預注漿及二次注漿工藝在巖溶區(qū)樁基施工中的應用

閆寧

摘 要：泰東高速黃河大橋47#主墩樁基礎位于巖溶區(qū)，溶洞分布三至四層不等，最大溶洞高度14米。溶洞內(nèi)充填有裂隙粘土或粉質(zhì)粘土，多為半充填，充填裂隙粘土一般為硬塑狀態(tài)，并夾雜有碎石或塊狀及柱狀巖芯，局部溶洞內(nèi)無充填物。為了保證成樁質(zhì)量，在對較大溶洞處理時，采用了預注漿及樁底二次注漿的施工工藝。

關鍵詞：巖溶區(qū)樁基；預注漿；二次注漿

1 工程簡介

泰東高速公路黃河大橋路線，是國高青蘭線山東境內(nèi)的組成部分，大橋路線總長4.146公里。其中，主橋采用（180+430+180米）三跨、雙塔單索面組合梁斜拉橋。中下塔柱采用單箱單室空心箱形截面，上塔柱采用單箱雙室空心箱形截面，橋塔（含塔座）總高140米。

47#主墩樁基礎位于巖溶區(qū)，樁基直徑Φ2.2m，單根樁長95m，樁基按10×5（橫橋向×順橋向）布置，樁基礎采用旋挖鉆+沖擊鉆相結合的成孔工藝。

2 溶洞分布概況及特征

（1）根據(jù)勘察設計及逐樁鉆探結果顯示，47#主墩橋位處石灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育嚴重，溶洞大小不一，溶洞高度1.0～12.7m，溶洞內(nèi)充填有裂隙粘土或粉質(zhì)粘土，多為半充填，充填度為50%～100%，充填裂隙粘土一般為硬塑狀態(tài)，并夾雜有碎石或塊狀及柱狀巖芯，局部溶洞內(nèi)無充填物，鉆探施工時有掉鉆及嚴重漏漿現(xiàn)象，且成孔過程中易塌孔。

（2）溶洞分布深度多數(shù)在地表80m以下，溶洞高度多數(shù)大于5m，多數(shù)屬于較大溶洞。

（3）多數(shù)樁孔存在多層溶洞的情況，上下層之間的距離在1-10m不等，施工時短距離內(nèi)將出現(xiàn)多次溶洞處理情況，且上下層溶洞間的連通性不易探明，給溶洞處理增加較大風險和難度（見表1）。

3 樁基溶洞處理方案選擇

3.1 溶洞類型判別標準

根據(jù)樁基溶洞的具體大小、形態(tài)進行歸類，選擇針對性的處理方案。溶洞分類（見表2）。

3.2 較大溶洞處理

較大溶洞（洞深大于5m）在47#墩樁基施工中廣泛存在，由于各孔的溶洞尺寸和深度均較大，且不均勻，對工程的質(zhì)量危害較多，處理起來有較大風險。處理溶洞前，保證護筒埋深不小于15m，以防塌孔。

對于該類溶洞采用下述的幾種方法綜合處理：

（1）對于洞內(nèi)充填程度高、連通性差的溶洞，直接利用旋挖鉆鉆孔，待鉆到距離溶洞頂板5m以上時換沖擊鉆繼續(xù)鉆進。待沖擊鉆擊穿溶洞頂板時，立即提鉆，同時向樁孔內(nèi)快速補水補漿，提鉆后迅速向孔內(nèi)拋擲粘土、碎石混合料，厚度大于洞高3-5m，待漏漿停止后重新沖孔。

（2）對于洞深大于5m，且洞內(nèi)充填程度差、連通性較好的溶洞，先進行預注漿處理。使溶洞底部得到一定程度的充填，封堵溶洞底部漏漿通道，然后再利用旋挖鉆和沖擊鉆接力成孔。

（3）對溶洞為半充填類或充填層含水量較大的，在灌注樁基砼時容易引起失漿過多或遇水離析等現(xiàn)象。為保證施工質(zhì)量，采用二次注漿工藝進行處理，避免出現(xiàn)樁基缺陷、斷樁等質(zhì)量事故。

4 預注漿施工工藝

4.1 預注漿施工

在貼近樁基外徑圓周上鉆孔（孔徑D≥108mm），利用φ=108mm的鋼管做套管，然后灌注套殼料，安裝袖閥管，待套殼料凝固后從袖閥管內(nèi)穿注漿管，自下而上在溶洞位置處注漿，注漿壓力2～3Mpa左右，當注漿量明顯變小時，將注漿管提升50cm后再進行注漿，直至將樁基施工范圍內(nèi)的溶洞全部填滿。

4.2 施工要點

（1）布孔 根據(jù)橋墩樁基布置和溶洞分布，注漿孔沿樁周均勻布置3個，孔底深度根據(jù)地質(zhì)資料確定。采用優(yōu)質(zhì)稀泥漿護壁，為了防止塌孔，鉆進過程中應在上部砂層或塌孔位置設置跟進套管，用φ108mm套管護孔。

（2）安裝袖閥管、澆注套殼料。鉆孔至設計深度并采用清水洗孔后，立即將套殼料通過鉆桿泵送至孔底，自下而上灌注套殼料至孔口溢出符合濃度要求的原漿液為止。依次下入按注漿段配備的袖閥花管和芯管，下管時及時向管內(nèi)加入清水，克服孔內(nèi)浮力，順暢下入至孔底。

灌入套殼料，套殼料一般以膨潤土為主，水泥為輔組成，主要用于封閉袖閥管與鉆孔孔壁之間的環(huán)狀空間，防止灌漿時漿液到處流竄，在橡膠套和止?jié){塞的作用下，迫使在灌漿段范圍內(nèi)擠破套殼料（即開環(huán)）而進入地層。

套殼料采用粘土和水泥配制，配比為水泥：粘土：水=1：1.5：1.88，漿液比重約為1.5，粘度24-26s。套殼料凝固時間和強度增長速率應控制在2-5d內(nèi)可灌漿。套殼料澆注方法：成孔后，將鉆桿下到孔底，用泥漿泵將拌好的套殼料經(jīng)鉆桿注入孔內(nèi)注漿段。

（3）開環(huán)注漿。要待孔口段止?jié){料凝固后才能灌漿，待凝時間控制在2-5天以內(nèi)。灌漿的前期階段，使用稀漿（或清水）加壓開環(huán)。在加壓過程中，一旦出現(xiàn)壓力突降，進漿量劇增，表示已經(jīng)“開環(huán)”。開環(huán)后采用雙栓塞芯管，從孔底自下而上進行注漿，每排孔眼作為一個灌漿段（溶洞出現(xiàn)位置），其段長為50cm。注漿液采用P.C32.5水泥和水按比例的混合液，二者的比重在滿足灌注和強度要求的前提下進行現(xiàn)場配置，注漿壓力控制在2.0MPa以內(nèi)。當注漿壓力≥2.0Mpa，吸漿量<2.5L/min，穩(wěn)定時間25 min；或發(fā)生竄漿或漿液漏失嚴重時，立即停止注漿。

5 二次注漿施工工藝

5.1 注漿管設置

二次注漿利用鋼筋籠上綁扎注漿管，采用壓漿工藝將溶洞處混凝土不密實的位置進行注漿充填，起到彌補樁基局部混凝土缺陷的作用。

注漿管采用樁基聲測管同規(guī)格鋼管，沿鋼筋籠周圈設置四根。注漿管下口定位在最下層溶洞底標高處，每層溶洞處設置注漿專用管件既能防止灌注水下混凝土時水泥漿串入注漿管，又能在壓漿時保證漿體順利壓出注漿管。

5.2 水泥漿要求

注漿材料采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.8，并適量摻入速凝劑，摻量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，以縮短混凝土水下凝固時間。

5.3 注漿壓力

在已經(jīng)澆筑的混凝土層中注漿需要較大壓力，在3～5MPa之間。控制漿液的注入量，并且記錄漿液壓力的變化。當壓力發(fā)生突變時，應停止注漿及時檢查是否發(fā)生異常情況。

5.4 注漿施工控制

二次注漿在樁基灌注后10-48小時完成。樁基砼灌注后，受溶洞影響失漿或離析都會引起砼固化緩慢，在澆筑10小時后，混凝土基本已經(jīng)初凝，此時灌漿對溶洞處進行帶壓力充填，及時給溶洞處未能完全初凝的砼補充同等水灰比水泥漿，填補粗骨料之間縫隙，使其密實。

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