淺談溶洞區(qū)沖擊式鉆孔樁施工問題與處理

季 磊

中鐵二十四局集團上海鐵建工程工有限公司 江蘇 徐州 221008

正文：

1 引言

隨著我國高鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，巖溶地區(qū)的橋梁工程逐漸增多。橋樁施工不可避免的遇到溶洞地層，由于溶洞地層的復(fù)雜多變性，地勘資料的局限性和空間尺寸偏差等原因，溶洞地層鉆孔施工易造成卡鉆、鉆孔歪斜和漏漿垮孔等事故，本文基于筆者所參與的沖擊式鉆孔樁施工，深入分析了沖擊式鉆孔樁在溶洞地區(qū)的施工問題與處理方法。

2 施工實例

2.1 合福鐵路安徽段站前四標(biāo)鐘鳴特大橋鉆孔樁基礎(chǔ)工程

鐘鳴特大橋位于銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)處，全橋長7463.69m。鉆孔樁樁徑為1.0m、1.25m、1.5m、2.0m，樁長19m～101m，采用水下C30混凝土，共2296根。施工范圍處于丘陵地帶，溶洞發(fā)育豐富；工程采用沖擊式鉆機實施鉆孔樁鉆孔施工。.

2.2 施工過程中出現(xiàn)的問題及處理方法

2.2.1 斜巖地層

本工程位于丘陵山脈地區(qū)，由于地殼移動相互擠壓形成褶皺，使地下巖層出現(xiàn)傾斜。沖擊鉆孔施工過程中，沖擊錘自由下落會受到巖石傾斜影響而導(dǎo)致鉆孔中心發(fā)生偏移，錘繩隨之發(fā)生擺動。

針對斜巖地層出現(xiàn)的鉆孔問題，工程中采取了多種措施，一是加強了對鉆機錘繩的觀察，一旦出現(xiàn)錘繩水平擺動，則暫停向下沖擊，采用與地層巖石硬度接近，尺寸在30cm～50cm直徑的片石回填至未發(fā)生鉆孔傾斜高度，降低沖擊錘的提升高度反復(fù)在傾斜區(qū)域沖擊；二是采用澆筑強度大于發(fā)生斜巖區(qū)域的水下混凝土，至發(fā)生斜巖處標(biāo)高，靜置24h以上，再進(jìn)行鉆進(jìn)的方法，直到完全糾正傾斜再進(jìn)行鉆進(jìn)。通過兩種方法的實施，都取得了很好的效果。

2.2.2 淺層溶洞地層

本工程溶洞內(nèi)部主要由土壤、水或空氣填充，淺層溶洞地層沖擊鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)了沖進(jìn)深度突然增大和鉆孔內(nèi)用的泥漿液面突然下降的狀況。

針對工程中出現(xiàn)的問題，首先應(yīng)及時停止鉆進(jìn)，然后對照設(shè)計圖紙分析所遇溶洞特征。

通過分析本工程鉆孔中出現(xiàn)突沉和漏漿的問題，分別是遇到了淺層單個溶洞和多個成垂直串狀分布的溶洞，施工中采取了鋼護筒跟進(jìn)的施工方法。該方法就是一邊鉆進(jìn)，一邊接高護筒，并將護筒壓到已鉆成的孔內(nèi)。

鋼護筒施工期間又出現(xiàn)了新的問題，當(dāng)單樁穿過多個溶洞，并且均已造壁成功，在繼續(xù)向下鉆進(jìn)過程中，發(fā)生了上面已形成的泥石護壁坍塌漏水的現(xiàn)象，采取了鋼護筒跟進(jìn)至坍塌漏漿溶洞進(jìn)行堵漏的方法。

鋼護筒施工的參數(shù)和工藝如下：

（1）鋼護筒選擇。內(nèi)護筒長度和內(nèi)徑的確定：護筒長度L=(h+H+1)m ,(h為地質(zhì)鉆探確定的溶洞深度,H為溶洞頂?shù)降孛婕?0cm的高度)；單層護筒內(nèi)徑大于設(shè)計樁徑10cm,多層護筒最內(nèi)層護筒內(nèi)徑大于設(shè)計樁徑10cm，其外面一層護筒內(nèi)徑大于內(nèi)層護筒外徑10cm，以此類推。鋼護筒要有一定的剛度，鋼板厚為δ10mm，單個大溶洞用單層護筒，兩個大溶洞用雙層護筒，以此類推。

（2）內(nèi)護筒的沉放。當(dāng)沖擊錘擊穿溶洞頂時，在充分補漿后將沖錘在溶洞頂反復(fù)提升并沖擊，使溶洞頂部孔壁形成規(guī)則圓形后再將鋼護筒進(jìn)行向下跟進(jìn)，防止孔壁形狀不規(guī)則，造成鋼護筒被卡或深入溶洞后發(fā)生傾斜。

采用鋼護筒跟進(jìn)法施工時，施工中充分利用沖擊鉆的擴孔性，使鋼護筒能順利下沉。使用鋼護筒跟進(jìn)法，增加了錘頭直徑，使其大于要跟進(jìn)的鋼護筒外徑3cm-5cm，護筒到位后鉆頭改為滿足成孔要求的鉆頭直徑。如果沖擊鉆在堅硬的巖石中的擴孔系數(shù)較小，不能滿足護筒下沉的要求孔徑時，回填片石并增加鉆頭直徑進(jìn)行二次沖孔，以確保鋼護筒順利下沉。

2.2.3 深層溶洞回填施工

當(dāng)鉆孔樁設(shè)計長度較長時，深層溶洞的鋼護筒跟進(jìn)成本極大，且無法保持鋼護筒下沉的垂直度，采用回填的方法，在回填的片石粘土中加入適量的水泥和草繩進(jìn)行添堵，回填后降低沖擊錘的沖程高度，將回填物沖擊密實后停止沖擊靜止一段時間，待進(jìn)入溶洞內(nèi)的回填物與水泥形成一定強度后，再降低沖擊沖程鉆進(jìn)直到穿過溶洞低層后再適量增加沖程，直到恢復(fù)正常鉆進(jìn)速度。當(dāng)反復(fù)回填的方法仍然不能有效阻止溶洞漏漿，采用回填C20素混凝土的方法，將混凝土標(biāo)高澆至超過溶洞頂標(biāo)高，且混凝土標(biāo)高不再下降后，靜置24h以上，使混凝土充分凝固再進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

2.2.4 不同體積溶洞施工

由于地下巖層形成的溶洞大小有區(qū)別，根據(jù)溶洞的大小合理的選擇正確的施工方式也是對減小溶洞影響施工的正確處理方法。

本工程鉆孔施工中出現(xiàn)了單根樁基所通過的溶洞看似體積較小，但與同承臺內(nèi)的其他樁溶洞有貫通連接的問題，施工中采取了選擇貫通的溶洞中底標(biāo)高較低的單樁開始先進(jìn)行施工，再依次進(jìn)行該貫通溶洞底標(biāo)高較高的樁施工。

（1）本工程單樁施工過程中，遇到樁溶洞較小，且沒有其他溶洞相連的情況時，在鉆孔過程中即將到達(dá)溶洞頂標(biāo)高處時，采取減少落錘高度，緩慢擊穿溶洞頂并反復(fù)沖擊使溶洞頂部樁孔形成規(guī)則圓形，適當(dāng)增加泥漿比重，拋填少量片石粘土進(jìn)行填充造壁的方法。

（2）本工程中遇到溶洞內(nèi)空間較大，且為聯(lián)通溶洞第一根樁時，提前計算出了溶洞頂標(biāo)高，在接近溶洞頂部時，采取降低落錘高度，同時增加泥漿制備量的方法，防止一旦擊穿溶洞頂部出現(xiàn)大量漏漿，導(dǎo)致已成孔上部由于沒有泥漿護壁出現(xiàn)孔壁坍塌，造成塌孔或埋錘現(xiàn)象發(fā)生。鉆進(jìn)擊穿該溶洞頂后迅速補漿至原液面，然后再使用片石粘土混合料進(jìn)行填充至溶洞頂標(biāo)進(jìn)行復(fù)鉆，并反復(fù)回填數(shù)次，待將溶洞全部填充密實，孔內(nèi)情況穩(wěn)定且造壁成功后不再出現(xiàn)泥漿流失。個別鉆孔施工中采取了在混合回填物中加入袋裝水泥，并將回填物進(jìn)行壓實后靜置12h以上，使回填物中水泥與片石粘土達(dá)到一定強度后，再使用降低落錘高度的方法進(jìn)行鉆進(jìn)的方法，直至完全通過溶洞底標(biāo)高，且不再出現(xiàn)泥漿流失現(xiàn)象。

2.2.5 水下混凝土澆筑

巖溶地區(qū)澆筑水下混凝土?xí)r也會受地下溶洞影響，澆筑混凝土過程中，由于混凝土密度大，隨著澆筑過程中混凝土面的升高，對孔內(nèi)壁的水平壓力逐漸增加，因此，在澆筑混凝土?xí)r時刻注意泥漿液面的變化。當(dāng)水下混凝土頂標(biāo)高通過溶洞區(qū)域時降低混凝土澆筑速度，適當(dāng)增加澆筑導(dǎo)管的埋深，以防澆筑過程中混凝土將溶洞填充物壓入側(cè)向溶洞，突然發(fā)生大量漏漿導(dǎo)致斷樁事故。個別溶洞地區(qū)樁基水下混凝土澆筑過程中出現(xiàn)了少量漏漿現(xiàn)象，及時進(jìn)行了補充泥漿。一些較長樁的最底層溶洞位置接近樁底設(shè)計標(biāo)高，在進(jìn)行此類樁的水下混凝土澆筑時，發(fā)生了已澆筑的水下混凝土量不大，但最底層溶洞突然大量漏漿現(xiàn)象，在向孔內(nèi)補漿沒有明顯成效的情況下，終止了水下混凝土的繼續(xù)澆筑，防止大量混凝土流入溶洞，造成單樁混凝土用量無法估算且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計放量，使施工成本大大增加，采取了灌注細(xì)料混凝土結(jié)合水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行補漿的方法，有效的控制了漏漿。

3 結(jié)語

在熔巖地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基施工時，往往由于地勘資料不詳細(xì)，特別是對溶洞性質(zhì)等揭示不清，使得施工困難，造成事故多發(fā)、進(jìn)度慢、成本高。通過筆者在本工程的沖擊式鉆孔樁施工，摸索和總結(jié)出以上經(jīng)驗，希望會對同類施工提供一定參考。