巖溶地區(qū)沖孔灌注樁施工技術(shù)探討

歐陽柱，潘殿琦，劉耀峰，楊書紅

(長春工程學(xué)院勘查與測繪工程學(xué)院，長春 130021)

0 工程概況

深圳市龍崗區(qū)某樁基礎(chǔ)項(xiàng)目，根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)地質(zhì)條件分布的地層從上至下為素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、含砂粉質(zhì)黏土、大理巖，局部區(qū)域?yàn)闃?gòu)造角礫巖。場地內(nèi)下覆大理巖，有土洞、巖溶等不良地質(zhì)作用發(fā)育：有土洞、巖溶發(fā)育，在15個(gè)鉆孔揭露土洞，埋深17.1～29.0 m，平均洞高3.47 m。在23個(gè)鉆孔中共發(fā)育了39個(gè)溶洞，埋深11.0～43.4 m，洞高平均值1.84 m。土洞、溶洞有充填，但充填物多為軟塑黏土或松散砂土，溶洞頂基巖厚度一般均小于1.0 m，溶洞穩(wěn)定性差。而土洞位于地下水位以下，當(dāng)抽取地下水時(shí)可能引起土洞的進(jìn)一步發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)可能造成地面塌陷。

本工程地質(zhì)情況復(fù)雜，樁基成孔是重點(diǎn)及難點(diǎn)。場地砂層廣泛分布且砂層較厚，砂層透水性強(qiáng)，樁基成孔過程中易塌孔；持力層大理巖存在土洞、巖溶，樁基成孔過程中土洞、巖溶易坍塌。工程采用沖孔鉆機(jī)的成孔方式，沖孔鉆機(jī)沖擊速度快，垂直度好且適用各種土層，可有效防止沖擊土洞溶洞時(shí)發(fā)生卡鉆等突發(fā)問題，并且能縮短單樁施工時(shí)間，降低塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

1 土洞溶洞段施工方案

因場地下基巖起伏面大，設(shè)計(jì)給定工程樁的樁長、樁徑以及混凝土標(biāo)號(hào)各不相同，并且?guī)r溶地區(qū)地質(zhì)情況含有不確定性，所以必須對(duì)所有工程樁的柱狀圖進(jìn)行分析，以便確定土洞溶洞的發(fā)育情況和走勢，必要時(shí)一樁多探。根據(jù)前期處理的土洞溶洞統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及本地施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)作如下分析：

小溶洞直接選用回填片石加黏土沖孔成樁。根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，現(xiàn)場溶洞日平均處理1 m，控制每根樁溶洞樁基處理3 d，對(duì)于溶洞3 m以上的，優(yōu)先選用注漿進(jìn)行處理，從而縮短施工工期。

處理大溶洞必須根據(jù)超前鉆探資料，可將溶洞上部巖層分為兩類：對(duì)巖層厚度大并且安全能夠得到保障的，先用沖孔鉆機(jī)將上部巖層沖破，然后采用早強(qiáng)素混凝土回填密實(shí)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定后繼續(xù)沖孔成樁；對(duì)巖層厚度小的地區(qū)，先用注漿法處理，后用沖擊鉆機(jī)沖擊成孔，在保證施工安全的基礎(chǔ)上加快進(jìn)度。

小土洞直接選用回填片石加黏土沖孔成樁，對(duì)于隱藏土洞分為兩類處理：在超前鉆探和沖擊鉆機(jī)施工中均未發(fā)現(xiàn)，可直接成樁；在超前鉆探未發(fā)現(xiàn)而成孔過程中出現(xiàn)了突然垮塌現(xiàn)象，優(yōu)先保證施工人員以及施工機(jī)械安全后，選用回填早強(qiáng)素混凝土處理。

大土洞地區(qū)的承載力很差，必須選用注漿法處理后，再用沖孔鉆機(jī)沖孔，注意在施工中必須對(duì)注漿不到位的孔洞回填片石和黏土反復(fù)沖擊，保證成孔質(zhì)量。

根據(jù)超前鉆探得到的土溶洞具體柱狀圖，并結(jié)合土溶洞的高度范圍，對(duì)每根包含土溶洞的樁選用先處理法或后處理法，具體方案如下：

1)對(duì)土洞高度≤2 m或溶洞高度≤3 m的樁位，在施工中直接選用片石加黏土(比例為2.5∶1)的回填后處理方法沖孔成樁。

2)對(duì)土洞高度>2 m或溶洞高度>3 m且上部巖層厚度小的樁位，首先在該區(qū)域進(jìn)行超前鉆探加密探孔，確定土溶洞的具體范圍，然后采用以下處理方法：①進(jìn)行注漿法灌注水泥漿，水灰比采用0.6；②現(xiàn)場情況復(fù)雜并且施工困難的可以建議設(shè)計(jì)改變樁基位置。

3)對(duì)溶洞高度>3 m且頂部巖層厚度大且可以保證施工安全的樁位，先使用沖擊鉆機(jī)將溶洞頂部巖層沖破，然后采用早強(qiáng)素混凝土澆灌至該溶洞頂部以上0.5 m，確保密實(shí)處理，待混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定時(shí)繼續(xù)沖孔成樁。

2 土溶洞段施工技術(shù)要點(diǎn)

本工程所用的處理方法可以總結(jié)為先處理法和后處理法。根據(jù)超前鉆探資料確認(rèn)土洞巖溶的埋深及大小，采取先處理法和后處理法幫助成孔，提供成孔條件穿過溶洞。

2.1 先處理方法

2.1.1 注漿處理

利用高壓泵將水泥漿均勻地噴射到土洞溶洞及其周圍土體的裂縫、孔隙中，在壓力影響范圍內(nèi)重新排列并硬化膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)抗?jié)B性高、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度大和壓縮性低的新土體。注漿法工藝簡便、造價(jià)低并且處理效果好。

2.1.2 樁基跨越

當(dāng)樁基位于巖溶發(fā)育強(qiáng)烈并且土溶洞的發(fā)育范圍廣的地段，造成施工困難時(shí)，可不處理土溶洞，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況向設(shè)計(jì)單位建議將原有樁基位置移位或者將該地區(qū)內(nèi)的樁基礎(chǔ)更改成筏板基礎(chǔ)，在滿足承載力和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上從而跨越土洞和巖溶區(qū)。

2.2 后處理方法

2.2.1 片石回填

根據(jù)超前鉆探資料，在沖擊鉆機(jī)正常沖擊到土溶洞頂部之前，密切注意孔內(nèi)情況并采用小沖程沖擊，逐步將洞頂部擊穿，若進(jìn)入土溶洞，則會(huì)出現(xiàn)泥漿液面迅速降低、鉆進(jìn)速率明顯加快并且沒有偏孔現(xiàn)象，這時(shí)應(yīng)迅速補(bǔ)充泥漿，時(shí)刻注意孔內(nèi)泥漿情況，并提起沖擊錘，防止出現(xiàn)卡錘、埋錘。在現(xiàn)場施工中不妨向孔內(nèi)多加黏土數(shù)量，不僅能提高孔內(nèi)泥漿比重，還能防止突然坍塌，然后及時(shí)將施工前準(zhǔn)備好的片石拋入孔內(nèi)，由溶洞豎向垂直高度增加2 m以上作為拋入量，投放要少量多次進(jìn)行，在每次拋入后繼續(xù)使用小沖程沖擊，讓沖擊錘擊碎片石并填滿土溶洞從而保證在施工中不出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。如果孔內(nèi)泥漿液面停止降低，并且出現(xiàn)液面緩慢上升的現(xiàn)象，則使用大沖程鉆進(jìn)，將拋入的片石擠壓，確保填滿溶洞。如果溶洞內(nèi)進(jìn)尺持續(xù)過快，則按照少量多次原則繼續(xù)拋入片石。漏漿現(xiàn)象消失后，進(jìn)入正常施工階段，在鉆孔順利穿越土溶洞中可能會(huì)反復(fù)回填片石。[1]

2.2.2 素混凝土處理

針對(duì)大溶洞上部巖層厚度大并且施工中能夠保障人員和機(jī)械安全的地區(qū)，直接正常施工進(jìn)入溶洞，然后選用早強(qiáng)素混凝土澆筑至原溶洞頂部超過200 mm，以保證密實(shí)處理，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)固狀態(tài)時(shí)繼續(xù)沖孔成樁。

2.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

當(dāng)鉆進(jìn)溶洞時(shí)出現(xiàn)漏漿，與樁身周邊溶洞相通，溶洞頂板巖層性質(zhì)差，或者防止鉆孔出現(xiàn)偏斜等現(xiàn)象，均可采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。鋼護(hù)筒跟進(jìn)法又分為單層護(hù)筒法和多層護(hù)筒法、全跟進(jìn)法和部分跟進(jìn)法，應(yīng)根據(jù)樁位的具體地質(zhì)條件和溶洞分布情況選擇合適的鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。另外，在實(shí)際應(yīng)用中鋼護(hù)筒跟進(jìn)法與回填法或注漿法可以結(jié)合使用。[2]

3 常見問題處理

3.1 漏漿、塌孔

鉆孔過程中施工至土洞溶洞時(shí)，若土洞溶洞內(nèi)未填充密實(shí)，則孔內(nèi)泥漿會(huì)迅速流失，形成漏漿，嚴(yán)重時(shí)孔內(nèi)液面會(huì)快速降低或長時(shí)間持續(xù)，從而會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)、外壓力差過大造成塌孔現(xiàn)象。

預(yù)防及處理措施：對(duì)已知土溶洞的樁位，在沖孔施工前優(yōu)先選用注漿法或使用長護(hù)筒法護(hù)壁，防止塌孔；對(duì)隱藏的土溶洞，在施工中要準(zhǔn)備好足量的片石、黏土和水源，防止出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時(shí)無法及時(shí)補(bǔ)漿。針對(duì)塌孔現(xiàn)象，施工之前在沖孔鉆機(jī)底部鋪上鋼板，增加鉆機(jī)底部的承載面積，確保出現(xiàn)塌孔時(shí)能夠及時(shí)轉(zhuǎn)移鉆機(jī)，從而保證現(xiàn)場施工人員的人身安全。

3.2 偏孔

根據(jù)超前鉆探資料顯示，孔內(nèi)出現(xiàn)巖面傾斜、起伏較大或溶洞內(nèi)“半巖半空”等情況時(shí)，一旦處理不足，均會(huì)出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象。

預(yù)防及處理措施：偏孔一般在鉆進(jìn)溶洞頂部或者傾斜基巖時(shí)出現(xiàn)，所以現(xiàn)場技術(shù)人員必須熟記超前鉆探資料中可能出現(xiàn)的偏孔的位置，做好十字線，隨時(shí)注意沖擊錘的鋼繩擺動(dòng)情況，一旦出現(xiàn)偏孔馬上回填塊石及時(shí)糾正，回填深度比偏孔深度多1 m即可；在施工至溶洞頂部時(shí)，采用小沖程鉆進(jìn)，時(shí)刻注意進(jìn)尺速度，若溶洞內(nèi)為“半巖半空”狀態(tài)，盡量在施工前先進(jìn)行注漿處理，若鉆進(jìn)中出現(xiàn)嚴(yán)重偏孔，則可以選擇澆筑混凝土填充，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后繼續(xù)鉆進(jìn)成孔。

3.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆

卡鉆多出現(xiàn)在偏孔、孔壁內(nèi)凹凸孤石、擊穿溶洞頂部處以及拋填片石處理溶洞不當(dāng)?shù)炔涣记闆r下；主繩斷裂或繩卡松動(dòng)導(dǎo)致鉆頭突然脫落掉入孔內(nèi)出現(xiàn)掉鉆；卡鉆和掉鉆現(xiàn)象如果沒有及時(shí)處理，會(huì)使鉆頭被沉渣或片石掩埋，造成埋鉆。

預(yù)防及處理措施：現(xiàn)場技術(shù)人員以及鉆機(jī)操作人員要隨時(shí)注意主繩的牢固情況，對(duì)有破損的主繩一律更換，繩卡和保險(xiǎn)繩均要按規(guī)范固定，給鉆頭裝上保險(xiǎn)繩以便出現(xiàn)掉錘時(shí)方便打撈；遇到卡鉆時(shí)切勿強(qiáng)行提拉鉆頭，防止掉鉆，應(yīng)緩慢操作轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭慢慢上升；拋填片石、黏土處理溶洞后，注意用小沖程鉆進(jìn)，將片石擠密穩(wěn)固后方可正常鉆進(jìn)，防止鉆頭進(jìn)尺過多而被片石掩埋。

3.4 混凝土流失

混凝土在灌注過程中，由于混凝土的側(cè)壓力大于泥漿的側(cè)壓力，從而會(huì)擠破泥漿護(hù)壁使混凝土流入溶洞，造成混凝土的流失現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷樁。

預(yù)防及處理措施：首先加大混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸能力，保證混凝土供應(yīng)及時(shí)，在灌注過程中加大導(dǎo)管的埋深，一般埋入深度不小于3 m，在灌注時(shí)勤于測量混凝土面高程，防止混凝土液面突然下降導(dǎo)致導(dǎo)管底部懸空從而造成斷樁；混凝土灌注完畢后，1～4 h內(nèi)對(duì)已澆筑完成的混凝土液面標(biāo)高多次復(fù)測，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土液面下沉，馬上采取二次澆筑方

法補(bǔ)充混凝土，避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

3.5 鋼筋籠被卡住

終孔驗(yàn)收合格后方可下放鋼筋籠，一般卡籠多是鋼筋籠插入土溶洞區(qū)，強(qiáng)行下放甚至?xí)斐伤?。下放鋼筋籠時(shí)一旦被卡住，可反復(fù)嘗試提起后緩慢下放，切勿強(qiáng)行下放造成鋼筋籠被卡死，若仍放不下去，應(yīng)將鋼筋籠緩慢提升，測量被卡住深度，分析原因，采取相應(yīng)措施處理，對(duì)該孔位再次驗(yàn)收合格后才可重新下放鋼筋籠。

3.6 其他

對(duì)溶巖強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)，地下土溶洞極其復(fù)雜，即使有超前勘探資料，也僅作為參考，一些隱藏溶洞在鉆機(jī)沖孔過程中產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊作用下，極易將附近的溶洞等擊通，從而將小形溶洞或多層溶洞組合形成大型或特大型的溶洞。因此在鉆孔過程中全程觀察泥漿變化，及時(shí)調(diào)整處理方案。在同一樁位的多層溶洞中，可能采用不同的處理方案。[3]

4 結(jié)語

在該樁基項(xiàng)目中，共有756根樁基包含溶洞土洞，經(jīng)過3個(gè)月的施工順利完成，經(jīng)過建設(shè)單位委托的第三方利用低應(yīng)變法、聲測法和抽芯法進(jìn)行檢查，樁身混凝土質(zhì)量均達(dá)到Ⅰ類樁要求。

[1] 丁艷紅.橋梁樁基溶洞處理方案[J].科技致富向?qū)В?015(5)：211-212.

[2] 石振明，沈丹祎，彭銘，等.巖溶地區(qū)樁基施工溶洞處理技術(shù)——以吉安永和大橋樁基施工為例[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，23(6)：1160-1167.

[3] 王曉東.巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)(下半月)，2015(7)：7-8.