橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)穿越溶洞地層處理方法分析

張文鋒

（重慶市市政設(shè)計研究院，重慶 400000）

巖溶作為一種不良工程地質(zhì)現(xiàn)象在我國分布極為廣泛，尤其在西南地區(qū)巖溶最為發(fā)育[1]。在巖溶地區(qū)進行樁基礎(chǔ)施工，若處理不當(dāng)，極易在施工過程中引發(fā)事故，影響工期并對工程質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[2]。因此，在施工前準(zhǔn)確調(diào)查分析溶洞的實際情況，選擇合適的方案對溶洞進行處理，避免工程事故的發(fā)生，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 溶洞處樁基礎(chǔ)設(shè)計和施工前的準(zhǔn)備工作

（1）做好地質(zhì)勘察工作。若在工程初步勘察階段發(fā)現(xiàn)橋位出存在巖溶現(xiàn)象，則在施工圖設(shè)計前結(jié)合橋梁基礎(chǔ)布置方案逐個墩臺設(shè)置鉆孔進行詳細(xì)勘察，以便為施工圖樁基設(shè)計提供依據(jù)；根據(jù)詳勘成果，當(dāng)同一墩臺處溶洞分布較為復(fù)雜，則在正式施工前要對每根樁進行施工勘察補充鉆探，以便查明樁位處溶洞具體分布情況，溶腔的深度、高度、填充狀況、填充物類別，為制定相應(yīng)設(shè)計和施工方案提供詳實依據(jù)。在樁基施工過程中如發(fā)現(xiàn)樁位處溶洞布置異常復(fù)雜時，需逐樁周圍進行三孔或四孔的超前鉆。

（2）對填充物進行土工試驗，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為可能選擇的注漿方案計算提供設(shè)計計算參數(shù)依據(jù)。

（3）根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對每根樁設(shè)計出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

（4）確定處理方案后，施工前在樁位處還需要進行溶洞注漿及試樁試驗，取得注漿率、沖孔速度、沖程等經(jīng)驗數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導(dǎo)施工。

2 鉆孔樁穿越溶洞處理方法

在實際工程中，橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)穿越溶洞處理方法通常有如下幾種：

2.1 片石、粘土填充復(fù)鉆

對于半充填、無充填的溶洞，或全充填流塑狀土的溶洞，通過填充片石、粘土然后進行復(fù)鉆的方式進行處理，施工簡單、操作方便且費用低廉，此方法也可作為鉆孔漏漿時的應(yīng)急處理措施。

2.2 填充混凝土

針對單溶腔高度超過6m 的大型半填充或無填充溶洞，可通過灌注C15 或C20低標(biāo)號混凝土的方式進行填充處理。為節(jié)約施工時間，需在混凝土中摻加一定比例的早強劑。有些較大的半填充溶洞內(nèi)，由于溶蝕程度不同，容易形成傾斜巖面，在鉆孔的時候容易發(fā)生斜孔、卡鉆等現(xiàn)象，此時采用填充混凝土的方式處理效果較好。

2.3 注漿加固法

注漿加固法是通過機械壓力將水泥漿或水玻璃溶液等化學(xué)漿液壓入到溶腔內(nèi)的填充土體中，使原來松散的砂石散粒體或巖石裂隙充滿漿液，漿液固結(jié)后與溶腔內(nèi)的填充物一起形成一種強度較高、抗?jié)B性好且與周圍巖體膠結(jié)穩(wěn)定的土體結(jié)構(gòu)，從而極大地改善樁基鉆孔條件，使鉆孔得以順利進行的方法。

注漿加固法主要適用于較大溶洞，根據(jù)注漿實施時間的不同，可分為施鉆中加固和施鉆前加固兩種情況。如果溶洞內(nèi)為半填充或無填充，可以在樁孔鉆穿溶腔頂板后，往洞內(nèi)填充碎石、砂子等，然后再注漿加固填充物；如果經(jīng)地質(zhì)勘查確定洞內(nèi)為全填充時，則可以在樁孔施鉆前，用小型鉆機鉆孔至溶洞所在位置，用高壓注漿泵將化學(xué)漿液注入溶洞的砂石層中，迅速填滿溶洞凝結(jié)砂石散粒體和圍巖裂隙，從而改善地質(zhì)類型。當(dāng)溶洞內(nèi)填充物或砂石固結(jié)完成后，便可采用沖擊鉆施鉆成孔。

2.4 鋼護筒圍護法

鋼護筒圍護法主要適合于水中或陸上樁基礎(chǔ)穿越串珠狀溶洞或溶洞大而空且覆蓋層不穩(wěn)定的情況。樁基成孔過程中采用鋼護筒穿透覆蓋層及上部串珠狀溶洞后，跟進至穩(wěn)定土層，從而起到樁孔孔壁防護的作用，并可防止因貫通溶槽的漏漿或樁基沖擊至溶洞位置時造成的塌孔。鋼護筒跟進法施工所需的工序和輔助設(shè)備較多、進度慢、成本高，但成孔和成樁質(zhì)量穩(wěn)定。

對于單層溶洞，在樁基施工前埋設(shè)外護筒，再用內(nèi)護筒跟進。外護筒起到保護水頭壓力與樁基沖孔定位的作用，內(nèi)護筒的內(nèi)徑一般比設(shè)計樁徑大20-30cm。對于多層溶洞，采用多層鋼護筒跟進的方法進行施工，護筒直徑由下至上依次增大。每層施工時采用比護筒大一級的沖擊鉆成孔，逐層擊穿溶洞，每層沖進距離溶洞頂板1 米位置時，停止沖進，下放鋼護筒，在鋼護筒與泥漿護壁間注漿，待注漿強度滿足要求后再進行下一層施工。

3 溶洞處鉆孔樁施工常見事故及處理方法

根據(jù)工程經(jīng)驗，溶洞處鉆孔灌注樁施工最適合選擇沖擊鉆[3]。在沖擊鉆孔施工的過程中，常會發(fā)生一些事故，因此我們需要熟悉處理措施并做好相關(guān)的預(yù)防。

3.1 斜孔

當(dāng)溶洞底部存在軟硬不均的巖面傾斜時，或出現(xiàn)石筍等突出巖石時，沖擊鉆頭底部受力不勻，可能會出現(xiàn)沖錘偏斜的情況。在鉆孔過程中遇到軟硬不均的地層情況時，懸吊沖錘的鋼絲繩會向一側(cè)有規(guī)律的擺動，此時可向孔內(nèi)較低的一邊拋填片石，然后用小沖程進行沖擊，直到鋼絲繩上下垂直，擺動幅度正常，就可以正常鉆進施工。

3.2 卡鉆

當(dāng)溶洞頂板被鉆穿時，由于沖程過大，常發(fā)生卡鉆。如果發(fā)生卡鉆，不能強拉，可慢慢地活動鉆頭，松動后再緩緩提出；或用水下爆破將巖石破碎；也可用大鉆頭破掉石塊后提出。預(yù)防方法：在即將擊穿溶洞的時候，用小沖程進行鉆進。

3.3 埋鉆

埋鉆主要是由于孔壁塌陷造成的，尤其是當(dāng)鉆頭鉆過溶洞頂板時，有可能會造成頂板塌陷，引起溶洞坍塌，從而引發(fā)埋鉆現(xiàn)象。埋鉆不易事先預(yù)防，主要是在施工過程中進行控制?？梢圆捎玫念A(yù)防措施包括:保持孔內(nèi)水壓穩(wěn)定，防止孔壁塌陷；接近頂板鉆程時要降低鉆孔速度，并事先做好鉆機撤離準(zhǔn)備。

3.4 漏漿

鉆孔過程中遇到無填充物的溶洞時，如施工控制不當(dāng)，鉆穿溶腔頂板，極易發(fā)生漏漿。為預(yù)防鉆孔過程中發(fā)生嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象，需要根據(jù)地質(zhì)勘察資料，擬定詳細(xì)施工方案，并做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。當(dāng)沖擊鉆孔施工接近溶洞頂部約0.5m-1m時，應(yīng)采用減小沖程，并加大泥漿比重，鉆孔過程中密切觀察孔內(nèi)泥漿情況，一旦出現(xiàn)樁孔中泥漿液面急速下降，應(yīng)立即提起鉆頭，往樁孔中回填片石和粘土混合物，再注入儲備泥漿，待泥漿液面穩(wěn)定后方可繼續(xù)鉆孔施工。

3.5 塌孔

在溶洞區(qū)沖擊鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿情況時，如果溶洞頂是松散的砂性土覆蓋層時，極易引發(fā)孔壁及周邊土體塌落，甚至造成地面塌陷等嚴(yán)重后果。出現(xiàn)上述情況時，應(yīng)采用粘土、片石回填基坑，待地面穩(wěn)定后重新放樣開孔鉆進，重新沖擊時盡量采用小沖程。如樁位臨近道路或建筑，為防止地面道路及周邊塌陷，需要先注漿固砂。

4 結(jié)語

在橋梁建設(shè)過程中，樁基的安全穩(wěn)定性對整個工程的影響極大，溶巖區(qū)溶洞災(zāi)害是影響樁基質(zhì)量的重要因素之一。通過對樁基處溶洞地質(zhì)情況的詳細(xì)勘察分析，選擇合適的設(shè)計和施工方案，能夠有效避免在樁基鉆孔過程中出現(xiàn)埋鉆、漏漿和塌孔等施工事故，提升樁基成樁質(zhì)量，保證樁基及橋梁整體的使用安全。