布于丘間谷地區(qū)表層；②第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)勃土、砂類土等主要分布于丘間谷地區(qū)；③泥盆系泥質(zhì)粉砂巖及灰?guī)r。該橋位于灰?guī)r區(qū)，巖溶為本橋主要不良地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)鉆探揭露巖溶發(fā)育情況，按《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》中的巖溶分類，結(jié)合橋址巖溶統(tǒng)計數(shù)據(jù)，橋址可巖溶區(qū)巖溶發(fā)育強度屬強發(fā)育。

2.2水文特征

（1）地表水

大部分屬于丘間谷地地貌，局部為丘陵地貌。地表水較發(fā)育，主要為河流水，局部魚塘及水溝零星分布。水量受季節(jié)降雨影響較大。

（2）地下水

地下水類型主要為松散巖類孔隙水、下部基巖裂隙水及碳酸鹽巖類裂隙溶洞水，敘述如下：①松散巖類孔隙水、基巖裂隙水松散巖類孔隙水土要賦存于第四系沖積砂土層中，為壤中上層滯水，水量中等；土要接受地下徑流及大氣降水補給，以蒸發(fā)或垂直滲入基巖裂隙中形式進行排泄；基巖裂隙水主要存貯泥盆系（D）泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化帶中，水量受裂隙的發(fā)育程度及其連通性影響。②碳酸鹽巖類裂隙溶洞水泥盆系（D）灰?guī)r巖溶水：分布于整個橋址區(qū)，上覆第四系各種成因類型的堆積物，主要是第四系沖積砂土層，厚度從0.50～32.50m不等。泥盆系（D）巖性為深灰色弱風(fēng)化灰?guī)r，溶洞發(fā)育于巖層中上部，溶洞累計高度一般為0.20～32.16m，部分為空洞，充填物為軟塑一硬塑狀粉質(zhì)勃土，全充填或半充填，少量充填物為溶蝕明顯的蜂窩狀溶蝕性灰?guī)r碎塊。場地內(nèi)巖溶發(fā)育面標高遠低于地下水位，使基巖溶蝕帶匯聚存貯大量地下水。巖層的富水程度與溶洞發(fā)育規(guī)律相吻合，其主要補給來源為大氣降水、上部孔隙水及基巖裂隙水補給，巖溶水的徑流、排泄比較復(fù)雜。

3關(guān)于塌陷處理

3.1產(chǎn)生原因

地質(zhì)原因：本橋位于巖溶區(qū)巖溶發(fā)育強度屬強發(fā)育，經(jīng)過流水沖刷產(chǎn)生大小不一的溶洞地質(zhì)地貌，在沖擊鉆不斷沖擊和振動的過程中破壞含水巖土體的天然穩(wěn)定性而產(chǎn)生塌陷。具體見塌陷前后示意圖1和2。

圖1　灌注樁塌陷前示意圖

圖2　灌注樁塌陷后示意圖

3.2預(yù)防措施

（1）做好設(shè)計前的地質(zhì)勘查，設(shè)計圖紙出來后認真比對施工圖紙，在巖溶發(fā)育屬強區(qū)做好施工前的預(yù)防措施，避免產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害而造成生命設(shè)備財產(chǎn)損失；

（2）在巖溶發(fā)育屬強區(qū)，可使用片石、混凝土和鋼筋網(wǎng)進行地表加固，使用混凝土高壓噴射槍對地表下的沙土層進行固結(jié)；

（3）根據(jù)設(shè)計圖紙中地層劃分明細，在錘頭快進入巖溶區(qū)時減慢錘進速度，開始低錘小沖程密擊，錘高0.4～0.6m，預(yù)防巖洞大面積塌陷。

3.3處理辦法

（1）填堵法：一般用于塌陷坑較淺時的處理法，首先在坑內(nèi)填入片石和碎石，然后覆上粘土夯實；

（2）跨越法：對于坑體較大而回填又困難的塌陷坑，采用堅實穩(wěn)固的跨越結(jié)構(gòu)體，使塌陷坑的荷載通過跨越結(jié)構(gòu)而作用在可靠的土體和巖體上；

（3）灌注法：把用于灌注的混凝土通過鉆孔或巖溶洞口進行注漿，其目的是強化土層和巖洞，加固建筑物的基礎(chǔ)。

4關(guān)于漏漿處理

4.1產(chǎn)生原因

本橋位于巖溶區(qū)巖溶發(fā)育強度屬強發(fā)育，經(jīng)過流水沖刷產(chǎn)生大小不一的溶洞地質(zhì)地貌，在沖擊鉆不斷的沖擊和振動的過程中破壞含水巖土體的天然穩(wěn)定性而產(chǎn)生局部塌陷和大小孔洞，使泥漿從孔洞流失。具體見漏漿示意圖3。

4.2預(yù)防措施

（1）對于巖溶較為發(fā)達的地層，容易產(chǎn)生較大病害的位置，使用長鋼護筒，將溶洞與鉆進分隔；

（2）密切注意護筒內(nèi)泥漿面的變化情況，當(dāng)泥漿面較明顯下降時，證明在漏漿后采取相應(yīng)處理措施的正確性；

（3）準備充足的片石、黃泥和水泥于工作面附近，以備使用。

圖3　灌注樁漏漿示意圖

4.3處理辦法

（1）繼續(xù)往樁孔灌水，然后將黃泥塊或黃泥球投入樁孔，如此即可暫時將漏漿堵??；

（2）將黃土和片石按大約1∶1的比例往下投入，投入量根據(jù)漏漿速度和漏漿量來評估，再重新開鉆，這樣砸碎的片石和大顆粒土可將裂隙填充一定的距離（阻礙裂隙寬度變化），即可鉆進一定深度而不漏漿；

（3）當(dāng)再次漏漿時，仍按上述方法處理，即可逐步鉆至設(shè)計孔底標高。

5關(guān)于斜孔處理

5.1產(chǎn)生原因

地質(zhì)原因：相鄰兩種地層的硬度相差較大，鉆頭在軟層一邊進尺速度較快，在硬巖層一邊進尺速度較慢，從而在鉆頭底部形成進尺速度差，導(dǎo)致鉆頭趨向軟地層方向。具體見斜孔示意圖4。

圖4　灌注樁斜孔示意圖

5.2預(yù)防措施

（1）沖擊鉆應(yīng)該對準護筒中心，要求偏差不大于正負20mm，開始低錘小沖程密擊，錘高0.4～0.6m，直至孔深達護筒下3～4m后，才加快速度，加大沖程，將錘提高至1.5～2.0m以上，轉(zhuǎn)入正常連續(xù)沖擊。

（2）在沖孔過程中每1～2m要檢查一次成孔的垂直度。如發(fā)現(xiàn)偏斜應(yīng)立刻停止鉆進，采取措施進行糾正。對于變層處和易于發(fā)生偏斜的部位，應(yīng)采用低錘輕擊或間斷沖擊的辦法穿過，以保持孔形垂直。

5.3處理辦法

（1）安裝組鉆機時要使底座水平、起重滑輪緣、護筒中心三者在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正；

（2）孔樁每進尺50cm～100cm將偏斜的部分用片石回填后再進行沖孔糾偏，片石強度要求大于該處巖層的強度。采用此方法如果為一般的斜孔，反復(fù)兩三次即可糾正過來；如果巖層軟硬相差較大，采用回填片石往往糾正不過來，這時候在偏斜一側(cè)的孔內(nèi)放人鋼筋頭和片石進行糾偏，一般都能糾正過來，如果還糾正不過來，則待偏孔部分高度達到3m時水下灌注混凝土回填。混凝土的標號，根據(jù)巖層的抗壓強度確定。如果巖石的抗壓強度為800kPa，則回填混凝土的標號為C20，如果巖石的抗壓強度超過1000kPa，則回填更高標號的混凝土。灌注的高度超過孔樁起偏點50cm，3d以后待強度達到80%以后，再繼續(xù)沖孔，一般均能糾正過來；

（3）首先要把溶洞用黏土和片石填充起來，用片石和黏土按3∶7的比例將孔樁回填，黏土最好使用大塊狀的硬塑紅黏土，沒有就使用黃土，然后用沖錘將片石和黏土沖擊擠入溶洞，待填充片石將溶洞擠滿后，則可正常繼續(xù)沖孔。但此時由于溶洞壁巖層完整強度較高，而回填的片石松散，在繼續(xù)沖孔的過程中會繼續(xù)向溶洞方向偏孔，這時只需要繼續(xù)回填片石糾偏即可。如反復(fù)糾偏效果不佳時，可以采用回填高標號混凝土的方法糾偏。

6關(guān)于掉鉆、卡鉆處理

6.1產(chǎn)生原因

地質(zhì)原因：突然擊穿溶洞頂板，在重力的作用下導(dǎo)致鋼絲繩斷裂而發(fā)生掉鉆事故，這種情況一般還同時伴隨著卡鉆和埋鉆的發(fā)生。具體見掉鉆示意圖5。

圖5　灌注樁掉鉆示意圖

6.2預(yù)防措施

（1）起重物體必須與起重機鋼絲繩相匹配，不能過載。對鋼絲繩定期檢查，檢驗鋼絲繩直徑是否減小、鋼絲繩是否銹蝕、鋼絲繩是否斷絲等情況，這些指標符合國標要求時，要及時更換新繩，鋼絲繩的維護，主要就是涂油防止銹蝕，不要讓鋼絲繩發(fā)生塑性變形形成死彎；

（2）一般應(yīng)根據(jù)鋼絲繩的直徑合理選擇繩夾型號、類型和所需配備的數(shù)量。使用時應(yīng)注意：

①選用繩夾時，U型環(huán)的內(nèi)側(cè)凈距應(yīng)比鋼絲繩直徑大1～3mm左右，凈距偏大會使卡扣連接卡不緊鋼絲繩，造成滑動而發(fā)生事故。

②卡扣的螺栓必須擰緊，一般以鋼絲繩被壓扁～直徑為準；

③U型部分應(yīng)與鋼絲繩頭接觸，不能與主繩顛倒；繩夾安裝要一順、等距排列；

④為便于檢查繩夾接頭是否安全可靠或及時發(fā)現(xiàn)鋼絲繩接頭部位是否滑動，一般在最后一個繩夾后面約500mm處再增設(shè)一個繩夾，并將鋼絲繩頭放出一個“安全彎”；若鋼絲繩接頭發(fā)生滑動時，可直觀顯現(xiàn)“安全彎”被拉直的現(xiàn)象，此時則應(yīng)及時采取處理措施。

6.3處理辦法

（1）對于此類事故的處理一般以預(yù)防為主。因為一旦發(fā)生掉鉆，特別是遇到強烈發(fā)育的大溶洞，沖錘會陷入溶洞，隨后溶洞巖面滑移消失，基本上無法打撈。對于高度較小的溶洞，常常發(fā)生卡鉆現(xiàn)象。所以首先要準確掌握地質(zhì)情況，精確確定溶洞的位置。在即將擊穿溶洞頂板時，沖錘采用小沖程慢慢沖進，緩慢地擊穿溶洞頂板，避免由于溶洞頂板的突然擊穿，造成沖錘產(chǎn)生強大的沖擊能而拉斷鋼絲繩造成掉鉆。

（2）卡鉆主要是沖錘旋轉(zhuǎn)不暢，沖出梅花孔，或溶洞內(nèi)溶蝕石芽將沖錘卡住。還有一種情況也時常發(fā)生，就是處理溶洞時堆積在溶洞內(nèi)的片石堆坍塌或大石塊脫落造成卡錘。不論是掉鉆還是卡鉆，處理時首先都要先將沖錘取出，然后回填片石進行糾孔。在取沖錘時，如果鋼絲繩還連在沖錘上，則用千斤頂或滑輪組將沖錘拉出，如果不行，在鉆機上重新安一個沖錘將掉在孔內(nèi)的沖錘打松然后提出，或用爆破的方式將沖錘振松取出；如果鋼絲繩沒有連接在錘上，則用沖抓錘或撈鉤抓住沖錘上提。如果以上方式都不能取出沖錘，最后就只配合潛水員水下作業(yè)或采用人工挖孔的方式取出沖錘。

7結(jié)束語

在巖溶地區(qū)進行沖孔灌注樁施工，影響工程進度施工安全的主要因素是塌陷、斜孔、漏漿和掉鉆卡鉆，這里比較系統(tǒng)地對沖孔灌注樁施工中各種常見問題從產(chǎn)生原因、預(yù)防措施和處理辦法進行闡述，希望能對施工部門有一定的參考和借鑒作用，以其提高生產(chǎn)效率和效益。