巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔施工技術的應用研究

劉小龍

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巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔施工技術的應用研究

劉小龍

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇 無錫 214028）

以武廣客運專線XXTJI標施工段汀泗河特大橋鉆孔灌注樁鉆孔施工技術為實例，詳細介紹了巖溶地層沖擊鉆孔施工技術，為沖擊鉆孔在巖溶地質(zhì)中的應用奠定技術基礎。

巖溶地層；沖擊；溶洞；斜巖石

1　工程概況

武廣客運專線烏龍泉至花都段第一標（XXTJI）施工段汀泗河特大橋位于湖北省咸寧市境內(nèi)，固跨汀泗河、長青河及京珠高速而設置，管段內(nèi)共有97個墩臺（0＃—96＃），852根樁基。根據(jù)不同跨度地質(zhì)條件，樁徑分別有1.0m、1.25m和2.0m三種，樁長6m－80m不等。

橋址地形表現(xiàn)為兩端高中間低呈SW向走低。高地呈渾圓狀，丘坡，多為農(nóng)田，中間地主要為水塘，相對高差25m，絕對高程20－45m。區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育，主要為水塘及河流，地下水補給來源為大氣降水，季節(jié)性變化較大，崗地地下水不甚發(fā)育。地質(zhì)特征如下：

（1）Q4l ：淤泥，分布于農(nóng)田，水塘中，厚2－6m，呈流塑；

（2）Q4al ：粉質(zhì)粘土，粘土，向部有角礫土，圓礫土，碎石土；

（3）Q4dl+pl：粘土，厚0－3.8m呈軟塑，分布于5＃－65＃墩間；

（4）Q2+3al+pl：粉質(zhì)粘土，粘土，角礫土，圓礫土，碎石土，厚1.2－43m，呈軟塑－硬塑，分布于0＃－5＃，66＃－96＃墩之間；`

（5）P1m：基巖：主要為白云質(zhì)灰?guī)r。泥質(zhì)灰?guī)r，堅硬，弱風化，區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，為橋梁基礎支持力層。

2　施工方案

2.1 工程特點`

從設計勘探資料分析，橋基樁孔94.8％處于巖溶發(fā)育區(qū)，其主要形式有溶槽，溶溝，溶洞和裂隙，其中主要溶洞發(fā)育高度0.6－30.4m，大多數(shù)全充填或半充填，充填物一般為含碎石，角礫，圓礫及沙的粘土。穩(wěn)定性較差，透水性較強。由于巖溶發(fā)育，由此而產(chǎn)生的斜巖石甚多，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜。這對于樁孔成孔極為不利，也是工程施工的難點和重點。

2.2 施工方案的確定

根據(jù)每個墩位地形情況，0#臺，1＃墩及66＃－96#墩位龍崗區(qū)，2＃－6＃墩位于丘間谷地，7＃－65＃墩位于河流一級階地。原橋墩基基礎設計施工方案位：5＃－40＃，53＃－65＃墩采用鋼板樁圍堰，變橋通大水鉆孔機平臺，其余墩則開挖平整場地，采用沖擊法進行施工。該方案對保持河體及井口穩(wěn)定，杜絕孔口坍塌有利，且成孔把握大，但機械設備投入較大，造價高及工期長。為此，施工單位第二種施工方案即5＃－40＃，53＃－65＃采用囤土圍堰筑島，并與縱向貫通便道相連的施工方案，后經(jīng)過反復對比論證，認為該方案相對來說比較經(jīng)濟適應，又能滿足工期要求，其不足之處在于樁孔成孔難度較大，在征得建設單位和設計單位同意后，決定采用該方案進行施工。

3　施工方法

3.1 施工工藝和步驟

根據(jù)23＃－9，25＃－9樁孔成孔工藝試驗成果，確定鉆孔施工工藝和步驟如下：

（1）平整場地：將施工場地平整壓實作為施工用地。需筑島處利用挖方區(qū)的粘土填筑，碾壓密實，并設置排水坡和排水溝。河流中的筑島采用編織袋圍邊，外測打入木樁防護，間距50cm。并采用鐵絲綁扎相連。

（2）定好樁位：在實地按照樁的設計位置采用全站儀進行樁位放樣，標志好樁的具體位置，并在樁中心四周2m設置好護樁。

（3）修建泥漿池及材料堆放場地：此項工作應在施工場地時一并考慮。堆放材料包括粘土，泥塊（球），片石及水泥等。

（4）預制井口護筒：采用5－10mm的鋼板在鋼歷加工場進行預制。其現(xiàn)場有三種：每節(jié)長1.5m，2.0m和3.0m，直徑比樁徑大20－40cm。

（5）安置鉆機：鉆機的機座應安置牢固水平，以保證不出現(xiàn)沉降和移位。在技嘉頂部對稱設置纜風繩，保證機架穩(wěn)定。

（6）井口護筒埋設：人工開挖埋設，埋入深度必須進入原狀土穩(wěn)定層，且堅固，不漏水。護筒頂高出場地50cm。埋設完后用羅盤儀校正護筒垂直度。

（7）沖擊成孔：采用沖擊鉆機沖擊成孔，垂直這幾孔深。并檢查孔徑，孔位，孔隙和孔斜情況后轉(zhuǎn)入下道工序。

（8）清孔：當泥渣多時，清孔采用撈渣桶配合換漿法，不多時，采用換漿法，保證清孔后滿足泥漿無2－3mm顆粒，泥漿比重不大于2％，粘度17－20s，沉渣厚度不大于5cm。

3.2斜巖面鉆孔施工

（1）對斜巖面，如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等，提鉆后先在孔深2~3米范圍內(nèi)投填片石后進行反復小沖程沖砸形成孔底施工平臺，以保證沖擊鉆孔施工時不出現(xiàn)偏孔。

（2）如果采用該方法效果不理想時，如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等，提鉆清孔后先灌注3~4m深度的C30砼，當砼強度不低于70%設計強度后再進行沖擊鉆孔。

3.3溶洞鉆孔施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，開鉆前應詳細分析地質(zhì)資料，弄清楚開孔順序。

（1）對半充填或充填的連通性好溶洞以及裂隙發(fā)育溶洞進行預注漿處理。施工前仔細研究勘探設計等有關資料，對裂隙發(fā)育的溶洞在鉆孔前進行預注漿處理，即通過對樁位周邊等間距的設置4個灌漿孔，采用灌漿的方法對溶洞的空隙進行填充加固，經(jīng)過擠密、滲透和劈裂等作用達到加固土塊的目的，鉆孔樁的周邊形成防水帷幕[1]。灌漿孔孔徑采用80mm，孔深達到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預注漿共計248個灌漿孔9650m。實踐證明，采用此方法對鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）對半充填或全充填的溶洞，如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。為克服穿透溶洞頂板后，在充填層進行鉆孔施工時會出現(xiàn)漏漿。為解決這一問題，先采取孔內(nèi)用泥漿補漿以保持泥漿高度，然后往孔內(nèi)填充少量片石及袋裝粘土和泥塊，一直填到比溶洞頂板高2~3 m為止，接著用小沖程鉆孔施工把回填物擠入溶洞和孔壁內(nèi)對孔壁進行加固，最后提高泥漿相對密度到1.2~1.4。施工中應密切觀察孔內(nèi)泥漿高度，尤其是對規(guī)模較大的溶洞，發(fā)現(xiàn)漏漿應反復多次采取上述措施進行處理才能控制得住。

（3）對規(guī)模較小的孤立溶洞且無充填物時，為解決鉆孔施工過程中穿透溶洞頂板時的泥漿突然滲透問題，應采取在孔內(nèi)進行混凝土回填的方法。

3.4斜巖面施工

當鉆孔遇到斜巖面時，鉆孔施工時會因為鉆頭會順著巖層的傾斜面滑動而出現(xiàn)偏孔或斜孔等情況。為防止這種情況發(fā)生，施工中有針對性地采取下述方法進行控制：

（1）片石回填：鉆孔施工中提鉆后，在離孔底2~ 3m深度內(nèi)用片石進行填充，然后采用較小的沖程進行來回沖砸，在鉆孔的孔底制造出一個水平的鉆孔平臺，這樣就能避免沖擊鉆孔施工是不會出現(xiàn)偏孔或斜孔情況。若一次片石回填后仍然出現(xiàn)偏孔或斜孔等情況，則再次進行片石回填直達不再發(fā)生偏孔或斜孔為止[1]。如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等。

（2）回填混凝土：當回填片石不能糾偏或糾偏不甚理想時，可采用此方法進行。即提鉆清孔后，向孔內(nèi)灌入高標號（C30）水下混凝土3~4m，待混凝土強度達到70%以上后再沖擊成孔。如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等。

3.5溶洞施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，造成了墩與墩之間鉆孔會有貫通，或者樁孔與樁孔之間的鉆孔會連通。針對這種情況，在鉆孔施工前，對孔位的地質(zhì)等資料進行詳細的分析和研究，如果有上述情況的孔位鉆孔時對其鉆孔施工的順序進行謹慎的選擇。為堵住或減少鉆孔過程地下水的移動通道，以防止樁鉆孔施工中泥漿和混凝土等出現(xiàn)大量流失，應嚴格按照先外圍后中間的順序進行鉆孔，先進行單個溶洞、溶槽或溶溝下端的孔位進行鉆孔施工。此外，針對溶洞的填充和發(fā)育規(guī)模等存在很大差異，溶洞內(nèi)的土層的填充物不穩(wěn)定，會嚴重影響孔位的鉆孔施工，在鉆孔前對這些溶洞應采取有效的技術措施進行處理，以保證這些位置的鉆孔樁的施工安全和質(zhì)量。

（1）預注漿。對溶洞連通性較好、溶洞裂隙發(fā)育、半充填或充填的溶洞進行預注漿處理。施工前，對勘探、設計等有關資料進行認真分析，找出該類溶洞進行注漿預處理，即：在樁孔四周均勻布置4個灌漿孔，灌漿通過擠密、辟裂和滲透作用對土塊進行加固或?qū)θ芏纯障哆M行直接填充，通過處理使得樁四周形成防水帷幕。灌漿孔孔徑采用80mm[1]，孔深達到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預注漿共計248個灌漿孔9650m3。實踐證明，采用此方法對鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）擠石造壁。對半充填或全充填的溶洞進行擠石造壁處理?？紤]到在溶洞頂板進入充填層進行鉆孔施工時，會發(fā)生漏漿，在鉆孔施工中應按照漏漿情況，漏漿不大時，采取鉆孔施工時不斷地向孔內(nèi)補充漿，使孔內(nèi)泥漿水頭的高度始終保證在規(guī)定范圍內(nèi)，漏漿大時，還應采取往孔內(nèi)放入袋裝粘土、泥塊少量片石等混合物，直至填到比溶洞頂板高2~3m為止，再用小沖程把回填物擠入溶洞內(nèi)裂隙和孔壁及，達到加固孔壁不漏漿的目的，同時把泥漿相對密度增大到1.2~1.4這一范圍[2]。在這一施工過程中應密切關注孔內(nèi)泥漿面高度情況，若仍出現(xiàn)漏漿，則應把袋裝水泥投入孔內(nèi)以到達快速固結(jié)孔壁的目的，如圖1所示。對規(guī)模較大溶洞，為控制施工漏漿應采取多次反復。如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。

圖1.擠石造壁示意圖

（3）回填混凝土：適應于沒有充填物且規(guī)模不是太大的孤立溶洞。當鉆孔穿過溶洞頂板時，孔內(nèi)泥漿就會發(fā)生突然滲透漏，因此，對于這樣的溶洞事先應作好補漿準備工作。一旦出現(xiàn)后應立即向孔內(nèi)補漿，以防止上部孔壁和井口發(fā)生塌孔。待泥漿基本穩(wěn)定后，探明空洞高度并與設計資料對比分析，大概估算出溶洞體積，然后想溶洞灌入C20水下砼灌注量以高出溶洞頂板2~3m為止，待混凝土強度達到70%以后重新開鉆。如4#--1，4#-5，19#-6，84#-2，87#-8等。

（4）下鋼護筒：適應于規(guī)模較大且未充填的空洞。該方法先采用大口徑的鉆頭戳能夠機成孔并鉆穿溶洞頂板。查明溶洞高度，然后向孔內(nèi)沉放鋼護筒直至溶洞底板。鋼護筒之間搭接長度小于1.5m，內(nèi)護筒外徑比外護筒內(nèi)徑小5cm左右，但最小護筒內(nèi)徑應滿足樁徑要求。若溶洞底板為斜巖面，護筒地步可能只有一點或幾點接觸巖面，其余部分則懸空時，施工時可依據(jù)斜巖面施工處理措施進行處理。直至鋼護筒下到溶洞底板堅固不漏漿為止。然后更換鉆頭，正常鉆進直至成孔[3]。如80#-7，80#-2，8#-8等。

4　結(jié)　語

巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔施工時應采取有效措施對施工中經(jīng)常遇到的樁孔漏漿、樁孔偏孔（孔斜）、樁孔塌孔、樁孔擴徑、樁孔卡鉆等問題進行處理，例如在樁孔塌孔段回填粘土、片石及水泥混合料采用小沖程重新開始；加強施工管理，特別是施工隊伍的管理，做到精心施工，規(guī)范施工。由于在施工過程中針對巖溶地區(qū)的特點，采取了有效的技術措施，取得了良好的效果。所成的樁基，經(jīng)第三方檢測單位檢測以及監(jiān)理驗收，合格率100%，表明采取的施工方法是成功的，為巖溶地區(qū)鉆孔樁的施工積累了可借鑒的技術資料。

[1]衛(wèi)啟陽,劉海平.巖溶地區(qū)橋梁基樁施工技術[J].橋梁建設,2010,(4):84-86.

[2]陳偉.巖溶山區(qū)高速公路橋梁樁基施工技術應用探討[J].山西科技,2010,(6):72-73.

[3]劉鈞泉.巖溶發(fā)育地區(qū)的樁基施工[J].中南公路工程,2002,(3):52-54.

（責任編校：宮彥軍）

2015－12－26

劉小龍（1982－），男，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，工程師，本科。

U445

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1673-2219（2016）05-0062-03