淺談沿海復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術(shù)

李 正 全， 冉 鵬， 石 智 鑫

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

淺談沿海復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術(shù)

李 正 全， 冉 鵬， 石 智 鑫

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

通過(guò)深茂鐵路巖溶樁基施工實(shí)踐，針對(duì)不同的巖溶種類總結(jié)出不同的處理方案及施工技術(shù)，可為今后類似工程建設(shè)提供參考。

巖溶；樁基；注漿；鋼護(hù)筒；回填；深茂鐵路

1 工程概述

深茂鐵路那龍河1號(hào)特大橋全長(zhǎng)1 532.48 m。橋梁的下部為鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑分別為1 m、1.25 m，樁基深度為9～66 m。該橋位于灰?guī)r區(qū)，巖溶發(fā)育強(qiáng)度屬于強(qiáng)發(fā)育，溶洞大小不一，埋深較大，分為充填、半充填和未充填溶洞,部分呈串珠狀發(fā)育。巖土為松散狀種植土、素填土及軟塑性粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松軟，壓縮性高、強(qiáng)度低，工程特性較差，易產(chǎn)生不均勻沉降。

2 巖溶的分類與處理

2.1 溶洞分類

(1)按溶洞的大小分：①大溶洞：溶洞高度>3 m；②小溶洞：溶洞高度<3 m。

(2)按溶洞填充狀態(tài)分：①全填充溶洞：洞內(nèi)完全充填砂石、礫巖、土等。充填物呈軟～硬狀、流塑狀；②半填充溶洞：洞內(nèi)約有二分之一為填充物，頂部為空腔；③無(wú)填充溶洞。

(3)按溶洞垂向個(gè)數(shù)分：①單個(gè)溶洞：樁基范圍內(nèi)僅有一層溶洞；②多層溶洞：樁基范圍內(nèi)有多層溶洞。

(4)按是否漏水分：①全漏水溶洞：溶洞與其它溶洞或地下河連通；②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有滲漏水現(xiàn)象；③不漏水溶洞：溶洞完整，無(wú)滲漏水現(xiàn)象。

2.2 溶洞處理方案

根據(jù)溶洞大小及填充情況等，選定經(jīng)濟(jì)可行的處理方案，選定原則見(jiàn)表1。

(1)回填法施工：回填法施工主要適用于溶洞高3 m以下、充填或半充填的溶洞，或高度1.5m以下無(wú)充填的溶洞，采用拋填片石、黃泥擠壓填充復(fù)鉆處理。

表1 溶洞處理方案選定表

(2)注漿法施工：主要用于高度3 m以上的溶洞處理，屬于復(fù)合地基化學(xué)加固處理法之一。注漿主要針對(duì)地表進(jìn)行，同時(shí)兼顧對(duì)巖溶進(jìn)行填充，在土體中形成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀漿脈或漿體，使注漿段巖土體的孔隙或孔洞被漿液充填或擠密，泥漿液流與土體混合成新的固體，起到增強(qiáng)表層土體的物理力學(xué)性質(zhì)、提高地基土的承載力及巖體完整性的作用。

(3)鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工：對(duì)串珠狀溶洞、空洞或其洞內(nèi)填充物為軟塑或卵石土且溶洞不大(溶洞深度為2～4 m)時(shí)，可采用單護(hù)筒跟進(jìn)成孔；對(duì)溶洞深度超過(guò)4 m、洞內(nèi)填充物為流塑或空洞狀的情況最好采用內(nèi)外雙護(hù)筒跟進(jìn)成孔。

3 施工準(zhǔn)備

(1)詳細(xì)掌握溶洞出現(xiàn)的位置，推斷其范圍大小。對(duì)于地質(zhì)資料不詳?shù)闹鶚?，待樁孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)探明樁底以下不小于3倍樁徑深度范圍內(nèi)的巖層情況，確認(rèn)沒(méi)有溶洞后方可終孔。

(2)對(duì)于位于巖溶地區(qū)的擴(kuò)大基礎(chǔ)，當(dāng)開(kāi)挖至基底標(biāo)高后，需在基礎(chǔ)范圍內(nèi)的四角及中心深約5 m范圍內(nèi)探明基礎(chǔ)以下是否有溶洞存在，如有溶洞，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)有溶洞的樁位的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析，根據(jù)巖溶高度、地質(zhì)情況和施工難點(diǎn)確定鉆機(jī)類型，制定施工方案和技術(shù)保障措施。

(4)做好現(xiàn)場(chǎng)施工的籌備工作，合理布設(shè)泥漿池與沉淀池，鉆孔平臺(tái)應(yīng)搭設(shè)牢固，機(jī)械設(shè)備性能保證完好，備足成孔用泥漿、粘土、片石等必備材料，確保連續(xù)作業(yè)。

4 巖溶區(qū)的樁基施工

(1)泥漿制備。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)泥漿護(hù)壁,選用優(yōu)質(zhì)材料以加強(qiáng)泥漿的護(hù)壁效果。

(2)鉆 進(jìn)。

①采用小沖程的沖擊鉆開(kāi)鉆，初成孔應(yīng)能起導(dǎo)向作用，且孔口豎直、圓順、堅(jiān)實(shí)、不坍塌。當(dāng)鉆進(jìn)深度超過(guò)鉆頭全高加正常沖程后，方可進(jìn)行正常的沖擊鉆孔。

②沖孔至距溶洞頂板1 m左右時(shí)，加大泥漿比重，選用小沖程進(jìn)尺，逐漸將頂板擊穿，防止卡鉆；同時(shí)，在擊穿頂板之前補(bǔ)泥漿、拋填片石、粘土混合料，若樁孔繼續(xù)漏漿，則改拋片石、袋裝粘土、袋裝水泥混合料，采用小沖程沖錘輕打，慢慢將片石、袋裝粘土、水泥擠壓到溶洞中堵塞溶洞通道，如此反復(fù)操作，直到不再漏漿為止，遂轉(zhuǎn)入小沖程沖孔，順利穿越溶洞。

③沖錘擊穿溶洞頂板后向孔內(nèi)投入片石、袋裝粘土，填至超過(guò)溶洞頂面 1.8～2.5 m位置，然后用小沖程沖錘沖擊投下的混合物，使其擠入裂隙、溶洞內(nèi)，多次堵塞溶洞通道固壁。

④巖溶水一般呈酸性，在成孔過(guò)程中，巖溶水一旦進(jìn)入泥漿，因泥漿呈酸性而導(dǎo)致發(fā)生沉淀，此時(shí)應(yīng)投入小蘇打進(jìn)行中和，以免孔壁坍塌。

⑤沖擊成孔過(guò)程中，泥漿濃度的檢測(cè)應(yīng)隨地層的變化而變化，嚴(yán)格按規(guī)范要求施工。

⑥在巖溶地區(qū)成樁選用沖擊鉆機(jī)成孔時(shí)，所控制的沖能應(yīng)以2.5～5 t·m為宜。沖能小則破碎能力小，鉆孔速度進(jìn)尺慢；但沖能過(guò)大，通過(guò)頂板的速度就快，易卡鉆。

⑦合理制定施工順序。在同一座橋梁的范圍內(nèi)宜跳墩施工，同一橋墩樁基礎(chǔ)宜只采用一臺(tái)鉆機(jī)施工。樁基施工時(shí)，應(yīng)先安排外圍樁、而后中間樁，先安排含有較深、較大、較多溶洞的樁孔施工以及長(zhǎng)樁施工，后安排短樁、溶洞較小的樁孔施工。

5 所采用的巖溶處理技術(shù)與方法

5.1 注漿加固

(1)地表注漿：根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況在每一根樁基周邊地表鉆4個(gè)注漿孔。鉆機(jī)為地質(zhì)鉆機(jī)，采用巖芯管開(kāi)孔，鉆進(jìn)分層采樣。在土體中形成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀漿脈或漿體，使注漿段巖土體的孔隙被漿液充填或擠密，泥漿液流與土體混合成新的固體，以達(dá)到提高地基土承載力的作用。

(2)填充注漿：注漿法也兼顧對(duì)樁基孔內(nèi)全填充、半填充巖溶進(jìn)行加固與填充。對(duì)于可能存在溶洞的樁孔，特別是半填充或無(wú)填充物的溶洞采用小鉆頭進(jìn)行正循環(huán)超前鉆，鉆穿溶洞頂板直至終孔標(biāo)高，補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)泥漿以及用鋸末和粘塑土加水拌成軟塑狀的混合物，用其填滿溶洞。

5.2 回填法

采用回填法鉆至溶洞頂1 m左右時(shí)，變換小沖程，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆。當(dāng)沖孔穿透土洞或溶洞頂板后，立即提出鉆頭，拋填片石、水泥、粘土等填充料，然后采用小沖程施工，從而將填充料擠壓入溶洞，形成樁孔護(hù)壁。為了確保護(hù)壁的穩(wěn)定，采用這種回填、擠壓方式需經(jīng)過(guò)3～4個(gè)循環(huán)。溶洞回填高度在洞頂以上1～1.5 m，再多則效果會(huì)下降，每進(jìn)尺0.5 m回填一次，其目的是將粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞，如果在回填過(guò)程中出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿漏失，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿?；靥钣锰畛淞现鞣N材料的比例要視工程地質(zhì)勘察所探明的溶洞內(nèi)充填物的種類具體確定。

5.3 混凝土灌注法

對(duì)于較大溶洞，可以采用灌注低標(biāo)號(hào)混凝土的方法進(jìn)行處理。當(dāng)擊穿溶洞頂板發(fā)生漏漿時(shí)，為節(jié)約混凝土灌注量，先填粘土塊和片石，反復(fù)沖擠，待溶洞填注基本飽滿時(shí)，再下導(dǎo)管灌注低標(biāo)號(hào)混凝土，混凝土應(yīng)灌至溶洞頂1 m以上，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可繼續(xù)鉆孔。

對(duì)于有些較大的半填充溶洞內(nèi)部分填充物強(qiáng)度較高、形成類似“探頭石”等地形，鉆孔時(shí)容易發(fā)生偏孔卡鉆，出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，采用填充混凝土的方式進(jìn)行處理效果較好。

5.4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

(1)鋼護(hù)筒的選擇。

內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度和內(nèi)徑的確定：護(hù)筒長(zhǎng)度L=(h+H)m。式中h為超前鉆確定的溶洞高度；H為溶洞頂?shù)降孛婕?0 cm的高度。

單層護(hù)筒內(nèi)徑大于樁直徑10 cm，多層護(hù)筒最內(nèi)層護(hù)筒的內(nèi)徑大于樁直徑10 cm，其外面一層護(hù)筒內(nèi)徑大于內(nèi)層護(hù)筒外徑10 cm并以此類推。鋼護(hù)筒要具有一定的剛度，單個(gè)大溶洞用單層護(hù)筒，兩個(gè)大溶洞用雙層護(hù)筒，以此類推。

(2)內(nèi)護(hù)筒的沉放。

當(dāng)沖擊穿過(guò)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，若沖錘不明顯受阻，說(shuō)明頂部已成孔并且圓滑、垂直，此時(shí)，用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)筒，用吊機(jī)把內(nèi)護(hù)筒放入外護(hù)筒內(nèi)沉至孔底，必要時(shí)用振動(dòng)錘輔助內(nèi)護(hù)筒下沉。

(3)所采用的施工關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)于連珠溶洞或大溶洞塌孔，應(yīng)先采用片石、黏土或其他措施鉆至大溶洞或連珠溶洞最底部后，采用護(hù)筒跟進(jìn)至穩(wěn)定巖土層以防止塌孔，再換小鉆頭鉆進(jìn)。確保鋼護(hù)筒置入穩(wěn)定地層是保證孔口平面位置準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。同時(shí)，由于巖溶地層的不均勻性，巖層間主要是一些流塑狀的填充物，因此，如何確保鉆孔過(guò)程中不塌孔，使鋼護(hù)筒底腳與孔壁保持密貼以起到有效支撐孔壁的作用亦是關(guān)鍵。井口段采用12 m長(zhǎng)的加長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁時(shí)，應(yīng)在混凝土未初凝、擴(kuò)孔率滿足要求時(shí)及時(shí)拔除鋼護(hù)筒，以達(dá)到不影響成樁質(zhì)量的目的。

6 結(jié) 語(yǔ)

筆者以那龍河1號(hào)特大橋樁基施工實(shí)例為基礎(chǔ)，探討了沿海復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工的技術(shù)，結(jié)合其他單位巖溶區(qū)樁基施工安全技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，參考鐵路建設(shè)類似工程施工實(shí)例及專家、設(shè)計(jì)單位的意見(jiàn)，在施工過(guò)程中以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為前提，調(diào)整和優(yōu)化了施工中各種控制參數(shù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，總結(jié)形成了該復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術(shù)。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-02-06

TV553；TV52

B

1001-2184(2017)02-0010-03

李正全(1976-)，男，四川成都人，項(xiàng)目常務(wù)副指揮長(zhǎng)，高級(jí)工程師，碩士，從事鐵路工程施工技術(shù)與管理工作；

冉 鵬(1985-)，男，四川巴中人，項(xiàng)目總工程師，工程師，從事鐵路工程施工技術(shù)與管理工作；

石智鑫(1993-)，男，四川成都人，項(xiàng)目工程科副科長(zhǎng)，助理工程師，從事鐵路工程施工技術(shù)與管理工作.