巖溶地區(qū)樁基鉆孔施工控制技術(shù)探討

倪文祥

摘要：公路、鐵路等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，巖溶地區(qū)的溶洞、硬質(zhì)斜巖和破碎巖給樁基鉆孔施工帶來了重大困難，為進(jìn)一步提高巖溶地區(qū)的樁基施工質(zhì)量，本文以廣東陽江地區(qū)云湛高速項(xiàng)目作為研究目標(biāo)，對(duì)相關(guān)的巖溶地區(qū)樁基處理方法和處理中常見的問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究，用其作為理論基礎(chǔ)為巖溶地區(qū)的樁基鉆孔處理施工提供依據(jù)和指導(dǎo)。

Abstract： During the construction of large-scale infrastructure such as highways and railways， karst caves， hard sloping rocks and fractured rocks in karst areas have brought major difficulties to the pile foundation construction. To further improve the quality of pile foundation construction in karst areas， this paper takes the Yunzhan expressway project in Yangjiang area of Guangdong as the research target， and analyzes and studies the common problems in the pile foundation treatment in the relevant karst area. It is used as the theoretical basis for the pile foundation drilling treatment in karst area.

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);樁基鉆孔;控制技術(shù)

Key words： karst area;pile foundation drilling;control technology

中圖分類號(hào)：U445.55+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）18-0110-04

0? 引言

廣東陽江地區(qū)云湛高速項(xiàng)目途經(jīng)巖溶地區(qū)，該地區(qū)巖溶規(guī)模較小，處于發(fā)育階段，且溶洞較多，適宜采用溶洞注漿、溶洞填充、溶洞穿越以及泥漿造壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法以及注漿加固法等多種方法，本文并針對(duì)漏漿處理、鉆孔偏斜處理、斷樁處理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

1? 廣東陽江地區(qū)云湛高速項(xiàng)目實(shí)例概況

云湛高速是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“十縱五橫兩環(huán)”之“第二橫”的重要組成部分，項(xiàng)目總里程85.78公里，其中云浮市境內(nèi)里程31.62公里，陽春市境內(nèi)54.16公里。項(xiàng)目按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為100-120公里。然而正是該項(xiàng)目在建設(shè)的過程中需要穿越巖溶地區(qū)，地質(zhì)勘查研究結(jié)果表明該地區(qū)的巖溶地區(qū)屬于中等發(fā)育程度，溶洞內(nèi)的空洞較多，在建造的過程中容易導(dǎo)致地面塌陷。因此本文將云湛高速項(xiàng)目在巖溶地區(qū)進(jìn)行建造施工時(shí)的樁基鉆孔施工技術(shù)進(jìn)行研究分析。

2? 巖溶地區(qū)的樁基鉆孔施工方法

針對(duì)該巖溶發(fā)育地區(qū)的特點(diǎn)，采用溶洞注漿、溶洞填充以及溶洞穿越等多項(xiàng)處理方法，而巖溶樁基在建設(shè)的過程中主要采用加強(qiáng)型的泥漿造壁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法和注漿加固法。

2.1 巖溶地區(qū)溶洞處理方法

2.1.1 溶洞注漿法

①溶洞注漿法介紹。對(duì)溶洞地區(qū)進(jìn)行注漿適用于溶洞分布較為密集，其溶洞的位置不深，而且?guī)r質(zhì)破碎、裂隙發(fā)育的溶洞，而且溶洞與溶洞之間的相互貫通區(qū)域不能超過10M，針對(duì)這類溶洞我們?cè)谔幚淼倪^程中可以采用溶洞注漿的方法進(jìn)行處理。溶洞注漿時(shí)采用注漿填充溶洞，通過充填物的方式對(duì)溶腔進(jìn)行固結(jié)。同時(shí)對(duì)于巖溶地區(qū)的裂隙部位也可以采用注漿充填的方法進(jìn)行固結(jié)，對(duì)溶洞片區(qū)的溶腔通道進(jìn)行填充阻截。這樣就可以實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)區(qū)域的溶洞通過注漿的方法得到填充，達(dá)到工程建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境要求。

②施工措施。針對(duì)巖溶地區(qū)所采用的注漿材料一般應(yīng)用硅酸鹽、水泥、中粗砂以及M20水泥砂漿，對(duì)這三種材料進(jìn)行合理的配比，其配比結(jié)果為水：泥：砂=1：2：0.5。通常情況下針對(duì)巖溶地區(qū)進(jìn)行溶洞注漿時(shí)其注孔的孔徑不應(yīng)超過108mm，其注孔的深度也只能注入到溶洞底板以下1m處左右。在進(jìn)行溶洞注漿的過程中通常采用鋼花管或者是PVC管，將孔口深入到距離溶洞底板5cm的地方，對(duì)于孔口需要采用水泥或者砂漿進(jìn)行封閉搗實(shí)，但同時(shí)在注漿的過程中需要為注漿過程開鑿一個(gè)排氣孔。注漿的過程中先對(duì)溶洞底部進(jìn)行注漿，當(dāng)注漿的壓力在0.6-0.8MPa時(shí)，逐步將注漿管向外移動(dòng)，使得溶洞內(nèi)的溶腔能夠全部填充溶洞而且沒有空隙部分。此外隨著注漿過程操作到溶洞的中間位置時(shí)，其注漿溶液會(huì)不斷的擴(kuò)散，漿液流動(dòng)速度會(huì)變緩。但是為了有效的保證注漿的效果和質(zhì)量，此時(shí)拔罐的速度應(yīng)盡量緩慢，而且在必要時(shí)可盡量每5min拔1次管，且具體的拔管速度需要根據(jù)溶洞內(nèi)的注漿壓力下降情況而定，當(dāng)溶洞內(nèi)的注漿壓力低于0.6MPa時(shí)應(yīng)停止拔管，在穩(wěn)定注漿管的過程中持續(xù)注漿，使溶洞內(nèi)能夠全部注漿。在注漿的最后階段起進(jìn)漿量會(huì)較少，而且溶洞內(nèi)的壓力也會(huì)趨于穩(wěn)定。此時(shí)觀察排氣孔內(nèi)的冒漿高度，當(dāng)冐漿高度達(dá)到3-6M左右時(shí)，維持溶洞內(nèi)的原注漿壓力30min（是3min還是30min），最后拔出注漿管，結(jié)束注漿。

對(duì)于部分特殊區(qū)域采用雙液注漿方式，通過這種方式可以有效的加快水泥漿的凝結(jié)速度，在工程施工的過程中一般采用的化學(xué)漿液是用水玻璃。K98+320中橋的1#和2#樁基在溶洞注漿后進(jìn)行鉆孔的過程中，出現(xiàn)了多次塌孔的現(xiàn)象，因此在后續(xù)采用多次回填從而導(dǎo)致該處的樁基呈現(xiàn)出彈簧狀。鉆孔式的護(hù)筒跟進(jìn)無法得到穩(wěn)定，而注漿法可以代替護(hù)筒，使得鉆孔周邊得到穩(wěn)定，確保了后續(xù)橋梁樁基鉆孔的正常進(jìn)行。

2.1.2 溶洞填充

針對(duì)云湛高速項(xiàng)目大溶洞地區(qū)樁基建設(shè)的過程中溶腔的特性不同采用的注漿方式不同，而溶洞填充設(shè)置的針對(duì)該地區(qū)，溶腔高度不超過3M的溶洞進(jìn)行溶洞填充。這類溶洞獨(dú)立存在，不受其它溶洞的影響，且溶洞壁較為堅(jiān)固。因此針對(duì)這類溶洞我們?cè)谔幚淼倪^程中采用鉆孔穿洞，對(duì)溶洞內(nèi)進(jìn)行填充。在進(jìn)行鉆孔施工的過程中首先根據(jù)該地區(qū)的巖溶地質(zhì)特性繪制鉆孔圖，掌握鉆進(jìn)標(biāo)高，而有經(jīng)驗(yàn)的鉆孔人員可以根據(jù)鉆頭沖擊聲進(jìn)行判斷溶洞頂板標(biāo)高，當(dāng)鉆孔達(dá)到溶巖頂板0.3-0.5m時(shí)，將鉆孔沖程控制在1m以內(nèi)，采用低沖程進(jìn)行鉆進(jìn)，而且在鉆進(jìn)的過程中需要密切關(guān)注溶洞內(nèi)的泥漿液面下降情況。對(duì)于充填型的溶洞在進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中其泥漿的流失速度較慢，此時(shí)需要及時(shí)的補(bǔ)漿，結(jié)合實(shí)際情況還可以采用拋填水泥，增加溶洞壁的強(qiáng)度。而對(duì)于完全空洞型的溶洞在進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中，只要鉆孔達(dá)到頂板，泥漿的流失速度就會(huì)加快。此時(shí)應(yīng)該快速的提起鉆頭，迅速的向鉆孔內(nèi)部補(bǔ)漿防止孔內(nèi)的泥漿液面下降，防止溶孔的孔壁坍塌。及時(shí)進(jìn)行粘土和片石的回填，采用的片石長(zhǎng)度和寬度不應(yīng)大于20cm，片石與粘土比例一般為7：3，片石的體積越小填充密度越大，根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)情況在回填的過程加入了水泥，并且采用鉆頭反復(fù)沖擊形成的水泥壁，對(duì)水泥泄漏的通道進(jìn)行了堵塞從而防止溶洞孔壁坍塌。對(duì)于某些溶洞在填充的過程中需要進(jìn)行多次操作，第一次打到溶洞漏漿處回填時(shí)采用袋裝水泥填充，通過鉆頭沖擊制造水泥混合漿液，最后回填片石粘土。溶洞填充距離達(dá)到溶洞口50-100cm左右時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)1-2天，在這段時(shí)間溶洞內(nèi)的水泥會(huì)干結(jié)凝固形成與拋填物形成堅(jiān)固的凝結(jié)體。最后再采用小沖程的鉆孔，小沖程鉆孔控制在1m左右。此時(shí)運(yùn)用水泥漿進(jìn)行充填的作用不大，而選擇采用粘土和片石進(jìn)行回填，回填部位距離距離洞口的30-50cm時(shí)，應(yīng)用分層充填的方式進(jìn)行反復(fù)充填。對(duì)于某些區(qū)域由于溶腔擴(kuò)大，在充填的過程中采用多次回填且仍不穩(wěn)定，此時(shí)需要進(jìn)行臨時(shí)清空，向溶洞內(nèi)進(jìn)行灌注低強(qiáng)度的混凝土，灌注距離溶孔頂部30-50cm的地方，等待混凝土凝結(jié)3天以后再進(jìn)行鉆進(jìn)成孔。最后運(yùn)用灌注樁的混凝土灌注法進(jìn)行灌注成樁。

2.2 巖溶地區(qū)的樁基鉆孔施工方法

2.2.1 溶洞穿越樁基鉆孔

云湛高速項(xiàng)目在建設(shè)的過程中，部分樁基鉆孔部位出現(xiàn)了溶洞較大，埋深不深，而且溶漿相互串通的溶洞，在對(duì)該溶洞進(jìn)行充填的過程中會(huì)出現(xiàn)流塑狀。此時(shí)采用護(hù)壁鋼套筒穿越溶漿進(jìn)行處理。首先應(yīng)用其尺寸大于設(shè)計(jì)樁徑的沖擊鉆進(jìn)行沖擊成孔，在鉆孔的過程中還需要同時(shí)打入護(hù)壁套管。當(dāng)鉆孔打到溶洞的頂板上方30-50cm處，對(duì)鋼套筒進(jìn)行壓力錘擊，從而使鋼套筒能夠穿越溶漿，從而達(dá)到溶洞的地板。此時(shí)通過護(hù)壁套管內(nèi)進(jìn)行混凝土封底，保證套筒外部的承壓水不能進(jìn)入到鉆孔內(nèi)部。在進(jìn)行混凝土封底的過程中，注入混凝土以后需要間隔3-7天，等到混凝土干結(jié)才能繼續(xù)后續(xù)操作。此時(shí)就可以采用樁基設(shè)計(jì)直徑的沖擊鉆進(jìn)行鉆孔，直到鉆到樁基底部。

2.2.2 加強(qiáng)型泥漿造壁樁基鉆孔

對(duì)于大多數(shù)溶洞在進(jìn)行樁基鉆孔的過程中，應(yīng)注重加強(qiáng)造壁護(hù)壁的功能，因此我們通常采用加強(qiáng)型泥漿造壁法。對(duì)于巖溶區(qū)域不大，溶洞所在位置較低，采用加強(qiáng)型泥漿造壁法時(shí)采用粘土片石混合料進(jìn)行充填，向溶腔內(nèi)包入大量的充填物。由于片石與混凝土且密度相差不大，因此采用片石作為充填物進(jìn)行填充，會(huì)保證鉆孔樁的腔壁不會(huì)被混凝土擠破，是樁基鉆孔的過程中混凝土能夠正常的充填。例如K98+939中橋的1#墩位就是采用的加強(qiáng)型泥漿造壁法針對(duì)溶洞進(jìn)行造壁加固處理。

2.2.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)樁基鉆孔

鋼護(hù)筒跟進(jìn)法在樁基鉆孔的過程中較為常用，對(duì)于單個(gè)溶洞或串珠狀溶洞，溶洞埋深較深，溶洞高度大于3m的空洞或半填充溶洞，采用鋼護(hù)筒施工法。該法是指在鉆孔時(shí)采用振動(dòng)錘對(duì)鋼管進(jìn)行緩慢的敲擊，直到鋼管能夠達(dá)到最底層溶腔底部。遇到地表覆蓋層為粉砂、卵石等不穩(wěn)定土層時(shí)，必須設(shè)置外層護(hù)筒，即采用雙護(hù)筒，外層護(hù)筒要穿過軟弱覆蓋層以下2～3m或至基巖頂面，內(nèi)層護(hù)筒埋置深度要穿過溶洞至基巖面。此時(shí)單層護(hù)筒或者是雙層護(hù)筒在跟進(jìn)過程中的深度應(yīng)根據(jù)橋梁的孔位設(shè)計(jì)深度以及鉆探資料進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。施工時(shí)采用比護(hù)筒直徑稍大的沖錘進(jìn)行沖孔，成孔直徑要求比護(hù)筒外徑大10～15cm，沖孔穿過溶洞至基巖面，然后停止進(jìn)尺下放內(nèi)層護(hù)筒穿過溶洞至基巖面，然后下放灌注導(dǎo)管澆筑水下封底混凝土，以防止灌注的樁基混凝土流失，同時(shí)也防止溶洞內(nèi)的水流對(duì)樁身混凝土沖刷造成混凝土離析后斷樁，待混凝土干結(jié)才能繼續(xù)后續(xù)操作。

3? 樁基鉆孔過程中的常見問題及處理方法

3.1 漏漿

在樁基鉆孔的過程中漏漿是常見的現(xiàn)象，在施工的過程中出現(xiàn)漏漿主要是因?yàn)殂@孔時(shí)其溶洞空腔或者是填充的密度較小，導(dǎo)致鉆孔過程中孔內(nèi)的泥漿流失嚴(yán)重。另一種現(xiàn)象就是溶腔或者是溶洞裂隙部位的水份不斷的滲入到鉆孔內(nèi)部，使得鉆孔內(nèi)部的泥漿被稀釋。通常情況我們采用的處理方法主要有以下幾點(diǎn)：

①結(jié)合樁基鉆孔施工部位的地質(zhì)環(huán)境對(duì)施工的先后順序進(jìn)行調(diào)整，先進(jìn)行外邊樁的施工，再進(jìn)行中間樁的施工。如果按照這種方法進(jìn)行樁基鉆孔，及鉆孔過程中的漏漿現(xiàn)象會(huì)得到有效的控制，對(duì)于提高工程的施工質(zhì)量和工作效率有非常重要的意義。

②對(duì)鉆孔過程中的滲漏水點(diǎn)進(jìn)行封堵。當(dāng)樁基鉆孔穿越較為發(fā)育的溶洞地區(qū)時(shí)，可采用減速?zèng)_鉆的方法，進(jìn)行小進(jìn)程緩慢鉆進(jìn)，這樣重復(fù)進(jìn)行多次可以對(duì)漏漿現(xiàn)象進(jìn)行有效的控制，直到漏漿現(xiàn)象不影響正常施工進(jìn)程時(shí)，再進(jìn)行樁基鉆孔的正常施工。對(duì)于溶洞地區(qū)的填充物除了采用粘土以外還可以運(yùn)用袋裝的水泥，而且袋裝水泥作為填充物時(shí)效果更好。

③應(yīng)用“工”字鋼建造成安全平臺(tái)，再進(jìn)行樁基鉆孔工作，此時(shí)可以有效的防止因孔口坍塌而導(dǎo)致人員和設(shè)備遭到損害。

3.2 鉆孔偏斜

在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔的過程中，由于受到地質(zhì)不均勻或者是斜巖等相關(guān)地質(zhì)情況，會(huì)造成鉆孔的過程中鉆頭向著孔中巖石軟弱的方向前進(jìn)，從而導(dǎo)致鉆孔偏斜。

針對(duì)這類問題在處理的過程中首先應(yīng)采取回填片石的方法，對(duì)溶洞內(nèi)的孤斜巖進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行樁基鉆孔。其次，當(dāng)鉆孔的過程中遇到斜巖應(yīng)該采用30-50cm的片石進(jìn)行填充，然后通過反復(fù)沖擊成孔。如果鉆孔時(shí)遇到基巖，則可以采用低頻率、低落距進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)。如果上述方法針對(duì)鉆孔偏斜的問題仍然得不到處理，則可以向鉆孔內(nèi)灌注低標(biāo)號(hào)的混凝土，直到混凝土干結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度之后，再進(jìn)行鉆孔沖擊，可以對(duì)鉆孔偏斜的問題進(jìn)行有效的糾正。

3.3 卡鉆

在進(jìn)行樁基鉆孔的過程中經(jīng)常會(huì)遇到樁孔形成梅花狀而鉆頭被狹窄部位卡住的現(xiàn)象。對(duì)于因?yàn)槊坊讓?dǎo)致的卡鉆現(xiàn)象和適當(dāng)?shù)膶?duì)鉆頭進(jìn)行降落，來回的移動(dòng)鉆頭，使鉆頭繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)在移動(dòng)的過程中遇到了大的腔壁時(shí)就會(huì)對(duì)卡鉆問題進(jìn)行解決。對(duì)于珠串狀溶洞如圖4所示，在進(jìn)行卡鉆處理的過程中，繼續(xù)沖孔直到離溶洞的頂部大約1m時(shí)，此時(shí)加大泥漿的比重采用小沖程進(jìn)行鉆進(jìn)，緩慢的鉆穿溶洞頂板，可以解決卡鉆問題。

3.4 斷樁

對(duì)巖溶部位空隙較大的地方進(jìn)行樁基鉆孔的過程中，在澆灌混凝土?xí)r應(yīng)確保導(dǎo)管的埋入深度不能超過3m，而且要針對(duì)混凝土灌注面的高度進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，避免因?yàn)榛炷猎趲r溶空隙內(nèi)過度流失或發(fā)生塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致樁基鉆孔的過程中出現(xiàn)斷樁的事故。如圖5所示。

4? 結(jié)束語

巖溶地區(qū)對(duì)于高速公路的建設(shè)來說具有一定的困難，而樁基鉆孔處理是巖溶地區(qū)工程建設(shè)最關(guān)鍵的技術(shù)，因此科學(xué)的樁基鉆孔處理技術(shù)可以維持高速公路橋梁的穩(wěn)定，對(duì)于保障國(guó)家基礎(chǔ)工程建設(shè)的安全性有非常重要的意義。

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