巖溶地區(qū)碼頭樁基溶洞施工處理技術(shù)

楊柏林

（廣西新港灣工程有限公司，廣西防城港 538000）

碼頭施工經(jīng)常需要面臨復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，如軟土地基、水下作業(yè)等，而在巖溶地區(qū)，碼頭樁基的施工還需要考慮可能存在的溶洞，做好溶洞的處理工作，保證樁基施工的效果，確保碼頭工程整體的施工質(zhì)量和使用安全。針對工程技術(shù)人員而言，在對碼頭樁基溶洞進行施工處理的過程中，需要充分考慮巖溶地區(qū)的實際情況，確定溶洞的規(guī)模和類型，選擇恰當(dāng)?shù)氖┕し桨?，最大限度地保障施工處理的效果?/p>

1 工程概況

工程碼頭為高樁梁板式碼頭結(jié)構(gòu)形式。碼頭全長501 m，碼頭平臺面寬為47 m，分為13個結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)分段長度為32.6 m，每個結(jié)構(gòu)段之間用7.85 m的簡支跨連接，標(biāo)準(zhǔn)排架間距為7.85 m，橫向樁間距9.7～11.0 m。碼頭共66榀排架，每榀排架設(shè)5根Φ1.4m的灌注嵌巖樁（碼頭前沿第一排轉(zhuǎn)角位置排架少一根），前兩排樁樁底進入中風(fēng)化灰?guī)r層深度不小于5 m，后三排樁底進入中風(fēng)化灰?guī)r層深度不小于4.0 m。碼頭共設(shè)329根灌注嵌巖樁，根據(jù)地勘資料揭示樁位區(qū)域內(nèi)的灰?guī)r地段局部有溶洞及溶蝕現(xiàn)象，溶洞部分為全充填，部分無充填，且溶洞連通性較差。根據(jù)設(shè)計院地勘資料統(tǒng)計，存在溶洞的樁位有44根，其中溶洞高度>4 m的有21根，溶洞高度<4 m的有23根。

2 地質(zhì)條件

勘察區(qū)域河段位于湖掛載褶皺帶接界處。從地質(zhì)力學(xué)觀點出發(fā)，處在廣西山字型構(gòu)造體系馬蹄形盾地的東部，有新華夏構(gòu)造體系與其復(fù)合，局部存在經(jīng)向構(gòu)造體系和緯向構(gòu)造體系。

勘區(qū)地層自上而下主要為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、第四系殘積土（Qel）、石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階泥巖（C1y）及泥盆系上統(tǒng)榴江組灰?guī)r（D3l）。具體劃分地層：②第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、②1粉細砂、②2礫石和卵石（混黏性土）、②3粉質(zhì)黏土～黏土（標(biāo)貫擊數(shù)3～5擊）、②4粉質(zhì)黏土～黏土（標(biāo)貫擊數(shù)4～8擊）；②5粉質(zhì)黏土～黏土（標(biāo)貫擊數(shù)8～15擊）、②6粉質(zhì)黏土～黏土（標(biāo)貫擊數(shù)大于15擊）；②7黏性土混礫石和卵石；②8殘積土（Qel）。

3 處理措施

（1）針對地質(zhì)勘探資料揭示樁位溶洞高度大于4 m的樁基，采用旋挖鉆機施工成孔+沉入鋼護筒跟進的方式處理。

（2）對于地質(zhì)勘探資料揭示樁位溶洞高度大于2 m的樁基（含溶蝕現(xiàn)象），即A51、C46、D39、D46、E25樁基，采用旋挖鉆機施工成孔+沉入鋼護筒跟進的方式處理。

（3）對于地質(zhì)勘探資料揭示樁位溶洞高度小于2 m的樁基（含溶蝕現(xiàn)象），采用旋挖機施工成孔后（不塌孔）直接灌注混凝土處理。若采用旋挖機施工過程中或終孔后出現(xiàn)樁位溶洞坍塌難以成孔，可根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況采用沉入鋼護筒的方式重新處理。

（4）若樁基溶洞或溶蝕現(xiàn)象采用鋼護筒跟進的處理方式無法進行有效處理，可采用沖孔鉆機沖填片石、黏土的方案處理。

（5）本工程的溶洞情況特殊，最大溶洞高度約12.8 m，為確保施工安全及工程質(zhì)量，對于溶洞高度大于6 m的，施工前還應(yīng)制定安全專項處理應(yīng)急措施，以確保施工安全。

4 施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

（1）做好相應(yīng)的人員組織工作。

項目部應(yīng)該組織專業(yè)技術(shù)人員，對溶洞處理的技術(shù)措施進行學(xué)習(xí)，成立專門的工程溶洞應(yīng)急處理小組，負責(zé)對溶洞處理過程中突發(fā)狀況的處理和應(yīng)對。在施工現(xiàn)場，需要安排至少2名技術(shù)人員，24 h輪流值班，做好監(jiān)督管理工作，發(fā)現(xiàn)問題及時向上級部門匯報并督促施工人員進行處理。項目部應(yīng)組織樁基施工人員學(xué)習(xí)相應(yīng)的溶洞處理知識并進行處理技術(shù)交底，確保其在對溶洞進行處理的過程中出現(xiàn)突發(fā)狀況能夠按交底的措施處理。

（2）準(zhǔn)備好相應(yīng)的工程資料。

包括溶洞的位置、大小、范圍以及充填情況，制定具備可行性的施工方案和技術(shù)保障措施，確保施工順利進行。

（3）做好處理方案的計算和分析。

在施工前還需要對樁位實施相應(yīng)的溶洞注漿和鉆孔試樁試驗，利用得到的試驗數(shù)據(jù)對施工方案進行優(yōu)化和完善，保證方案的可行性和可靠性。

（4）做好施工材料準(zhǔn)備。

包括鋼護筒、成孔用水、黏土、塊石、片石等，確保在遇到溶洞鉆穿情況時，能夠迅速進行補水補漿操作，通過拋填黏土和片石的方式恢復(fù)正常鉆孔作業(yè)。準(zhǔn)備大量的普通硅酸鹽水泥，遇到大溶洞嚴重泥漿漏失問題時，能夠通過添加水泥的方式提升護壁強度，做好堵漏工作。

（5）做好施工機械的配備。

主要包括鉆機，打樁機、裝載機50型一臺，25 t吊車一臺，鋼護筒振動錘，挖掘機一臺。

4.2 施工技術(shù)

（1）常規(guī)成孔法。

如果溶洞內(nèi)部存在充填物，且充填物為可塑性或者軟塑性亞黏土?xí)r，溶洞的大小、垂向數(shù)量都不產(chǎn)生影響，在施工中都可以依照正常的地質(zhì)狀況進行樁孔施工，不考慮溶洞的存在。因為在這種情況下，沖擊成孔環(huán)節(jié)溶洞內(nèi)部的土質(zhì)和外部土質(zhì)并不存在明顯區(qū)別。如果遇到淺表性溶洞，可以直接將溶洞鑿?fù)陂_后進行填埋處理，溶洞區(qū)域穩(wěn)定后，再進行鉆孔作業(yè)。這種成孔方法的操作簡單，施工效率高，成本比較低廉。

（2）片石、黏土筑壁法。

溶洞內(nèi)部沒有充填或為半充填，高度不超過3 m，存在嚴重漏水情況時可以采用片石、黏土筑壁法進行施工，將片石和黏土依照1∶1的體積比混合后回填，使用0.5～0.8 m小沖程進行沖擊，確?；靥钗锍鋵嵑筮m當(dāng)加漿，將水頭提升到正常高度，堵塞漏漿位置，形成人工護壁。實際施工環(huán)節(jié)，需要保證鋼護筒預(yù)埋的牢固性，確保不會因為溶洞漏水，水頭高度下降而引發(fā)孔口坍塌問題[1]。

沖孔到距離溶洞頂板約1.0 m的位置時，應(yīng)適當(dāng)加大泥漿比重，以低沖程、慢速沖擊，逐漸擊穿頂蓋，避免出現(xiàn)卡鉆的問題。安排專人負責(zé)護筒內(nèi)部泥漿變化的觀察，若發(fā)現(xiàn)泥漿面明顯下降，需要將鉆頭提起，做好補漿工作，拋填混合料，泥漿面穩(wěn)定后，以低沖程沖擊混合料，形成泥石護壁，穿越巖溶區(qū)域。片石、黏土筑壁法在應(yīng)用中，施工質(zhì)量和孔口的穩(wěn)定性可以得到有效保障，技術(shù)相對成熟，應(yīng)用效果良好。

（3）水泥、黏土和片石筑壁法。

如果溶洞內(nèi)沒有填充或為半填充，高度在2～2.5 m，存在嚴重漏水情況時，可以采用水泥、黏土和片石筑壁法進行施工，將三者混合后進行回填，使用0.5～0.8 m小沖程進行沖擊，確?；靥钗锍鋵嵑筮m當(dāng)加漿，將水頭提升到正常高度，堵塞漏漿位置，形成人工護壁。

在施工環(huán)節(jié)，必須確保鋼護筒穿透砂礫和卵石層等透水層，深入不透水亞黏土層，確保不會因為溶洞漏水，水頭高度下降而引發(fā)孔口坍塌問題。針對部分溶槽、溶溝和小裂隙，在進行沖孔的過程中，可以投放整袋水泥、黏土和片石進行堵塞，避免泥漿流失，確保鉆孔能夠順利穿越巖溶區(qū)。水泥、黏土和片石筑壁法的原理與片石、黏土筑壁法類似，優(yōu)勢也基本一致，都能夠保證施工的質(zhì)量和安全，確保后續(xù)施工的順利進行。

（4）鋼護筒跟進法。

鋼護筒跟進法適用于高度超過4 m、單側(cè)部分單層或多層溶洞成垂直串珠裝的大溶洞，這種方法一邊沖孔，一邊對護筒進行接高，逐步壓入已經(jīng)鉆成的樁孔內(nèi)。當(dāng)樁孔穿越多個溶洞成功造壁后，若已經(jīng)形成的泥石護壁坍塌漏水，可以使用鋼護筒跟進到相應(yīng)部位進行堵漏。

在鋼護筒跟進法施工中，應(yīng)關(guān)注兩個關(guān)鍵問題：

①鋼護筒的選擇。

護筒的長度為L=h+H+1，h表示地質(zhì)鉆探環(huán)節(jié)確定的溶洞高度，H為溶洞頂部到地面的高度再加0.3 m。如果使用單層護筒，需要確保護筒內(nèi)徑超過樁直徑0.1 m，如果使用多層護筒，護筒最內(nèi)層內(nèi)徑應(yīng)該超過樁直徑0.1 m，外一層護筒內(nèi)經(jīng)超過內(nèi)一層護筒外徑0.1 m，以此類推。鋼護筒使用的鋼板厚度不能低于10 mm，單個大溶洞可采用單層護筒，兩個大溶洞則采用雙層護筒。

②鋼護筒的沉放。

沖擊穿過溶洞頂部時，需要反復(fù)提升沖錘，在溶洞頂部的厚度范圍內(nèi)上下移動，如果沒有明顯的阻礙，則表明頂部已經(jīng)成孔，并且鉆孔圓滑垂直，可以使用鋼絲繩活扣將內(nèi)護筒綁住，以吊機將內(nèi)護筒沉放到孔底，如果必要可以使用振動錘下沉。若沖擊鉆在堅硬巖層中的擴孔系數(shù)偏小，無法滿足鋼護筒下沉需求，應(yīng)在回填后更換大鉆頭進行二次沖孔，確保鋼護筒能夠順利下沉，樁孔豎直，不存在歪斜和縮頸問題。

鋼護筒跟進法優(yōu)點為施工速度快、工效高，能夠有效避免溶洞塌孔影響，護筒不拆除可提高樁基質(zhì)量及耐久性，投資可控。

（5）混凝土灌注法。

針對部分大溶洞，采用黏土和片石填充的方法可能會出現(xiàn)難以成孔的問題，或成孔后水下混凝土灌注環(huán)節(jié)出現(xiàn)了孔壁垮塌的現(xiàn)象，此時可以通過灌注混凝土的方式進行處理，使用的混凝土為C25混凝土。擊穿溶洞頂板時，為了減少混凝土用量，可以先使用黏土塊和片石進行填充，反復(fù)沖擠后，溶洞填筑基本飽滿后再對混凝土進行灌注，灌注高度為溶洞頂1.0 m以上，混凝土凝固并且達到一定強度后，可以繼續(xù)進行鉆孔作業(yè)?；炷凉嘧⑦^程中應(yīng)做好施工質(zhì)量和施工安全管理，時刻關(guān)注混凝土灌注的效果，避免溶洞深度估計錯誤或存在其他漏失通道而導(dǎo)致混凝土浪費的問題。

4.3 施工安全

（1）在對溶洞進行處理的過程中，應(yīng)結(jié)合實際情況，做好加泥漿、拋片石和埋置護筒等相關(guān)工作，對施工參數(shù)進行準(zhǔn)確記錄，準(zhǔn)確測定溶洞的體積和深度，以可靠數(shù)據(jù)提高施工效率，保障施工安全。

（2）為了避免溶洞漏漿引發(fā)地面沉陷問題，在注漿作業(yè)環(huán)節(jié)需要增加鉆機剛性平臺輔助方案，使用材料為I56a工字鋼，配合平臥井字型布置，平臺面積應(yīng)較樁基加寬2～4 m。

5 結(jié)語

綜上所述，在對巖溶地區(qū)碼頭樁基進行施工的過程中，應(yīng)做好相應(yīng)的地質(zhì)勘察工作，明確溶洞的具體位置和規(guī)模，采用恰當(dāng)?shù)氖┕ぬ幚泶胧?，保證良好的處理效果，提升樁基整體的穩(wěn)定性和可靠性，推動工程施工的順利展開。