淺談巖溶地區(qū)樁基施工技術(shù)

(中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300)

0 引言

廣西地帶巖溶現(xiàn)象普遍存在，巖溶區(qū)多表現(xiàn)為溶蝕、溶溝、溶槽或單個(gè)小型洞穴，裂隙較為發(fā)育等形態(tài)，無(wú)疑是給橋梁樁基施工增加了難度。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)要求，在巖溶地區(qū)修建橋梁樁基大多采用灌注樁的施工方法，因其地質(zhì)的復(fù)雜性，對(duì)灌注樁的處理有很大的難度，施工時(shí)既要保證工程質(zhì)量，又要滿足工程進(jìn)度要求，因此處理好巖溶地區(qū)的樁基施工，對(duì)于整個(gè)工程起著至關(guān)重要的作用。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

南寧外環(huán)公路工程項(xiàng)目起點(diǎn)為南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)安吉互通，終點(diǎn)為良慶區(qū)玉洞互通，其中那容互通為南寧外環(huán)公路工程與現(xiàn)有柳南高速之間的全互通，K39+999.904跨線橋?yàn)樯峡缌细咚俚幕ネù髽?，為該?xiàng)目重點(diǎn)橋梁之一，大橋全長(zhǎng)207.56 m，共設(shè)兩聯(lián)。其上部結(jié)構(gòu)為8 m×25 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力砼小箱梁結(jié)構(gòu)，左幅橋凈寬18.7 m，右幅橋凈寬12.5 m，斜交77度，下部結(jié)構(gòu)橋墩為圓柱式橋墩，橋臺(tái)為肋式橋臺(tái)，橋墩橋臺(tái)樁基孔徑為Φ1.5 m和Φ1.3 m。橋墩臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)均為端承樁，樁端置于完整中風(fēng)化灰?guī)r中，全橋Φ1.5 m灌注樁35根，Φ1.3 m灌注樁樁20根，樁長(zhǎng)為30 m～40 m之間。

1.2 不良地質(zhì)情況

K39+999.904跨線橋橋位地帶巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為巖溶裂隙、溶槽溶洞，遇洞率為55.8%，最小溶洞垂直深度為0.3 m，最大溶洞垂直深度高達(dá)9.8 m，溶洞內(nèi)部分沒(méi)有填充物，部分填充軟流塑狀粘土或細(xì)砂；其樁基地質(zhì)巖層以中風(fēng)化灰?guī)r為主，巖體完成較硬；地表植被茂盛，覆蓋層為第四系殘坡積層粘土層，地勢(shì)開(kāi)闊平坦，處剝蝕殘丘地貌。

2 樁基成孔方法的研究與確定

目前樁基成孔方法較多，主要以沖擊鉆成孔、旋挖鉆成孔方法為主，再人工挖孔方法等。沖擊鉆成孔適用于孔深50 m以下，孔徑為80～200 cm的多種地質(zhì)情況，應(yīng)用范圍廣；旋挖鉆成孔適用于孔深30～100 m，孔徑為80～250 cm的土質(zhì)地層情況，有一定的局限性；人工挖孔運(yùn)用靈活，成本低，適用于孔深25 m以下無(wú)水或地下水量較小的山區(qū)，一般不適用于巖溶地區(qū)；在橋梁樁基施工前應(yīng)充分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、孔深孔徑、施工成本等情況綜合考慮選擇最合適的成孔方法。

方案的研究比較：①樁長(zhǎng)多為30 m以上，且溶洞較大，為確保施工安全不能采用人工挖孔方法。②如采用小扭矩回旋鉆機(jī)很難穿越硬質(zhì)灰?guī)r地層；如采用大扭矩回旋鉆機(jī)因自身重量大運(yùn)輸不便，同時(shí)需要配備大型起重設(shè)備，不能很好地滿足多處作業(yè)點(diǎn)的需求。③如采用沖擊鉆施工具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單，設(shè)備安裝轉(zhuǎn)移快捷，出現(xiàn)機(jī)械故障率小等優(yōu)勢(shì)。在施工過(guò)程中通過(guò)回填黏土、片石能很好地解決硬質(zhì)巖層傾斜大，出現(xiàn)巖溶等情況，同時(shí)在施工中經(jīng)過(guò)不斷沖擊砸實(shí)能有效地解決漏漿、塌孔問(wèn)題。④如需深埋護(hù)筒來(lái)施工，設(shè)備投入大，插打時(shí)間長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)本橋地質(zhì)條件為硬質(zhì)巖層為主，且處裂隙較為發(fā)育、溶洞情況復(fù)雜的巖溶地帶，決定采用淺埋護(hù)筒，泥漿正循環(huán)沖擊鉆機(jī)成孔方法來(lái)施工。

3 泥漿的制作

泥漿在樁基施工過(guò)程是必不可少的，主要起浮渣和護(hù)壁防塌孔作用，一般情況下選用塑性指數(shù)大于10的膨脹土或者黏性土制作，但針對(duì)不同地質(zhì)條件，施工時(shí)其相對(duì)密度應(yīng)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T50-2011)要求，在巖溶地區(qū)樁基成孔施工泥漿極其容易損失，所以泥漿相對(duì)密度應(yīng)取最大值并在施工過(guò)程中不斷補(bǔ)充泥漿。

4 溶洞、裂隙問(wèn)題的解決方法

本工程橋梁地質(zhì)基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，巖溶發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜，溶洞串?dāng)?shù)量多達(dá)6個(gè)，溶洞垂直深度高達(dá)9.8 m，溶洞內(nèi)情況為無(wú)填充物的，有半填充物的，有填充物的。

針對(duì)本工程溶洞分布廣，施工技術(shù)難度大，項(xiàng)目部組織全體人員召開(kāi)技術(shù)方案研討會(huì)，對(duì)當(dāng)前存在的巖溶實(shí)際情況進(jìn)行分析研究，最終根據(jù)溶洞大小、分布及地質(zhì)條件確定采用沖擊鉆成孔方法先施工，再根據(jù)施工中遇到的具體情況先采用拋投填充物方法施工，后考慮下鋼護(hù)筒的方法。

4.1 常規(guī)樁基成孔法

溶洞內(nèi)有填充物時(shí)，為軟流塑狀的黏土或者細(xì)砂，并且洞內(nèi)不漏水，不考慮溶洞的存在性按無(wú)溶洞情況采用沖擊鉆成孔方法正常施工。

4.2 黏土、片石護(hù)壁法

溶洞內(nèi)有半充填或者無(wú)填充時(shí)，溶洞垂直深度在3 m以內(nèi)，且洞內(nèi)漏水嚴(yán)重，護(hù)筒內(nèi)水位高度無(wú)法保持穩(wěn)定時(shí)，建議施工技術(shù)人員按片石、黏土及整包水泥以1 m3：1 m3：0.7 t的比例進(jìn)行回填后再?zèng)_擊，反復(fù)不斷間隔沖擊使漏漿處填充密實(shí)水泥初凝形成人工泥石護(hù)壁直至不再漏漿，為黏土片石護(hù)壁施工法。

采用此方法適用于處理一些小的裂隙、溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象。

4.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

溶洞較大時(shí)，溶洞垂直深度在3 m以上且為單層或者多層的溶洞串時(shí)，建議施工技術(shù)人員采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工。也就是邊沖孔邊接高孔內(nèi)鋼護(hù)筒，使孔內(nèi)鋼護(hù)筒最終下沉至孔內(nèi)溶洞最底位置以確保不漏漿或至孔底。

1)鋼護(hù)筒的尺寸確定。鋼護(hù)筒長(zhǎng)度、內(nèi)徑、厚度的確定：護(hù)筒的長(zhǎng)度L=(h+H+0.3) m(h為地勘確定的溶洞深度，H為地面到溶洞頂?shù)木嚯x)；采用單層護(hù)筒時(shí)，內(nèi)徑控制在大于樁基直徑8～12 cm范圍之內(nèi)；采用多層護(hù)筒時(shí)，最內(nèi)層護(hù)筒內(nèi)徑控制在大于樁基直徑8～12 cm范圍之內(nèi)，其外層護(hù)筒內(nèi)徑大于相鄰內(nèi)側(cè)護(hù)筒外徑10 cm為宜；為滿足鋼護(hù)筒在施工的剛度要求，其厚度宜為8 cm左右，在下鋼護(hù)筒之前必須確保鋼護(hù)筒尺寸符合要求。

2)鋼護(hù)筒的沉放控制。鋼護(hù)筒下沉采用沖錘捶打下沉和利用鉆孔時(shí)擴(kuò)孔性能自然下沉相結(jié)合方式進(jìn)行，鉆頭直徑選擇為大鋼護(hù)筒外直徑3～5 cm左右。

4.4 使用超前地質(zhì)鉆，提前注漿處理

由于設(shè)計(jì)院提供的每根樁基鉆探地質(zhì)情況柱狀圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溶洞情況存在不相符，于是項(xiàng)目部通過(guò)研究決定，找勘探單位補(bǔ)充部分地質(zhì)超前鉆以便得到詳實(shí)的地勘情況，超前地質(zhì)鉆孔位置布置為平面正三角形，每根樁基為3處，根據(jù)補(bǔ)充的部分樁基超前鉆詳勘，對(duì)與原設(shè)計(jì)圖地勘嚴(yán)重不符的樁基進(jìn)行了長(zhǎng)度加長(zhǎng)，有效地避免了溶洞樁基施工的不可確定性，很好地保證了橋梁樁基施工安全，同時(shí)對(duì)部分漏漿溶洞提前進(jìn)行注漿使充分填充了裂隙、溶溝及溶槽，做到漏漿溶洞事前控制，注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿配合比、注漿壓力、注漿流量3個(gè)主要技術(shù)參數(shù)以保證注漿效果。

5 鉆孔施工質(zhì)量控制

樁基鉆孔施工重點(diǎn)做好以下幾點(diǎn)控制：①對(duì)質(zhì)量控制應(yīng)注重預(yù)防為主。②嚴(yán)把隊(duì)伍進(jìn)場(chǎng)關(guān)。③嚴(yán)把檢測(cè)關(guān)。④斜孔處治：早發(fā)現(xiàn)早處治。

6 結(jié)語(yǔ)

1)巖溶地區(qū)樁基施工要制定詳細(xì)施工組織設(shè)計(jì)和應(yīng)急處理措施，在施工中選派有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

2)應(yīng)逐樁進(jìn)行地質(zhì)鉆探，查明地質(zhì)狀況，溶洞頂、底板標(biāo)高，充填物類(lèi)型，充填物物理特性，為制定溶洞預(yù)處理方案，成孔方法及施工措施提供依據(jù)。

3)在施工過(guò)程中，由于施工方法、處理措施得當(dāng)，施工進(jìn)度大大提高，確定巖溶地區(qū)樁基施工最佳方案為施工重點(diǎn)，也是工程順利實(shí)施的關(guān)鍵，同時(shí)給類(lèi)似工程提供參考。