巖溶地質(zhì)鋼護(hù)筒跟進(jìn)法樁基施工工藝

胡樂成

摘 要：樁基作為一座橋梁的重要組成部分，樁基的施工質(zhì)量決定了整座橋梁的總體質(zhì)量，決定著橋梁的可使用年限。貴陽地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，貴陽市區(qū)便處在一較大巖溶盆地。貴陽市軌道交通1號(hào)線7標(biāo)段施工的下麥西1號(hào)雙線大橋所處地質(zhì)環(huán)境就是巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，且地下巖層見溶率較高，因此對(duì)樁基施工提出了更高的要求。下麥西1號(hào)橋0-2#樁基施工時(shí)就是采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法來處理較大溶洞的，事實(shí)證明鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理高大溶洞是保證質(zhì)量和安全，縮短工期的一種穩(wěn)妥可靠的施工方案。文章就是對(duì)巖溶地質(zhì)處采用沖擊鉆成孔、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工樁基的工藝予以闡述，希望對(duì)以后類似地質(zhì)條件下樁基施工有所幫助。

關(guān)鍵詞：巖溶地質(zhì)；溶洞；鋼護(hù)筒跟進(jìn)；樁基施工

中圖分類號(hào)：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）15-0103-04

Abstract： Pile foundation is an important part of a bridge. The construction quality of pile foundation determines the overall quality of the whole bridge and the useful life of the bridge. Because the geological structure of Guiyang is complex， the urban area of Guiyangis located in a large karst basin. The geological environment of Xiamaixi No.1 double-line bridge under construction of No. 7 section of Guiyang Rail Transit Line 1 is in the area of strong karst development， and the dissolution rate of underground rock is relatively high， so the higher requirements for pile foundation construction are put forward. In the #0-2 pile foundation construction of Xiamaixi No.1 Bridge， the steel casing tube follow-up method is used to deal with the large karst cave. It has been proved that the steel retaining tube follow-up method is a safe and reliable construction scheme to ensure the quality and safety and to shorten the construction period. This paper expounds the construction technology of pile foundation in karst geology by means of percussive drilling and steel casing tube follow-up method， hoping to be helpful to pile foundation construction under similar geological conditions in the future.

Keywords： karst geology； karst cave； steel casing tube follow-up； pile foundation construction

1 工程概況

貴陽市軌道交通1號(hào)線下麥西站～將軍山站區(qū)間，下麥西1號(hào)雙線大橋?yàn)?×30m跨徑高架橋梁，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)251.04m。樁基采用直徑1.25m鉆孔樁，0#臺(tái)6根樁基、8#臺(tái)5根樁基、1#～7#墩各4根樁基，全橋共計(jì)39根鉆孔樁。根據(jù)地質(zhì)情況，選用沖擊鉆和旋挖鉆來完成本橋的樁基施工。設(shè)計(jì)要求樁底以中風(fēng)化灰?guī)r作為持力層，樁基嵌入風(fēng)化巖層不小于2m，且不小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。

2 不良地質(zhì)情況

2.1 巖溶

場(chǎng)區(qū)為可溶巖分布區(qū)，地表出露洼地、殘丘及巖溶泉等巖溶現(xiàn)象，地表巖溶強(qiáng)發(fā)育，地下巖溶主要受斷層破碎帶影響，巖溶形態(tài)主要為巖溶管道及豎向串珠狀溶洞，地勘結(jié)果顯示，37個(gè)鉆孔中有12個(gè)鉆孔見溶洞共計(jì)16個(gè)，見溶率為32.4%，溶洞洞徑一般為0.4～5m，0#臺(tái)為最大15.6m溶洞。溶洞以全填充溶洞為主，填充物為軟塑～流塑狀粘土，少量為空溶洞。強(qiáng)發(fā)育巖溶對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)影響較大。

2.2 斷層破碎帶

線路于樁號(hào)YD1K0+950附近與仁和場(chǎng)逆斷層第一支相交，交角約75°，斷層破碎帶及影響帶寬度10～20m，帶內(nèi)構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體較破碎，對(duì)破碎帶內(nèi)樁基影響較大。

3 針對(duì)不良地質(zhì)情況采取的樁基施工措施

0#和8#橋臺(tái)樁基穿過較大溶洞，我部采用鋼護(hù)筒下底處理措施施工樁基；1#、3#、7#橋墩樁基穿過較小溶洞，采用黃泥夾片石處理措施。本文以0-2#樁基為例，對(duì)鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工樁基工藝予以闡述。

4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法樁基施工工藝

4.1 鉆孔設(shè)備

0#臺(tái)樁長(zhǎng)28m，采用沖擊鉆鉆進(jìn)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，1.25m樁徑正常情況下采用1.2m直徑錐錘即可滿足成孔后樁徑要求。采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工，鋼護(hù)筒直徑為d+10cm，d為樁基直徑，故本項(xiàng)目下底鋼護(hù)筒直徑為1.35m，沖擊鉆錐錘直徑應(yīng)換成1.4m，以便于鋼護(hù)筒順利下沉。

4.2 鋼護(hù)筒加工

鋼護(hù)筒采用壁厚10mm鋼板卷制而成，第一節(jié)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為2m，內(nèi)徑1.6m，為外護(hù)筒；其余每節(jié)制作長(zhǎng)度為6m，內(nèi)徑1.35m，為內(nèi)鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒在廠家集中機(jī)械卷制成型后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，焊縫全部為雙面坡口。

4.3 施工方法

下置鋼護(hù)筒的目的：主要是防止鉆進(jìn)至溶洞時(shí)護(hù)壁泥漿流失，造成孔壁坍塌，同時(shí)可有效控制偏孔。下置鋼護(hù)筒，既可以保證樁體順利穿過溶洞層完美成孔的目的；同時(shí)也避免了樁體混凝土在溶洞層無限超灌注，甚至無法成樁的情況，避免不可控的成本浪費(fèi)。

4.3.1 開鉆

場(chǎng)地平整后由測(cè)量員放出樁位，埋置外鋼護(hù)筒前現(xiàn)場(chǎng)施工人員自行引出十字保護(hù)樁。根據(jù)護(hù)筒直徑開挖樁位處，下放第一節(jié)外鋼護(hù)筒，保證護(hù)筒頂高出地面30～50cm。再次將沖擊錘對(duì)中，正式開鉆。根據(jù)地勘資料和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定0#臺(tái)處原地面以下4.5m處開始出現(xiàn)約16m深的大溶洞，故直接用1.4m直徑?jīng)_擊鉆錐錘，以備后續(xù)順利打入內(nèi)鋼護(hù)筒。鉆進(jìn)過程中要經(jīng)常量測(cè)孔深，在鉆至3.5m深左右時(shí)停鉆，開始打入內(nèi)鋼護(hù)筒。

4.3.2 打入內(nèi)鋼護(hù)筒

內(nèi)鋼護(hù)筒下沉，采用25T汽車吊輔助沖擊鉆錐錘（5.5噸），通過鉆錐自重，將內(nèi)鋼護(hù)筒緩緩壓入已鉆出的孔樁內(nèi)，直至巖層面，然后再進(jìn)行成孔鉆進(jìn)。

首先，內(nèi)鋼護(hù)筒要分節(jié)下沉，其次，鉆錐通過內(nèi)鋼護(hù)筒頂部的橫擔(dān)，牢牢固定在內(nèi)鋼護(hù)筒的頂部，通過25噸汽車吊調(diào)整鉆錐重量來調(diào)整控制內(nèi)鋼護(hù)筒下沉的速度。值得注意的是，鉆錐在內(nèi)鋼護(hù)筒頂部的位置必須居中，防止因重心偏移造成護(hù)筒傾斜。下沉過程中，要不斷的通過水平尺矯正內(nèi)鋼護(hù)筒的垂直度，確保傾斜度？芨1%L，若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)偏斜的過大，立即糾正，嚴(yán)格控制傾斜度不能超標(biāo)，消除一切可能影響傾斜度的不利因素。

內(nèi)鋼護(hù)筒下沉完畢以后，利用沖擊錐錘進(jìn)行下一步成孔作業(yè)，一般成孔深度為1.5～2m之后，及時(shí)下沉內(nèi)鋼護(hù)筒至進(jìn)尺的巖面標(biāo)高位置；然后再進(jìn)行沖孔、繼而下沉內(nèi)鋼護(hù)筒。周而復(fù)始，循環(huán)重復(fù)上述工序，直至達(dá)到樁底設(shè)計(jì)高程處。在施工過程中，垂直度的檢測(cè)要及時(shí)跟進(jìn)，嚴(yán)格把關(guān)，各節(jié)鋼護(hù)筒連接的垂直度必須控制在允許偏差范圍內(nèi)。

內(nèi)鋼護(hù)筒的連接焊縫，采用雙面坡口滿焊，節(jié)與節(jié)之間的接縫除要焊接外，還要用5cm寬、1cm厚度的加強(qiáng)焊接。連接焊完的兩節(jié)內(nèi)鋼護(hù)筒，整體要平順，豎向成直線。這是成孔質(zhì)量控制的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

4.3.3 鋼護(hù)筒垂直度控制

內(nèi)鋼護(hù)筒下沉的過程中，除用水平尺檢測(cè)控制外，還需制作專門的支架加以支撐框合，支架設(shè)置2米高，控制內(nèi)鋼護(hù)筒在地面以上相對(duì)豎直，在內(nèi)外鋼護(hù)筒之間設(shè)置專門的卡具與之調(diào)整豎直度，測(cè)量人員使用全站儀全程控制垂直度，具體如圖4。

兩節(jié)鋼護(hù)筒焊接時(shí)，下部鋼護(hù)筒采用墊鐵調(diào)平（必要時(shí)用汽車吊吊起調(diào)節(jié)），水平尺檢測(cè)，符合要求后，對(duì)接上部鋼護(hù)筒，接口要對(duì)齊，初步點(diǎn)焊連接，用全站儀控制垂直度，用墊鐵進(jìn)一步精平調(diào)整，直至完全滿足垂直度要求，再進(jìn)行全面焊接。隨著內(nèi)鋼護(hù)筒不斷下沉，這項(xiàng)工序循環(huán)進(jìn)行。

4.3.4 內(nèi)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞位置的處理措施

根據(jù)設(shè)計(jì)文件詳細(xì)的地質(zhì)資料，精準(zhǔn)確定溶洞頂面地質(zhì)高程位置，防止鉆錐在破進(jìn)溶洞前，由于處理不當(dāng)，突然破進(jìn)溶洞層，造成中途卡鉆現(xiàn)象，給施工帶來不必要的麻煩，造成施工受阻，甚至影響施工進(jìn)度，造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。

首先，應(yīng)該在距離溶洞頂1米處停止鉆進(jìn)，穩(wěn)妥安放內(nèi)鋼護(hù)筒。這就要求工程技術(shù)人員必須熟知地勘資料，做到精準(zhǔn)定位；

其次，在溶洞頂范圍內(nèi)鉆進(jìn)，要求減慢鉆進(jìn)速度，提錘高度不能超過50cm，進(jìn)尺進(jìn)度控制在每小時(shí)60-80cm范圍內(nèi)。在即將擊穿溶洞頂時(shí)，千萬不要強(qiáng)烈沖擊，防止卡鉆危險(xiǎn)。

最后，鉆進(jìn)溶洞后，很有可能出現(xiàn)泥漿流失現(xiàn)象。這種情況下，盡快提出鉆頭，立即回填事先準(zhǔn)備好的黃泥片石，然后用沖擊錘反復(fù)沖砸，直至將溶洞空間填滿，形成護(hù)壁，然后跟進(jìn)下沉內(nèi)鋼護(hù)筒，直至穿過溶洞。

4.3.5 內(nèi)、外護(hù)筒間空隙處理措施

（1）在內(nèi)護(hù)筒底部及頂部1m范圍內(nèi)回填砂子、碎石，在中部回填中砂。

（2）用高壓噴射灌漿方法對(duì)回填體進(jìn)行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護(hù)筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)度要求要達(dá)到30Mpa，其抗?jié)B系數(shù)要達(dá)10-7m/s。進(jìn)行灌漿處理后，就可以繼續(xù)重新沖孔成樁。

4.3.6 穿越溶洞后鉆進(jìn)

順利穿過溶洞后，改用能夠滿足正常設(shè)計(jì)孔徑要求的1.2m直徑鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。清孔達(dá)標(biāo)后下鋼筋籠，灌注樁基混凝土，至此整根樁基施工完成。

4.3.7 水下混凝土灌注

（1）下導(dǎo)管：導(dǎo)管口距底部不得大于30cm，首批灌注砼的數(shù)量要能滿足導(dǎo)管首次埋置深度大于等于1m以及填充導(dǎo)管底部的需要，保證砼灌注的連續(xù)性。

（2）在砼灌注的過程中，做好灌樁記錄，導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2-6m。

（3）為了防止鋼筋骨架可能出現(xiàn)上浮，當(dāng)灌注的砼距鋼筋骨架底1m左右時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低砼灌注的速度。當(dāng)砼上升到底口4m以上時(shí)，開始提升導(dǎo)管，使其底口高度高于鋼筋籠骨架底部2m以上，然后就可以恢復(fù)正常的灌注速度。

（4）灌注的樁頂高程應(yīng)比設(shè)計(jì)高出0.5-1.0m，以保證砼強(qiáng)度及質(zhì)量，超高的部分樁頭接樁時(shí)再予鑿除。

（5）本次實(shí)際灌注方量42m3，設(shè)計(jì)方量35m3，超灌7m3。

5 鉆孔過程中常見問題及處理措施

5.1 塌孔處理方法

（1）當(dāng)鉆進(jìn)成孔深度不大時(shí)，可全部回填粘土，并經(jīng)過一段時(shí)間沉淀后，再將鋼護(hù)筒深埋至不透水層，壓實(shí)后方可重新鉆孔。

（2）當(dāng)鉆進(jìn)成孔深度較大時(shí)，可將鋼護(hù)筒繼續(xù)深埋，一直座落在塌孔的嗽叭口下緣的亞粘土層上，護(hù)筒周圍回填粘土，擠實(shí)，再重新鉆孔。

5.2 卡鉆的原因和處理方法

（1）沖擊鉆鉆頭刃腳磨鈍、導(dǎo)致成樁孔徑變小，造成卡鉆。必須經(jīng)常對(duì)沖擊鉆進(jìn)行補(bǔ)刃。

（2）成孔不圓，出現(xiàn)梅花孔。最好使用4刃及以上的鉆頭鉆圓孔，一般不使用一字鉆頭。

（3）鉆頭在沖擊填充的黃泥片石時(shí)，有可能石塊將鉆頭和孔壁的空隙擠住，導(dǎo)致鉆頭無法上下移動(dòng)。此時(shí)可用小沖擊鉆沖動(dòng)，或用沖吸的方法將卡在鉆頭的石碴處理松動(dòng)，再提出鉆頭。

（4）卡鉆時(shí)不宜強(qiáng)提，免得拉壞機(jī)械，拉斷鋼絲繩，掉鉆頭。

5.3 偏孔

偏孔是由于孔底巖石表面傾斜或出現(xiàn)探頭石，致使鉆頭在沖擊的過程中沿軟的、低的部位下滑造成的。解決此類問題的方法是回填片石，用小沖程配合打緊繩的方式反復(fù)沖擊，直至調(diào)正過來為止。如果采用過大的沖程會(huì)使成孔不圓，造成偏孔，一般應(yīng)采用1～2m的沖程為宜。

本工程在施工0-2#樁基時(shí)，在地勘資料顯示的斷層破碎帶位置處出現(xiàn)了多次反復(fù)的偏孔，現(xiàn)場(chǎng)采取將巖面高的一側(cè)沖擊錐錘鉆刃補(bǔ)厚的措施，如此在沖擊鉆進(jìn)時(shí)能將斜巖高的一側(cè)鑿平后，再在同一平面鉆進(jìn)。此法對(duì)處理斜巖處的偏孔問題相當(dāng)有效。

5.4 漏漿

在沖擊成孔過程中，由于有的溶洞可能與地下暗河或其他的溶洞相連通，一旦出現(xiàn)此類情況，泥漿會(huì)迅速流走，水頭高度急劇下降，從而造成漏漿。在遇到溶洞的樁基施工過程中，要在樁孔邊準(zhǔn)備備足量的片石和粘土，一旦出現(xiàn)漏漿，就要及時(shí)得回填片石粘土，進(jìn)行沖擊造壁，并且要馬上加水，防止水頭高度繼續(xù)下降導(dǎo)致塌孔。

6 對(duì)鋼護(hù)筒跟進(jìn)法樁基施工工藝的評(píng)價(jià)

6.1 成本核算

內(nèi)鋼護(hù)筒按沉入20m計(jì)算，直徑1.35m，10mm厚鋼板面積：3.14×1.35×20=84.78m2，重量：84.78m2×78.5kg/m2=6655.23kg，6.65×4500元=29925元。黃泥和片石可在附近下麥西車站挖方段處就地取材，不產(chǎn)生材料成本。

而前期在施工本標(biāo)段將軍山車站大橋1-1#樁基時(shí)采用的是C20素混凝土回填的施工工藝來處理溶洞（9.2m左右的溶洞），此過程共計(jì)使用C20混凝土85m3（按每立方米C20混凝土400元成本計(jì)算，混凝土費(fèi)用34000元），下麥西1號(hào)橋0#臺(tái)處溶洞更大，若同樣采用C20素混凝土回填方法施工，C20混凝土用量肯定會(huì)增加，造價(jià)也就會(huì)更高。而且采用素混凝土回填過程中必須需要有一定的時(shí)間間隔，如此工時(shí)跨越較長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)階段較緊張的工期安排不利。

6.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法技術(shù)優(yōu)勢(shì)

對(duì)于處理貴陽地區(qū)較大溶洞來講，鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工樁基技術(shù)已日臻成熟，相對(duì)于素混凝土加固、注漿加固等處理溶洞的措施更具有可控性，更能節(jié)約成本。尤其是對(duì)于素混凝土加固及注漿加固方法來講，如果前一次與后一次的灌注時(shí)間間隔或灌注方式處理不當(dāng)?shù)脑捰锌赡茉斐蔁o法預(yù)估的灌注材料的浪費(fèi)，而下沉鋼護(hù)筒的措施發(fā)生的成本是固定的、可控的。

7 結(jié)束語

下麥西1號(hào)雙線大橋存在較大溶洞的0#和8#臺(tái)樁基都是采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法順利成孔并灌注樁基混凝土，達(dá)到齡期后樁基檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。這證明了在有較大溶洞地質(zhì)處采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工樁基的方案是行之有效的，同時(shí)在成本控制和滿足工期要求方面也是存在優(yōu)勢(shì)的。貴陽市軌道交通1號(hào)線7標(biāo)段還有下麥西車站和將軍山車站樁基目前尚未施工，地勘資料和設(shè)計(jì)圖紙均顯示以上兩座車站所處地質(zhì)至少有4個(gè)位置還存在較大溶洞，因此下麥西1號(hào)橋樁基施工采用的鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理較大溶洞的措施為接下來的樁基施工提供了可靠的基礎(chǔ)資料和技術(shù)參數(shù)，對(duì)今后我部在強(qiáng)發(fā)育巖溶地質(zhì)情況下的樁基施工也有很大的指導(dǎo)意義。

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