內(nèi)陸河道巖溶發(fā)育地區(qū)深水鉆孔樁基礎施工解決辦法

文／安徽省高等級公路工程監(jiān)理有限公司 趙忠海

1 工程概況

本項目主橋采用四塔五跨矮塔斜拉橋，橋跨布置為（122.42+230+230+206+104.42）m，主橋長892.84m，中間兩個墩采用墩、塔、梁固結—剛構體系。邊上兩個墩設置支座，塔梁固結。主橋下構12~13號主墩為剛構墩。主墩下接承臺，承臺采用六邊形承臺，承臺下設15根φ2.5m群樁基礎，布置3排，每排5根。主橋上構主梁為混凝土變截面箱梁，采用整幅式斜腹板單箱三室截面。

2 項目的地質條件、水文條件

2.1 地質條件

受區(qū)域性斷層影響，場地次生構造發(fā)育，據(jù)鉆探工作成果顯示，湘江河道中存在多條北東向展布的斷裂穿越大橋線位，沿斷裂構造巖體破碎，巖溶發(fā)育，斷層帶中碎裂巖、糜棱巖、構造角巖及斷層泥普遍發(fā)育，沿斷裂及次生構造巖溶明顯，形成溶槽、溶溝、溶洞等巖溶地貌，對工程影響較大。

2.2 水文條件

項目走廊帶內(nèi)地表水系較發(fā)育，較大的常年性地表水體主要有湘江、祿水、鐵河等河流。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為：上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、基巖類裂隙水及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三大類型。一般每年 4～8月為汛期，10月至次年的2月為枯季。水位漲落主要受大氣降水、上游來水和潮水影響，在汛期及大潮期水位較高，在枯水期水位較低。

3 本項目樁基施工特點

3.1 復雜地質構造技術難度大

本項目鉆孔施工難度大，鉆孔樁易出現(xiàn)斜孔、塌孔、斷樁、縮徑、掉鉆等現(xiàn)象。由于樁基是后續(xù)工程施工的制約因素，必須在短時間內(nèi)完成，工期比較緊張。橋位因地質復雜，前期勘察時主橋和引橋孔內(nèi)共存在49項鉆孔遺留物，對施工進度與設備安全影響巨大。

3.2 水上作業(yè)安全風險大

株洲湘江特大橋跨越湘江河道，施工最大水深達26m，流速1.9m/s，河床卵石層厚度達10～20m，常規(guī)振動錘振打護筒難以到巖，棧橋及鋼平臺穩(wěn)固難度大，一旦打穿溶洞，將引發(fā)護筒下口塌陷，誘發(fā)平臺懸空等一系列地質災害。

4 樁基施工方法

根據(jù)《橋梁工程地質勘察報告》說明中結論與建議：施工時注意突然漏漿致使埋鉆事故；樁基施工中也易形成掉塊及坑壁坍塌，尤其是溶溝充填物易突入孔內(nèi)，造成孔內(nèi)事故，應加強護壁；施工時注意地下水的承壓性，防止出現(xiàn)涌水、突泥、涌砂、地面塌陷等事故，同時應注意鉆孔遺留物。鑒于場地巖溶發(fā)育狀況，建議對主墩全程采用先注漿再成樁的施工工藝，對引橋成樁困難的墩位可采用先注漿后成樁的施工工藝，施工前需進行專項論證。

（1）鑒于復雜的地質條件，因前期地質勘探遺留大量鉆桿、套管等，如采用回旋鉆，鉆孔遺留物對牙輪磨損較大，引發(fā)成本激增。

（2）株洲湘江特大橋項目具有較多、各種尺寸溶溝溶洞，如采用回旋鉆，容易卡鉆頭，引發(fā)鉆孔事故。

（3）兩種鉆孔方式成孔機理不同：回旋鉆成孔屬于掏空地層，依靠泥漿形成的泥壁，水頭差來穩(wěn)固孔壁，沖孔鉆依靠對土層高頻沖擊，擠壓至兩側，形成致密的孔壁，如果破開溶洞的瞬間形成水頭差，突泥、涌砂將會導致孔壁坍塌事故?；跊_擊反循環(huán)工藝成本低，能更好適用于本項目施工條件，因此樁基擬采用沖擊反循環(huán)成孔工藝。

表1 主要設備技術性能參數(shù)

5 護筒施工方案

因無法用振動錘一次性將外護筒穿透10米厚覆蓋層，使護筒底嵌入巖面。如果其后用泥漿鉆鉆進，破開溶洞的瞬間會形成水頭差，突泥、涌砂將導致孔壁坍塌，造成事故。而平臺和棧橋因同樣原因未能著巖，次生事故有可能導致平臺垮塌，在平臺上工作的設備人員風險巨大。故采用3.1m外護筒，2.8m鉆頭引孔后，跟進2.8m第一層內(nèi)護筒入巖，2.7m鉆頭穿透溶洞后采用2.7m二層內(nèi)護筒跟進，樁周用注漿處理和擠石造壁的全泥漿鉆進工藝。

6 泥漿制備及循環(huán)

泥漿站由制漿系統(tǒng)、泥漿池、泥漿凈化器、膨潤土倉庫組成，其中泥漿池分為新漿池、膨化池、回漿池和凈漿池等，所有泥漿池均由鋼制組合式泥漿箱組成。封閉式泥漿循環(huán)系統(tǒng)由泥漿泵、鋼護筒、泥漿凈化器、泥漿箱、排渣桶等組成。泥漿由鉆孔內(nèi)泥漿泵循環(huán)排除，經(jīng)過泥漿凈化分離器凈化后，進入泥漿箱內(nèi)臨時存儲，然后利用泥漿泵循環(huán)至樁孔底。

7 鉆井施工

（1）在埋好護筒和備足護壁泥漿泥土后，將鉆機定位，立好鉆架，對準樁孔中心，就可以沖擊鉆進。

（2）開始時，先在孔內(nèi)灌注泥漿，如孔內(nèi)有水，可以直接投入粘土，用沖擊鉆以小沖程反復沖擊造漿、開孔，并應使初成孔的孔壁堅實、圓順，能起到導向的作用。待鉆進深度超過鉆頭全高加沖程后，方可進行正常的沖擊。沖擊鉆進過程中，應采取有效措施防止坍孔;掏取鉆渣和停鉆時，應及時向孔內(nèi)補漿，在整個沖擊過程中，始終保持孔內(nèi)水位高度出地下水位1.5m～2.0m，在鉆孔排渣、提鉆頭除土或因故停鉆時，應保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位及要求的泥漿相對密度和黏度。處理孔內(nèi)事故或因故停鉆時，必須將鉆頭提出孔外。

（3）在護筒中及其刃腳下3.0m以內(nèi)用低沖程1.0左右、濃泥漿、高頻率反復沖砸，使孔壁堅實、不塌、不漏；在砂卵石等松散層沖擊時，可按1:1投入粘土和小片石（直徑不大于15cm），用沖擊鉆小沖程反復沖擊，使泥膏、片石擠入孔壁；在巖溶易塌孔或不完整巖層時，用低、中沖程1～2m，勤加粘土和片石、濃泥漿使孔壁堅實；遇有流沙現(xiàn)象時候，加大粘土，減少片石的比例，使用小沖程、高頻率，力求孔壁堅實；在基巖層時，用高沖程3～4m，適量加入粘土。

（4）注意均勻的放松鋼絲繩的長度，一般在松軟土層，每次可松繩5cm～8cm；在密實堅硬的土層，每次松繩3cm～5cm。注意防止松繩過少，形成“打空錘”，使得鉆機，鉆架及鋼絲繩受到過大的意外荷載，遭受損壞；松繩過多，則會減少沖程，降低沖擊速度，嚴重時，使鋼絲繩絞纏，發(fā)生事故。

（5）及時排渣。當鉆渣太厚時，泥漿不能將鉆渣全部懸浮起來，沖擊鉆頭沖擊不到新的土層，還會使得泥漿逐漸變稠，形成彈簧墊，吸收大量的沖擊能，并妨礙鉆頭轉動，使得沖擊進尺顯著下降，或有沖擊成梅花孔的危險，必須按時排渣。

8 特殊地質處理

13號墩墩位在高程-40m以上主要為溶溝充填物所致，為溶溝、溶洞發(fā)育區(qū);-40m以下孔間主要為破碎巖體的反應，該段發(fā)育大型巖溶的可能性較小。覆蓋層：礫砂，覆蓋層厚度在10m，頂標高26.0m。基巖：厚40～50米，頂標高11.0～19.0m，巖體極度不完整。

采用3.1m外護筒，2.8m鉆頭引孔后，跟進2.8m第一層內(nèi)護筒入巖，2.54m鉆頭穿透溶洞后采用2.5m二層內(nèi)護筒跟進，樁周用注漿處理和擠石造壁的全泥漿鉆進工藝。

9 溶洞處置通用工藝

9.1 溶洞判斷方法

（1）鉆頭入巖后鉆孔出現(xiàn)漏漿或漏塌，當溶洞頂壁被擊穿時，護筒內(nèi)的泥漿液面急劇下降時，可作為判斷鉆孔遇溶的特征。

（2）鉆頭入巖一定深度后，突然進尺加快，不用提鉆頭而鉆頭自動下沉。

（3）取到的樣巖中，分化巖樣較多，且有鐘乳石碎塊。

9.2 處理方法

樁基施工的巖溶處治，大體可分為靜態(tài)化學灌漿法、擠石造壁法、護筒跟進法等三種方法。施工前對樁基施工區(qū)域加密勘探，確認地質情況。

10 清孔及終孔檢測

10.1 清孔

鉆孔完成后，提起鉆頭至距孔底約20cm，繼續(xù)旋轉。用泥漿泵抽取孔內(nèi)泥漿至泥漿池，經(jīng)過沉淀，返回孔內(nèi)，逐步把孔內(nèi)浮懸的鉆渣換出。在清孔排渣時，保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。通過泥漿凈化器及沉淀凈化，調(diào)整泥漿至規(guī)范要求。

10.2 終孔檢測

針對孔深、孔徑和孔斜的檢測，我部擬采用ZBL-H9000超聲波成孔質量檢測儀進行測孔，此儀器能同時測出4個方向的側壁數(shù)據(jù)，能在記錄紙上打印測試結果，而且能將測試數(shù)據(jù)傳輸至PC供日后分析用。樁基檢測圖必須可以確切反映孔壁、孔斜及孔深的信息，檢測結果圖應掃描存檔。

11 結語

株洲湘江特大橋12#墩、13#墩的地形條件十分復雜，我們在實踐中根據(jù)不同的情況采用護筒跟進的方法解決穿透巖溶層問題。實踐證明這種方法在巖溶發(fā)育地區(qū)施工的合理性與安全性。由于在這種特殊的河床地質條件下鉆孔施工安全得到解決，從而保證了鉆孔灌注樁順利施工，為同類地形的鉆孔樁樁基施工提供參考價值。