沖擊鉆在河道砂卵石溶巖地質(zhì)施工中的技術(shù)探析

姚成玉

結(jié)合G318池州至殷匯段改建工程池州地區(qū)巖溶發(fā)育地質(zhì)條件，對橋梁鉆孔樁施工過程中的溶洞處理進(jìn)行深層次的技術(shù)歸納總結(jié)。

樁基溶洞處理常采用的方法是片石加粘土回填反復(fù)復(fù)打方案或采用鋼護(hù)筒局部埋深,這兩種方法在地質(zhì)卵石層埋深較厚且卵石層下為多層溶洞的情況，仍然出現(xiàn)塌孔、地面沉陷等問題。本工程結(jié)合地質(zhì)情況，根據(jù)多次現(xiàn)場試驗(yàn)總結(jié)，將鋼護(hù)筒護(hù)壁控制到第一層巖層位置，有效解決了砂卵石層透水性強(qiáng)、易擾動垮塌帶來的孔口塌方和地面沉陷問題，同時因鋼套筒深層護(hù)壁也有效解決了溶洞多次反復(fù)回填復(fù)打地面塌陷問題。采用局部鋼套筒跟進(jìn)鉆孔施工工藝，利用鋼套筒穩(wěn)定孔壁，增強(qiáng)孔壁側(cè)壓力，同時鋼套筒能阻斷水流對鉆孔的沖刷，防止泥漿的流失，提高成孔率，從而減少安全、質(zhì)量隱患，提高成樁質(zhì)量和施工效率。

一、工程概況

1.工程簡介

K27+656.5秋浦河大橋全長634.75m，其中跨河主橋橋跨布置為42+72+42m，垮堤主橋橋跨布置為30+50+30m，上部結(jié)構(gòu)均采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橫向全寬27.0m，采用雙幅布置。全橋基礎(chǔ)均采用群樁基礎(chǔ)，8#-11#墩為跨河主橋，樁基共36根，其中8、11墩樁基各8根，樁徑1.6m，樁長15-36m不等；9、10墩樁基各10根，樁徑1.6m，樁長20-61m不等。

2.地質(zhì)情況

秋浦河大橋橋位區(qū)地貌類型屬于低山區(qū)山洼溝谷亞區(qū)，地形起伏較大。工程地質(zhì)自上而下分述如下：（1）卵石：灰褐色，稍密-中密狀，呈次棱-次圓角狀，粒徑主要在2-100mm間，個別大于100mm，其中d＞20mm的顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的50%-60%；母巖的主要成分為石英砂巖、礫巖、硅質(zhì)巖等。充填物為中細(xì)砂和粘性土（卵石層15～20m不等）。（2）中風(fēng)化灰?guī)r：灰、粗灰及灰白色，致密質(zhì)純，厚層狀，塊狀構(gòu)造，本段巖石裂隙較發(fā)育，中等風(fēng)化，巖面存在溶蝕現(xiàn)象，局部巖芯較為破碎，大部巖芯較完整。（3）溶洞：砂礫石和粘性土全充填或半充填（最大溶洞達(dá)30m)。（4）中風(fēng)化灰?guī)r：灰、粗灰及灰白色，致密質(zhì)純，厚層狀，塊狀構(gòu)造，本段巖石裂隙較發(fā)育，中等風(fēng)化，巖面存在溶蝕現(xiàn)象，局部巖芯較為破碎，大部巖芯較完整。由于本區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，溶巖非常發(fā)育，且溶洞分布縱、橫向差異較明顯，施工前進(jìn)行逐樁勘探，以10#墩為例（圖1）：

圖1 10#墩樁基布置示意圖

二、施工技術(shù)

1.護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒埋設(shè)方法與正常樁基施工無異，護(hù)筒采用厚度為10mm的A3鋼板卷制而成，考慮鋼套筒跟進(jìn)施工，直徑1.6m樁基，外護(hù)筒內(nèi)徑2.2m，高度為2.5m一節(jié)，挖坑埋設(shè)，并在護(hù)筒周圍對稱、均勻地回填粘土，并分層夯實(shí)，埋置深度不小于2m。嚴(yán)格控制護(hù)筒的位置和垂直度，誤差控制在5mm以內(nèi)，傾斜度不大于1%。護(hù)筒頂面高出地面30cm以上，以防止雜物、地面水流入井孔內(nèi)。

2.擴(kuò)孔

采用鉆頭直徑為1.8m（設(shè)計(jì)樁徑1.6m）的沖擊鉆鉆孔，直至穿透卵石層至第一層巖面頂。因巖溶發(fā)展不規(guī)則，當(dāng)鉆孔接近巖層時，應(yīng)采用小沖程、慢進(jìn)尺的方式，防止擊破上面巖層（溶洞頂沖程高度一般為80-100cm）。因卵石層水力穿通較強(qiáng)，孔壁不穩(wěn)定，此段施工可采用粘土或膨潤土造漿，泥漿性能指標(biāo)需滿足下列要求，即相對密度：1.20～1.45；粘度：22～30Pa·s；含砂率：＜4%；膠體率：＞95%。

3.下內(nèi)置鋼套筒

為減少吊裝過程中的變形，承受泥漿突然下降帶來的側(cè)向擠壓力，鋼套筒需有一定的剛度，本工程鋼套筒采用壁厚10mm、寬2m的鋼板通過卷板機(jī)加工而成。為方便快速安裝施工，根據(jù)設(shè)計(jì)好的鋼套筒長度，后場將加工2m的鋼套筒對焊成6m、8m、10m長的鋼套筒，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行二次連接。對焊連接采用單面坡口焊加幫條焊，幫條采用寬10cm、長20cm、厚10mm鋼板，幫條焊共4處，均勻?qū)ΨQ布置。施工時應(yīng)注意：

（1）鋼套筒孔口吊裝對接時，采用兩點(diǎn)吊裝加吊裝扁擔(dān)，避免吊裝受力不均勻，產(chǎn)生管口變形?？卓诘跹b對接時吊點(diǎn)采用加厚矩形吊耳，吊耳可承受對接時鋼套筒重量。

（2）鋼套筒對接和下放過程中，采用水平尺嚴(yán)格控制好護(hù)筒的垂直度，力求垂直入土。

（3）鋼套筒孔口固定：在鋼套筒十字線方向豎直加焊長60cmΦ22的圓鋼各4根作為吊耳，用于孔口固定鋼套筒，同時內(nèi)置鋼套筒與大護(hù)筒豎向搭接不少于50cm（圖 2）。

4.溶洞段鉆孔

（1）輕錘慢打。根據(jù)逐樁勘查報(bào)告,鉆頭接近溶洞頂面巖層時，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)該段距離約大于50cm，此時鉆機(jī)需降低沖程高度和沖擊頻率，一定要輕錘慢打。利用樁機(jī)自動控制儀設(shè)定沖程高度為0.8m，沖擊頻率為6-7次/min，同時減少錘頭擺幅，緩緩擊穿，防止卡鉆。

（2）溶洞反復(fù)充填復(fù)打。半填充或無填充物的溶洞，當(dāng)溶洞頂板擊穿后，孔內(nèi)泥漿會流入溶洞中或通過巖隙流入溶洞，孔內(nèi)水頭下降，這時要迅速提起鉆頭和泥漿管，及時回填粘土和片石。根據(jù)多次施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一般情況下，粘土和片石體積比為2:1，每次回填3-4m高，注滿泥漿，放入錘頭和泥漿管，注泥漿至孔頂，利用錘頭小沖程復(fù)打回填的粘土和片石，觀測有無漏漿；如有遺漏，就再吊起錘頭和泥漿管，再反復(fù)充填復(fù)打，直到不漏漿為止。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)回填3-4次反復(fù)充填復(fù)打后，仍然漏漿，可考慮加水泥固化。方法是：一次性拋入5T袋裝水泥，然后再回填3-4m高的粘土和片石，注滿泥漿，用錘頭小沖程復(fù)打，使水泥和片石、粘土混合，靜止24小時以上，重新開鉆。從效果上看，水泥固化一次就行，效果顯著，但成本高。

5.清孔及下放鋼筋籠

一般溶洞區(qū)樁較長，為防止沉渣過多，清孔時應(yīng)降低泥漿砂率，減少二次清孔時間，盡早灌筑砼。施工時采取的具體措施為：

（1）采用泥沙過濾器降低泥漿含砂率，一般一次清孔泥漿含砂率控制在＜2%。

圖2 鋼套筒制作、下放

（2）因溶洞區(qū)樁較長，孔內(nèi)地質(zhì)差，存在砂卵石和溶洞塌方、塌孔現(xiàn)象，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，二次清孔后泥漿比重小于1.15時易塌孔，施工時二次清孔后泥漿比重1.15-1.2控制。

（3）控制鋼筋籠下放安裝時間。

①選用12m長鋼筋，減少鋼筋接頭；

②接頭處采取機(jī)械連接，連接速度快、質(zhì)量可靠。

6.水下砼灌注

（1）為防止砼灌注過程中溶洞處護(hù)壁因砼比重較大、壓力大、孔壁不穩(wěn)定坍塌，施工中增加導(dǎo)管埋深，防止溶洞處護(hù)壁破壞，導(dǎo)致砼埋深不足引起斷樁，導(dǎo)管埋深根據(jù)砼和易性及灌注“翻漿”情況，導(dǎo)管埋深一般按10m控制。導(dǎo)管埋深適當(dāng)增大，一是可以防止溶洞處護(hù)壁破壞，導(dǎo)致砼埋深不足引起斷樁；二是可以減小導(dǎo)管多次拆除等待時間，縮短整個砼灌注時間，減少塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

（2）為增加砼和易性，適當(dāng)將砂率增加1%-2%。

（3）砼供應(yīng)能力必須滿足需要，確保砼連續(xù)供應(yīng)，縮短灌注時間，減少塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

三、樁基檢測結(jié)果

圖3 10#墩低應(yīng)變反射波法檢測結(jié)果匯總表

通過第三方樁基低應(yīng)變反射波樁身完整性檢測，本次橋墩10根樁基，9根Ⅰ為類樁，1根Ⅱ?yàn)轭悩叮▓D3）。

四、結(jié)語

（1）本橋溶洞區(qū)樁基均為端承樁，不考慮鋼護(hù)筒四周摩擦力。如果樁基設(shè)計(jì)為摩擦樁，采用下沉鋼護(hù)筒的方法，需經(jīng)設(shè)計(jì)單位允許。

（2）之前樁基施工時，我們也采用鋼護(hù)筒深埋的辦法，但未下到第一層巖層以上，結(jié)果依然塌孔，地基下沉嚴(yán)重。采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)到巖層后，雖然仍有漏漿，但未塌孔，很安全。另外，本辦法可直觀看到地下是溶洞還是地下河。溶洞區(qū)漏漿后地表水及時滲入，最終孔內(nèi)水位達(dá)到地表水高度。地下河則不然。

（3）因溶洞區(qū)樁較長，孔內(nèi)地質(zhì)差，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，二次清孔后泥漿比重小于1.15時易塌孔，施工時二次清孔后泥漿比重1.15-1.2控制基本對質(zhì)量無影響。

（4）導(dǎo)管埋深大于6m，最大埋深在9m以上，只要砼和易性好，灌注速度快，拔導(dǎo)管是沒有困難的。