巖溶地區(qū)水工嵌巖灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

魏小明+梁安玉

摘 要：長江中游巖溶地區(qū)建設(shè)重載水工建筑物，首選高樁碼頭結(jié)構(gòu)形式，其中控制基樁質(zhì)量是確保高樁碼頭質(zhì)量的關(guān)鍵。本文以九江地區(qū)某重載碼頭為例，淺析在巖溶地區(qū)，嵌巖灌注樁施工質(zhì)量的主要影響因素和質(zhì)量控制措施，為同類地區(qū)的基樁工程，從過程控制基樁質(zhì)量提供借鑒。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；嵌巖灌注樁；質(zhì)量控制

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0053-03

巖溶發(fā)育地區(qū)控制樁基質(zhì)量，如何根據(jù)工程地質(zhì)及溶洞的不同類型，從質(zhì)量、安全等方面進(jìn)行分析，采用合理的方法保障樁基的質(zhì)量，達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)，是控制水工工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 工程地形及地質(zhì)條件

1.1 工程地形、地貌

九江地理區(qū)位優(yōu)越，襟江傍湖，水運(yùn)發(fā)達(dá)，長江過境長度151公里。地勢地貌較為復(fù)雜，呈東西高，中部低，南部略高，向北傾斜的趨勢，主要以江南丘陵為主，形成以丘陵、山地、濱湖平原、沿江平原等多元化地形地貌綜合體。

1.2 工程地質(zhì)

地質(zhì)構(gòu)造：本項(xiàng)目所處區(qū)域位于贛北揚(yáng)子準(zhǔn)地臺（Ⅰ1）之下?lián)P子～錢塘臺拗（Ⅱ1）之九江臺陷（Ⅲ1）凹褶斷束（Ⅳ3）構(gòu)造單元北部。區(qū)域內(nèi)所發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造主要為褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，褶皺較緩和，形態(tài)較簡單，構(gòu)造形跡主要為斷裂，工區(qū)及附近未見全新世以來深大斷裂活動(dòng)跡象，地震發(fā)生不頻繁，且一般小于6級，場地區(qū)域穩(wěn)定性較好。

地層巖性：工程所在區(qū)域?qū)偾鹆?、河谷地帶，后方陸域地形平緩，地形條件單一，覆蓋層厚度一般10～50m，地層自地表而下按單元土體如下：①粉質(zhì)粘土②-1淤泥質(zhì)土②-2粉質(zhì)粘土②-3粉細(xì)砂③粉細(xì)砂③-1粉質(zhì)粘土③-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土④碎石土④-1中粗礫砂⑤粉質(zhì)粘土混角礫⑥中風(fēng)化石灰?guī)r⑦中風(fēng)化礫巖，基巖埋深淺，根據(jù)鉆探揭示下伏基巖為石灰?guī)r、礫巖、砂質(zhì)泥巖。

其中，下部主要地層為中風(fēng)化石灰?guī)r，分布廣泛且連續(xù)，埋深10.5～54.5m。該層巖石天然極限抗壓強(qiáng)度值為82.6MPa，巖石飽和極限抗壓強(qiáng)度值為76.8MPa。受地下水溶蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重，經(jīng)初勘鉆孔，部分鉆孔有溶洞及較大裂隙發(fā)育，溶洞內(nèi)部，一般為褐黃色粘性土混碎石充填，層厚不均，厚度一般0.3～4.6m。

2 碼頭功能要求及質(zhì)量管理的特點(diǎn)

建設(shè)2個(gè)5000DWT散貨進(jìn)口泊位和1個(gè)2000DWT散貨出口泊位（水工結(jié)構(gòu)兼顧10000DWT船靠泊）及相應(yīng)的配套設(shè)施，其中，為配合后方建設(shè)單位需要，本工程需重件運(yùn)輸，將下游端進(jìn)口泊位兼顧作為重件泊位。

本工程碼頭樁基質(zhì)量控制要點(diǎn)，在施工階段，依據(jù)超前鉆探地勘資料，核定每根樁基的入巖界面標(biāo)高、鋼護(hù)筒長度、成孔嵌巖深度，確定溶洞處理施工方案和技術(shù)措施，結(jié)合樁基承載力自平衡法試驗(yàn)檢測技術(shù)，聲測管超聲波和鉆孔取樣的檢測手段，檢測在巖溶地區(qū)水工嵌巖樁基質(zhì)量施工控制成效。

3 樁基施工質(zhì)量影響因素和控制要求

巖溶地區(qū)嵌巖樁基施工質(zhì)量控制，主要審查樁基施工方案、檢查原材料、過程工序驗(yàn)收和最后的實(shí)體檢測。其中施工溶洞處理方案起著指導(dǎo)和操作性的作用，對施工質(zhì)量能否合格有著關(guān)鍵性的影響，因此，審查成孔施工工藝的合理性，溶洞處理的有效性，尤為重要。

3.1 施工方案的審核要點(diǎn)

3.1.1 樁基施工順序

碼頭樁基施工順序如下：超前鉆探→鋼護(hù)筒沉樁→水上施工平臺搭設(shè)→旋轉(zhuǎn)/沖擊成孔→安裝鋼筋籠→澆注水下混凝土成樁。

3.1.2 溶洞處理方案

關(guān)于溶洞處理的技術(shù)要求：承包人綜合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有工程地質(zhì)條件等因素，結(jié)合拋填碎石土、內(nèi)置鋼護(hù)筒、灌注混凝土填筑等不同的溶洞處理方案，編制本工程溶洞處理施工專項(xiàng)方案，工程施工前組織相關(guān)各方召開專家評審會(huì)后實(shí)施，主要方案如下：

（1）溶洞處理的技術(shù)要求簡述如下：①溶洞范圍小，溶洞深度小于1m，采用拋填風(fēng)化石、粘土等，使溶洞范圍形成護(hù)壁后，再繼續(xù)施工，直至成孔。在溶洞范圍樁的鋼筋籠在溶洞上下各1m的范圍內(nèi)的定位鋼筋上焊接厚4mm的鋼板圓筒，保證成樁混凝土的質(zhì)量。②對于溶洞的高度在1～3m，則采取先填充碎石、砂混合物和注水泥漿或者素混凝土等不同方案。然后用小沖程沖擊鉆沖擊風(fēng)化石擠壓到溶洞邊形成水泥漿碎石外護(hù)壁。水泥漿將風(fēng)化石空隙初步堵塞后，停止沖擊，24h后，待水泥的強(qiáng)度達(dá)2.5MPa后再繼續(xù)沖擊，穿過溶洞。③溶洞高在3～5m的多層溶洞，且多層溶洞間的間距較小的，可采用鋼護(hù)筒穿越處理或者澆灌混凝土等不同方案。先用沖擊鉆進(jìn)行沖孔、擴(kuò)孔，然后采用振錘把鋼護(hù)筒振沉至溶洞底部。④溶洞高度大于5m的多層溶洞，且溶洞間距較大時(shí)，采用套內(nèi)護(hù)筒法施工，即用內(nèi)護(hù)筒穿過溶洞的方法進(jìn)行施工。⑤對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時(shí)可采取投放風(fēng)化石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，保證泥漿不流失，順利通過巖溶區(qū)。

（2）根據(jù)地質(zhì)報(bào)告揭示，本工程存在溶洞，樁基施工時(shí)遇到溶洞，可采用如下方法：①灌砂壓漿法：通過灌砂填塞溶洞空間，采用壓漿將洞內(nèi)砂礫板結(jié)、凝固成堅(jiān)實(shí)的混和體，防止在鉆孔過程中出現(xiàn)漏漿、塌孔等現(xiàn)象。②填充粘土和片石法：當(dāng)鉆孔至溶洞層時(shí)，一般護(hù)筒內(nèi)泥漿會(huì)全部或部分流失，這時(shí)可采用片石加粘土回填，溶洞較大時(shí)可加入部分水泥，若溶洞內(nèi)泥石護(hù)壁出現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)再次回填，反復(fù)回填、反復(fù)沖擊，直至不再漏漿為止。③灌低標(biāo)號混凝土法：對于較大的溶洞，尤其是半填充或無填充溶洞，有時(shí)采用填粘土和片石的方法難以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土?xí)r孔壁被擠垮，這時(shí)可灌低標(biāo)號混凝土填滿溶洞，至溶洞頂1m以上，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再繼續(xù)鉆孔。④鋼護(hù)筒跟進(jìn)法：在溶洞較大，洞內(nèi)無填充或有流塑充填物，漏水嚴(yán)重或與暗河連通時(shí)，采取上述方法無效時(shí)，可采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工。endprint

3.2 施工工藝的主要影響及質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）鋼管樁沉樁質(zhì)量控制要點(diǎn)：在鋼管樁進(jìn)入基巖的前提下，沉樁以標(biāo)高控制和貫入度雙控方式進(jìn)行。其中貫入度控制為主，標(biāo)高控制為輔，若實(shí)際沉樁樁尖高程高于設(shè)計(jì)樁尖高程2米以上，則須報(bào)設(shè)計(jì)研究解決。鋼護(hù)筒的沉放以保證鋼護(hù)筒穩(wěn)定，避免樁端卷口為原則，暫定貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)（最后10擊的平均貫入度）為5～10mm/擊，實(shí)際施工，可依據(jù)沉樁情況與設(shè)計(jì)商量酌情調(diào)整。

（2）沖擊成孔質(zhì)量控制要點(diǎn)：①鉆孔樁施工主選沖擊型鉆機(jī)進(jìn)行施工，沖擊鉆機(jī)成孔開孔時(shí)應(yīng)低錘密擊，鉆到一定深度后方可正常沖擊；成孔過程中應(yīng)根據(jù)土質(zhì)的軟硬程度調(diào)整沖程，最大沖程不宜超過4-6m，并應(yīng)防止空錘；沖擊表面為傾斜巖面或有漂石時(shí)，應(yīng)投入粘土夾小片石，將表面墊平后再?zèng)_擊成孔，也可在孔內(nèi)澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再?zèng)_擊成孔。②終孔根據(jù)超前鉆探資料，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)全截面入巖的要求，確保嵌巖長度及樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。為滿足設(shè)計(jì)要求，沖孔過程現(xiàn)場的入巖判定，終孔深度應(yīng)由施工、監(jiān)理、地勘三方共同確認(rèn)。③沖孔灌注樁完成嵌巖終孔后，應(yīng)對成孔的孔徑及垂直度進(jìn)行檢查，當(dāng)兩者都滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，方可進(jìn)行清孔作業(yè)。④第一次清孔時(shí)間應(yīng)在終孔提錘后立即進(jìn)行，防止石渣沉淀過厚，打撈桶難以清理。

（3）安裝鋼筋籠質(zhì)量控制要點(diǎn)：①主筋的砼保護(hù)層為50mm（嵌巖段）和150mm（鋼管樁段），為確保主筋有足夠的保護(hù)層厚度，鋼筋籠四周應(yīng)設(shè)置凸出的定位鋼筋，防止鋼筋籠偏向一側(cè)。②按照設(shè)計(jì)的每根樁3根聲測管的數(shù)量、技術(shù)規(guī)格設(shè)置聲測管，聲測管上端高出基樁頂面20cm，下端至樁底，檢測管每節(jié)長8m，最底一節(jié)長度不大于12m，節(jié)間用套管連接。③安裝時(shí)將聲測管綁扎于加勁鋼筋之上，其底端用鋼板焊牢封底，要求不漏水，澆注混凝土前往管內(nèi)注滿水，其上用木質(zhì)或塑料塞子堵死。④防止吊裝的嵌巖樁鋼筋籠出現(xiàn)浮籠現(xiàn)象，采用在鋼筋籠頂利用直徑25mm鋼筋將鋼筋籠焊接至鋼護(hù)筒內(nèi)，以防止鋼筋籠上浮。

（4）水下混凝土澆筑質(zhì)量控制要點(diǎn)：①混凝土澆注前，應(yīng)再次檢測沉渣厚度，孔底沉渣允許厚度不大于30mm，超過設(shè)計(jì)要求的沉渣厚度應(yīng)二次淸孔。二次淸孔完成后，應(yīng)立即采用混凝土封底，封底厚度不小于20cm，同時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行樁身澆注，鉆孔成孔后到開始樁身砼澆注時(shí)間間隔不得超過8小時(shí)。②導(dǎo)管長度應(yīng)能滿足水下砼的灌注，導(dǎo)管接頭不能漏水，導(dǎo)管下放后，下口距離孔底懸高30～50cm為宜。③混凝土料斗應(yīng)有足夠的容量，首批灌注的混凝土量應(yīng)使導(dǎo)管底端埋入混凝土內(nèi)深度1 米以上，且應(yīng)保持導(dǎo)管內(nèi)的混凝土壓力不小于1.5 倍井孔水深的壓力。④澆筑時(shí)應(yīng)及時(shí)測量孔內(nèi)砼高度，保持導(dǎo)管的合理埋深。測量孔內(nèi)砼面高度的次數(shù)一般不宜少于所用的導(dǎo)管節(jié)數(shù)，并在每次起升導(dǎo)管前，探測一次管內(nèi)、外砼面高度，同時(shí)，觀察孔口返水情況，以正確地分析和判斷孔內(nèi)情況，并作好記錄。⑤導(dǎo)管提升時(shí)應(yīng)保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，如果導(dǎo)管卡掛鋼筋籠，可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管，使其脫開鋼筋籠后，移到鉆孔中心，隨著孔內(nèi)砼的上升，需逐節(jié)（或兩節(jié)）拆除導(dǎo)管。⑥砼必須連續(xù)灌注，嚴(yán)禁有夾層和斷層，混凝土終灌標(biāo)高的確定應(yīng)能保證樁頂鑿除后的混凝土質(zhì)量，每孔實(shí)際灌注的砼數(shù)量嚴(yán)禁小于計(jì)算方量。

4 施工質(zhì)量問題的處理方法

4.1 漏漿問題

鉆孔過程中造成溶洞內(nèi)填充物表層的破碎，使得這些物質(zhì)滲入鉆孔而擠壓出泥漿；各溶洞之間是相互連通的，一個(gè)溶洞的滲漏泥漿會(huì)沿著通道流動(dòng)至其他溶洞；鉆孔達(dá)到一定溶洞深度后，巖石層的裂縫增加，加劇了泥漿流失的問題；溶洞和裂縫孔隙中蘊(yùn)藏的地下水含量豐富，泥漿會(huì)在地下水的夾帶下逐漸流失。

解決漏漿問題，依據(jù)漏漿的方量多少和次數(shù)，選擇溶洞處理方案中填充粘土或片石法及灌低標(biāo)號混凝土法。

4.2 塌孔、坍塌問題

塌孔是施工過程不易預(yù)防的不良工況，一方面，溶洞體積都比較大且彼此之間相互貫通，一旦出現(xiàn)漏漿問題，漿面會(huì)在短時(shí)間內(nèi)持續(xù)性下降，即使是后期補(bǔ)漿也難以恢復(fù)到之前的高度；另一方面，鉆孔過程中可能遇到裂隙，造成孔內(nèi)泥漿迅速流失，使得溶洞地質(zhì)的中厚砂層出現(xiàn)流沙、塌孔問題，引起周邊地面的塌陷，殃及周邊地面，容易發(fā)生人員、機(jī)械設(shè)備傷害等安全事故。

解決塌孔、坍塌問題，根據(jù)溶洞的大小選擇溶洞處理方案中填充粘土和片石法、灌低標(biāo)號混凝土法和鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，或者兩種方法前后組合采用。

4.3 卡錘、埋錘問題

在溶洞處理過程中，由于漏漿、孔內(nèi)塌孔現(xiàn)象比較普遍，巖面傾斜、多層的溶洞、沖擊鉆錘頭進(jìn)入巖層嵌巖深度較深等原因，本工程卡錘、埋錘現(xiàn)象較多，因此鉆頭卡埋現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，處理不好嚴(yán)重影響工程進(jìn)度，同時(shí)給工程質(zhì)量和安全帶來隱患。

解決埋錘、卡錘問題，應(yīng)該分析卡錘、埋錘的原因，安排潛水員水下探明沖擊錘的姿態(tài)和部位，采取有針對性的措施清渣撈錘，如水下切割、局部微爆等方法。

5 樁基質(zhì)量檢測

為檢測嵌巖灌注樁質(zhì)量，驗(yàn)證設(shè)計(jì)承載力，通過對施工完成的工程樁基采用靜載試驗(yàn)，聲測管超聲波樁身完整性和鉆孔取樣檢查，可以確保樁基的最終質(zhì)量是否滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的承載力、耐久性要求。

5.1 靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)樁采用工程樁，在工程施工過程中進(jìn)行樁基軸向抗壓承載力試驗(yàn)，在碼頭上、下游選擇2根工程樁（Φ1300灌注型嵌巖樁）作為試驗(yàn)樁，選用周邊工程樁作為基準(zhǔn)樁。

依據(jù)樁基最大承載力設(shè)計(jì)值9900KN，計(jì)算靜載工程樁樁基極限承載力27000KN，試樁技術(shù)按照江西省標(biāo)《樁身自反力平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》（DB36/J002-2006）、《基樁靜載試驗(yàn)-自平衡法》（JT/T738-2009）和《港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ255-2012）實(shí)施。

自平衡檢測的結(jié)論為：B1#、C8#樁的單樁豎向極限承載力測定值分別為27018KN，28112KN，均滿足27000KN的靜載極限值要求。endprint

5.2 超聲波檢測

鉆孔樁采用超聲波聲測管檢測樁身完整性，超聲波檢測樁數(shù)為總數(shù)的100%。本工程按照《港口工程樁基規(guī)范》（JTS 167-4-2012）10.7施工檢測及質(zhì)量控制要求組織實(shí)施，共檢測216根樁，Ⅰ類樁204根，占比94%，Ⅱ類樁12根（主要是樁身存在輕微缺陷），占比6%，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

5.3 鉆孔取樣檢測

對超聲波完整性檢測的樁基，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行整樁鉆孔取樣，檢測樁數(shù)為總樁數(shù)的3%，總共是7根樁，具體檢測樁位由項(xiàng)目管理人員隨機(jī)抽取，鉆孔取樣檢測應(yīng)重點(diǎn)選擇砼澆注或超聲波檢測異常的樁。

本工程采用地質(zhì)鉆機(jī)，除了對檢測為Ⅱ類樁有代表性的5根，和2根因?qū)Ч芸ㄗ〔坏貌环謨纱螡沧⒒炷恋臉痘M(jìn)行了鉆芯，還對有代表性的部位選擇了3根，合計(jì)7根樁基鉆孔取樣均下鉆到混凝土樁端和基巖結(jié)合部位下0.5米，芯樣取出完整，無泥漿夾層，芯樣長度均超過設(shè)計(jì)樁長，樁基端部混凝土與基巖結(jié)合良好，未發(fā)現(xiàn)明顯沉渣。

6 存在問題及建議

為了控制樁基質(zhì)量，施工過程進(jìn)行了全面質(zhì)量控制，但是由于地層溶洞的復(fù)雜性，按照溶洞的處理方案在樁基成孔過程中，基本實(shí)施了溶洞空隙和裂縫發(fā)育對泥漿漏漿、跑漿的控制，仍然在水下澆筑混凝土過程中，發(fā)生了較大的混凝土流失超方現(xiàn)象，造成了樁基造價(jià)的上升，本工程樁基超方統(tǒng)計(jì)見下表1，應(yīng)該引起重視，進(jìn)一步分析超方現(xiàn)象發(fā)生的原因，采取有效措施，將超方的成本控制在適度的范圍。

溶洞的處理，是樁基施工階段解決問題的核心。雖然每個(gè)樁位均按設(shè)計(jì)的技術(shù)要求進(jìn)行了超前鉆探，但每根樁位超前鉆探一個(gè)孔位有其局限性，對存在溶洞群等復(fù)雜地質(zhì)條件的樁位不能較好指導(dǎo)施工，影響樁基成樁質(zhì)量，應(yīng)引進(jìn)其它的地勘技術(shù)，綜合各項(xiàng)勘探成果準(zhǔn)確描述地下溶洞空間分布，進(jìn)行精準(zhǔn)的分析和判斷，提出解決溶洞群對樁基施工卡錘、超方等對施工效率和成本不利影響的正確處理方案。

7 結(jié)論

巖溶地區(qū)嵌巖灌注樁施工質(zhì)量控制，為確保樁基施工質(zhì)量，從超前鉆孔勘探進(jìn)入中風(fēng)化石灰?guī)r深度，由鋼管樁的制造工藝到沉樁質(zhì)量偏差，溶洞及存在問題的處理，到最后嵌巖灌注樁的水下混凝土澆注質(zhì)量，是從過程質(zhì)量控制的要求出發(fā)，采用事前和事中結(jié)合的動(dòng)態(tài)控制原則。成樁質(zhì)量過程驗(yàn)收，至最后的檢測和試驗(yàn)，無較大缺陷樁基，做到了質(zhì)量可控。

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