巖溶地區(qū)樁基常用施工方法及事故處理

李涌

【摘 要】我國是世界上喀斯特分布面積最大的國家，幾乎所有的省區(qū)都有喀斯特的分布，但多分布于廣西、云南、貴州等省區(qū)。在巖溶地區(qū)進行橋梁樁基施工經(jīng)常能遇到溶洞、斜巖及半邊巖等不良地質(zhì)。結(jié)合貴廣鐵路東家山特大橋巖溶樁基處理為例介紹分析巖溶樁基施工過程中針對各種不良地質(zhì)而分別采取的施工及事故處理方法。

【關鍵詞】巖溶 樁基 施工方法 事故處理

我國是世界上喀斯特分布面積最大的國家，幾乎所有的省區(qū)都有喀斯特的分布，但多分布于廣西、云南、貴州等省區(qū)。在喀斯特地區(qū)進行橋梁樁基施工遇到溶洞、斜巖及半邊巖等不良地質(zhì)若處理不好極易造成塌陷、卡錘、埋錘、漏漿等事故發(fā)生，即增加成本又影響進度。本文以貴廣鐵路東家山特大橋巖溶樁基處理為例介紹分析巖溶樁基施工過程中針對各種不良地質(zhì)而分別采取的施工及事故處理方法。

1 工程概況

貴廣鐵路東家山雙線特大橋起訖里程為DK415+650.080～DK419+233.844，長3583.425m，下部結(jié)構為φ1.25m鉆孔樁基礎、φ1.5m鉆孔樁基礎及明挖基礎。地表上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土，沖洪積之粉質(zhì)黏土、粉砂、粗砂、細圓礫土、粗圓礫土；下伏基巖為石炭系下統(tǒng)鹿寨組之頁巖、炭質(zhì)頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，地下巖溶發(fā)育。

2 施工前的準備

只有掌握橋區(qū)樁位所遇溶洞的基本形態(tài)、大小、巖層上覆蓋物性質(zhì)及厚度、溶穴頂板巖層厚度、洞內(nèi)充填物特性等，才能采取穩(wěn)妥的措施，保證施工的順利進行。因此在施工前，要仔細研究地質(zhì)勘探資料等設計資料，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，決定鉆孔順序。決定鉆孔順序的原則是：根據(jù)巖溶裂隙的走向，溶洞的大小、多少、巖面的高低等地質(zhì)條件逐步進行，一般可按由深到淺、由多到少、由大到小的原則安排，有利于及時封閉溶洞，隔斷通道。

3 溶巖地區(qū)樁基施工常用的處理方法

根據(jù)溶洞的洞高和洞內(nèi)的填充物情況，對溶洞采用不同的處理方法，主要處理方法有：拋填法、注漿固結(jié)法、灌注混凝土填充法、鋼護筒法等。斜巖及半邊巖的處理方法有混凝土固結(jié)法、水下爆破法等。

3.1 鉆孔過程中溶洞的處理

（1）本橋18#-25#墩位地勘顯示為溶洞發(fā)育地段，溶洞范圍廣、地質(zhì)復雜，因此先進行預注漿處理，利用水泥漿的流動性，填充溶洞和裂隙。注漿壓力0.1～0.2Mpa，直到頂部返漿。

（2）對于高度小于1m的小型溶洞，往樁孔中拋填片石、粘土，先用小沖程沖擊樁孔，使溶洞范圍形成護壁后，再繼續(xù)鉆進施工。

（3）溶洞的高度在1.0～3.0m之間，且溶洞為填充或半填充的，則先向拋填片（碎）石、砂混合物和注水泥漿，然后用小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護壁，水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后，停止沖擊，24小時后，待水泥的強度達到2.5Mpa后，再繼續(xù)沖擊，穿過溶洞。

（4）溶洞的厚度在1.0～3.0m之間，且為空洞的，先利用超前鉆孔向孔內(nèi)灌注混凝土干料，填滿溶洞，在固結(jié)體達到一定強度后（2.5Mpa）即可進行沖孔施工?；炷粮闪蠈⒉捎?25#普通硅酸鹽水泥拌制，如溶洞空間容積大、導水性強，則在混凝土干料中添加一定量水玻璃。

（5）溶洞高在3.0

（6）溶洞高大于5.0m（多層），且溶洞間距較大時，采用套內(nèi)護筒法施工，即用內(nèi)護筒穿過溶洞的方法進行施工。護筒長度L=h+2m（h為多層溶洞高）內(nèi)護筒內(nèi)徑應比設計樁徑大20cm左右，外徑應小于外護筒內(nèi)徑5cm左右，若遇第二層溶洞，第二層溶洞的內(nèi)護筒外徑比上層內(nèi)護筒內(nèi)徑小3～5cm。

3.2 溶洞樁基礎施工注意事項

（1）樁基精確放樣后，依據(jù)地勘資料及現(xiàn)場探查巖層面以上覆蓋層的性質(zhì)及厚度，若巖層面以上有砂層、圓礫土層及淤泥等軟弱層存在，且存在無填充物的空溶腔時，必須將鋼護筒沉至巖面，防止鉆進至溶腔時突然失水造成軟弱層的垮塌。

（2）掌握鉆進標高或沖擊聲判斷，快到溶洞項板2m距離位置時應低錘輕沖擊、慢沖擊。鉆進離溶洞頂50cm左右時，應控制鉆機的沖程在1m以內(nèi)，慢慢將溶洞頂板擊穿，減少溶洞大面積跨塌造成埋錘。

（3）空洞或半填充溶洞，在擊穿溶洞頂前后，要觀察護筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應迅速補水，然后回填粘土和片石，直到泥漿面不再下降，然后用沖錘擠壓，反復回填粘土和片石，直到把樁身周圍的溶洞都填滿堵死。有空洞的樁，一定要控制沖程，以免鉆頭突然進入空洞，造成鋼絲繩斷裂或鉆機前傾。

（4）若溶洞內(nèi)充填物為淤泥，也應回填粘土和片石，反復沖砸，加固護壁，防止孔壁坍塌。

3.3 斜面巖及半邊巖的處理

斜巖面一般出現(xiàn)在粘土、全風化和弱風化的交接層，東家山特大橋地段土層與巖層交界處，巖層起伏度很大，加上巖石為弱風化石灰?guī)r，很堅硬。使得打樁時在入巖處，重錘會強烈擺動，經(jīng)常性的造成卡鉆、偏孔。這就是我們常說的斜巖，一般來說斜巖處理有以下幾種方法：

（1）直接鉆進：采用小沖程沖擊，一次重錘抬高一米內(nèi)，適用于斜巖高低處相差不大的地層。在此過程中應經(jīng)常檢查有無偏孔跡象，保證在規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，超出后要及時回填片石修正。優(yōu)點是樁基可以一直正常工作，零成本；缺點是有偏孔的危險，必須經(jīng)常檢查。

（2）回填片石：一般來說一次回填起來1m到1.5m，再沖擊，將片石打至與巖石一樣高度后，慢慢削平巖石層至同一高度，再往下鉆進?；靥钇螖?shù)根據(jù)實際情況而定。優(yōu)點是不影響樁機正常工作，成本??；缺點是每次回填效果不明顯。詳見圖1：斜巖片石回填示意圖。

（3）澆筑水下混凝土：將混凝土與巖層連接在一起，等于是人工修平斜巖面。當反復充填片石后仍出現(xiàn)偏孔等現(xiàn)象就要考慮采用澆筑水下混凝土的方法，下放導管至斜巖面，澆筑C30水下混凝土并高出斜巖面1米。待混凝土強度達到要求的30Mpa時正常鉆進。

（4）水下爆破：當斜巖面走向的坡度過大時回填的片石或混凝土在錘頭的重力下會沿著斜坡的走向滑入泥層，每天頻繁的回填片石但效果不佳，澆筑水下混凝土等待強度時間過長且混凝土與巖面結(jié)合處仍然會形成滑動面。因此必須考慮水下爆破的方法：水下爆破就是采用地質(zhì)鉆機在斜巖位置鉆一深孔，孔的位置要選在靠近斜巖面的最高位置處，鉆孔深度一般取2～3米，鉆孔前先下一根外徑11厘米的套管，套管壁厚為6毫米，套管長度為護筒頂至樁底的高度，套管底應按裝一個底座緊貼巖層以防止樁內(nèi)的泥漿或雜質(zhì)流入孔內(nèi)，詳見圖2：套筒安裝示意圖。當套管按裝完畢后在放置鉆孔機械，直徑9厘米的鉆桿從套筒慢慢放至巖層在鉆進。鉆孔完畢后應立即拔出鉆桿，在從套管向下裝炸藥，8～12管炸藥兩兩一綁相連做成炸藥包，炸藥包下端放一根0.2米長Ф20鋼筋以配重。上端用木桿把炸藥包一直推入孔底，爆破采用起爆器引爆。這種方法由于套管在爆破前不能拔出，所以套管底節(jié)最好選擇0.5～1米長以控制爆破對套管的最小損失，詳見圖3：裝藥示意圖。東家山特大橋的18#、19#墩的爆破效果是明顯的，每次2～3米孔深的爆破都可以使樁基順利鉆進1.5～2.5米，這種方法優(yōu)點是可以一次性解決斜坡巖的問題，缺點是爆破會損壞套管要造成經(jīng)濟損失，且機械按拆頻繁。

4 事故的防止與處理

4.1 漏漿的成因及處理

在沖擊成孔中，由于有的溶洞與地下暗河或其他溶洞相通，泥漿迅速流走，或是遇到空腔溶洞擊穿頂板后水頭高度急劇下降，造成漏漿。在溶洞樁基施工中，要在孔邊備足一定數(shù)量的片石和粘土，一旦出現(xiàn)漏漿，要及時回填片石粘土沖擊造壁，并且馬上補水，防止水頭高度繼續(xù)下降。若在打樁過程中發(fā)生快速漏漿時，應及時補漿，補濃漿，條件容許的話，向樁孔內(nèi)回填黃土，也可往泥漿中加入木屑或稻殼等盡量將泥漿調(diào)濃，提高泥漿稠度。

若在打樁過程中發(fā)生慢速滲漿時，泥漿調(diào)濃也無法阻止漏漿時，可向樁孔內(nèi)拋填水泥，用錘子上下攪動；若滲漿處在孔底部分，割小口，用錘將水泥砸到孔底，待水泥硬化四小時以上時候，再進行施工。

4.2 卡鉆的原因和處理方法

（1）沖擊鉆刃腳磨鈍、孔徑變小，造成卡鉆。應經(jīng)常對沖擊鉆進行焊接補刃。

（2）鉆頭在沖擊回填的片石時，有石塊將鉆頭和孔壁的空隙擠住，鉆頭不能上下?？煞判∨谡鸹钽@頭，也可用小沖擊鉆沖動，或用沖吸的方法將卡在鉆頭的石碴松動再提出。

（3）鉆頭沖破溶洞頂板，掉入溶洞，鉆頭傾斜，提不出來，應放小炮炸頂板巖。一般用藥量為400g左右，一次不行可反復幾次。

（4）卡鉆時不宜強提，免得拉壞機械，拉斷鋼絲繩，掉鉆頭。

4.3 坍孔

溶洞上部覆蓋層為砂礫、淤泥或卵石層等軟弱層。當沖擊到溶洞后，突然漏漿造成水頭高度急劇下降，軟弱層失去穩(wěn)定，形成漏斗狀的坍孔。

4.3.1 預防坍孔的方法

（1）在地下水可以控制的情況下，可考慮人工挖樁砼護壁，穿過軟弱層座落在巖層上在進行鉆孔樁施工，這種方法預防坍孔比較有效。東家山特大橋45-47#墩樁基施工采用了此辦法，即使溶洞漏水很厲害，在回填片石粘土反復沖擊反復漏水的情況下，仍未出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象。

（2）也可采用10mm 厚鋼護筒穿過軟弱層座落在巖層上，再繼續(xù)沖擊成孔，也可避免坍孔。

4.3.2 坍孔的處理方法

全孔回填粘土，并暫停一段時間后，再深埋鋼護筒至巖層，護筒周圍回填粘土，擠實，再重新鉆孔。

4.3.3 坍孔埋鉆

埋鉆的原因是坍孔造成的。施工中發(fā)現(xiàn)漏漿應立即將鉆頭提到孔外，如果未及時提鉆，漏漿后坍孔，鉆頭便被埋在孔中。處理方法有如下幾種：

（1）鋼護筒跟進人工挖孔法。樁孔進尺較短，地下水易于控制，沒有大的承壓力，人可以下到樁孔中去挖坍落的泥石，護筒及時跟進。一直挖到鉆頭的位置，護筒也跟進到鉆頭位置。

（2）真空吸渣法。將導管置于坍孔的底部，用9m3空壓機通過鋼管壓入空氣吸出沉渣。

5 結(jié)語

雖然在巖溶地區(qū)進行橋梁樁基施工是比較困難的，但經(jīng)過不斷總結(jié)經(jīng)驗，東家山特大橋近500根巖溶樁基順利施工完畢，通過本橋的實踐，我們認為：巖溶地區(qū)樁基施工時，應首先做好超前鉆孔，查明地質(zhì)情況，其次各種物資材料如鋼護筒、片石、粘土等要備料充足，最后要根據(jù)不同地質(zhì)條件靈活運用各種處理方法，最終一定能順利達成我們施工的期望。希望本文能對類似的工程施工提供參考和幫助。