溶洞強(qiáng)發(fā)育場(chǎng)地高樁碼頭設(shè)計(jì)探討

連長(zhǎng)秋

摘 要：巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，很難采用統(tǒng)一的溶洞處理方法，需要做好超前地質(zhì)鉆探，并根據(jù)溶洞大小及周邊地質(zhì)條件選擇既經(jīng)濟(jì)又合理的施工方案，結(jié)合某碼頭樁基礎(chǔ)工程實(shí)例，提出采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法成孔施工，保證了灌注樁質(zhì)量和施工進(jìn)度，可為鄰近工程以及類似樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：溶洞地質(zhì);灌注樁;鋼護(hù)筒跟進(jìn)法;管波探測(cè)

韶關(guān)市位于南嶺山脈南部，全境在構(gòu)造上處于華廈活化陸臺(tái)的湘粵褶皺帶。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層發(fā)育基本齊全，喀斯特地貌廣泛分布，地下溶洞多，巖類以紅色砂礫巖、砂巖、變質(zhì)巖、花崗巖和石灰?guī)r為主。隨著北江航道通航能力顯著提升，這使得沿線內(nèi)河港口迅速發(fā)展起來，一般內(nèi)河碼頭設(shè)計(jì)中采用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較多，以適應(yīng)水位落差大、地質(zhì)復(fù)雜的自然條件。溶洞作為隱蔽的地下自然現(xiàn)象，在高樁碼頭設(shè)計(jì)過程中，這些溶洞樁在技術(shù)、工藝處理難度大，施工成本高，且不可控，若處理方法不當(dāng)，會(huì)直接影響碼頭質(zhì)量和進(jìn)度，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。所以在設(shè)計(jì)過程通過分析地勘資料來事先確定溶洞處理方案，對(duì)指導(dǎo)樁基正常施工具有十分重要的意義。

1工程概況

韶關(guān)港某一期工程位于北江左岸、粵江發(fā)電公司現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)和永順礦產(chǎn)有限公司及后方區(qū)域，受仁化～英德～三水褶斷構(gòu)造帶所控制，位于該斷裂中段。工程距離廣樂高速公路烏石出口約3km，距離上游濛里水利樞紐約1km，距離上游樂廣高速烏石大橋約0.63km。本工程擬建設(shè)12個(gè)1000噸級(jí)散貨碼頭泊位，碼頭岸線長(zhǎng)度935m，分為上游段4個(gè)泊位（310m）、中間段3個(gè)泊位（235m）、下游段5個(gè)泊位（390m）。本文以中間段碼頭工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，場(chǎng)地表層土為素填土、砂類土、黏性土、卵石等，陸域局部存在飽和軟土，下伏為基巖以粉砂巖、礫巖、灰?guī)r為主，局部揭示存在凝灰質(zhì)砂巖?；?guī)r為可溶巖，鉆孔遇洞率為57.1%，鉆孔線巖溶率為2.6%～94.1%，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育場(chǎng)地，不宜采用打入樁，適宜采用灌注樁。

2 碼頭方案設(shè)計(jì)

2.1方案設(shè)計(jì)

巖溶地區(qū)可采用充填法、跨越法、樁基穿越法、注漿法、褥墊層法等處理方法進(jìn)行巖溶地基處理。對(duì)于地貌、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜及塌陷量大、影響范圍大的地段，可采用多種方法綜合處理[1]。針對(duì)樁基礎(chǔ)，樁按受力情況可分為端承樁和摩擦樁兩種，端承樁是穿過軟弱土層而達(dá)到堅(jiān)硬土層或巖層上的樁，結(jié)構(gòu)豎向荷載主要由巖層阻力承受，施工時(shí)以控制樁入巖深度為主;而摩擦樁是一種穿過并支撐在各種壓縮土層，依靠樁端阻力和樁身側(cè)面與土體之間的摩擦阻力共同承受荷載，施工時(shí)以控制樁底標(biāo)高為主。本文以中間段3個(gè)泊位的碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，樁基礎(chǔ)考慮選用嵌巖灌注樁。碼頭結(jié)構(gòu)方案如下：

由于港區(qū)水位差較大（設(shè)計(jì)高水位與設(shè)計(jì)低水位之差9.98m），同時(shí)結(jié)合溶洞地質(zhì)條件和防洪需要，碼頭結(jié)構(gòu)采用高樁框架式結(jié)構(gòu)，碼頭面標(biāo)高為48.30m（采用國(guó)家85高程，下同），總長(zhǎng)為235m，寬15m，共設(shè)7個(gè)結(jié)構(gòu)段，標(biāo)準(zhǔn)排架間距為7.2m，每榀排架布置三根Φ1.2m鋼筋混凝土灌注樁?？蚣芄卜謨杉?jí)，各級(jí)標(biāo)高從下至上分別為：41.80m、44.70m，各級(jí)框架前沿設(shè)人行通道板。上部縱橫梁為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，橫梁采用矩形梁，橫梁高1.50m，寬1.2m，軌道梁梁高1.5 m，寬0.8m，縱梁梁高1.2m，寬0.6m，面板采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，厚450mm。橫梁與樁帽之間用0.8m×0.8m（前沿為1.2m×0.8m）的立柱連接，框架凈空2.1m。為加強(qiáng)整體穩(wěn)定性，設(shè)置0.6m×0.6m的縱向水平撐。接岸采用現(xiàn)澆混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，擋墻下拋石基床厚1.0m。擋墻后方邊坡鋪設(shè)碎石倒濾結(jié)構(gòu)。邊坡采用50～200kg護(hù)面塊石、二片石墊層、碎石倒濾層，坡度1：1.5。

碼頭樁基持力層選擇在物理力學(xué)特性較好的中風(fēng)化灰?guī)r層，灌注樁入巖層深度按不小于3倍設(shè)計(jì)樁徑控制;如遇溶洞，灌注樁穿過溶洞深度后按進(jìn)入持力層不小于1.5m控制，持力層為連續(xù)完整且厚度大于5m的中風(fēng)化巖層，并結(jié)合單樁垂直極限承載力計(jì)算確定樁底標(biāo)高。

2.2鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

在巖溶強(qiáng)發(fā)育場(chǎng)地，碼頭灌注樁基礎(chǔ)施工中，全護(hù)筒灌注樁是一種應(yīng)用較為廣泛的施工方案。該方法就是一邊沖孔，一邊接高鋼護(hù)筒，并且通過按壓或振動(dòng)下沉至鉆孔內(nèi)，以利于隔斷溶洞內(nèi)流塑填充物或水的活動(dòng)。當(dāng)樁孔穿過多個(gè)溶洞，并且均已成功造壁，在下面沖孔時(shí)，上面已形成的泥漿護(hù)壁坍塌漏水且無法解決時(shí)，使用鋼護(hù)筒跟進(jìn)到這個(gè)溶洞位置可以堵漏。鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，又可分為單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)、雙層或多層鋼護(hù)筒跟進(jìn)。鋼護(hù)筒主要分為開孔護(hù)筒、跟進(jìn)護(hù)筒，有時(shí)開孔護(hù)筒就作為第一級(jí)的跟進(jìn)護(hù)筒，開孔護(hù)筒在最外層（內(nèi)徑最大），緊跟著是第一級(jí)跟進(jìn)護(hù)筒（第二層），以此類推，最后一級(jí)護(hù)筒在最內(nèi)層。單個(gè)大溶洞一般用單層護(hù)筒就夠了，多個(gè)大溶洞必要時(shí)可用雙層甚至多層護(hù)筒，其中外護(hù)筒在樁基施工前埋設(shè)，可以起到樁基沖孔定位與保持水頭壓力的作用，內(nèi)護(hù)筒為跟進(jìn)鋼護(hù)筒，起到防止樁基沖至溶洞位置導(dǎo)致塌孔作用。

鋼護(hù)筒長(zhǎng)度和直徑大小的確定：護(hù)筒長(zhǎng)度L=（h+H+0.5）m（h為鉆孔估計(jì)的溶洞高度;H為溶洞頂?shù)降孛婕?0cm的高度;0.5m為護(hù)筒穿越溶洞后嵌入巖層深度）;鋼護(hù)筒孔徑尺寸應(yīng)準(zhǔn)確，連接要順直，使用卷板機(jī)成型。鋼護(hù)筒要有一定的剛度，本工程選用鋼板厚為9mm為宜，單層護(hù)筒內(nèi)徑要求大于樁直徑200mm，多層護(hù)筒最內(nèi)層護(hù)筒內(nèi)徑要求大于樁直徑200mm，其外面一層護(hù)筒內(nèi)徑要求大于內(nèi)層護(hù)筒外徑250mm，并以此類推。

2.3鉆孔施工注意事項(xiàng)

在溶洞地質(zhì)條件下鉆孔樁施工前，應(yīng)根據(jù)超前鉆資料進(jìn)行細(xì)致分析，制訂切實(shí)可行的施工組織設(shè)計(jì)方案，確保施工技術(shù)員、質(zhì)量員、施工員等詳細(xì)了解此碼頭各樁的地質(zhì)情況，熟悉每個(gè)樁孔的溶洞所在位置、大小等情況，并先根據(jù)圖紙及詳細(xì)地質(zhì)資料將巖面高程和溶洞高程換算成孔深，在鉆頭鋼絲繩上做好標(biāo)記，做到鉆孔時(shí)心中有數(shù)。

施工時(shí)，當(dāng)鉆至溶洞頂板附近，適當(dāng)減小沖程，緩慢將溶洞頂板打穿，防止卡鉆。當(dāng)鉆頭進(jìn)入溶洞底部后，應(yīng)仔細(xì)觀察孔口鋼絲繩是否對(duì)中，如果錘頭鋼絲繩有偏位，表明發(fā)生了偏孔現(xiàn)象，此時(shí)可向孔內(nèi)拋一些片石，拋填高度應(yīng)高于偏孔處以上1～2m，然后使用小沖程沖擊片石，使鉆頭受力均勻，達(dá)到糾偏目的，當(dāng)鋼絲繩恢復(fù)到中心位置時(shí)繼續(xù)鉆進(jìn)，從而確保樁孔的垂直度[3]。用沖擊鉆成孔施工時(shí)，施工中應(yīng)充分利用沖擊鉆的擴(kuò)孔性能，并嚴(yán)格做到樁孔豎直、無歪斜、縮頸，使得鋼護(hù)筒能順利下沉。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）巖溶強(qiáng)發(fā)育場(chǎng)地上建設(shè)高樁碼頭時(shí)，為了更有效的指導(dǎo)設(shè)計(jì)及樁基施工，確保樁基安全，在詳勘階段應(yīng)采用“一樁一孔”的超前鉆形式，并結(jié)合管波探測(cè)試驗(yàn)查明碼頭范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規(guī)模、埋深、完整性、巖溶充填物性狀及地下水特征等。

（2）由于溶洞具有不可預(yù)見性、復(fù)雜性和一定危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)施工難度大，在樁基施工中應(yīng)注意各方面的因素，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶洞大小及周邊地質(zhì)條件，從造價(jià)、進(jìn)度、保證質(zhì)量等方面綜合考慮，對(duì)每根樁選擇科學(xué)合理的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施，并且要嚴(yán)格管理各個(gè)施工工序。

（3）本工程采用的全護(hù)筒跟進(jìn)方案，效果明顯，可以適用溶洞較大、單層或多層溶洞呈垂直穿珠帶狀的情況。本工程樁基的設(shè)計(jì)是合理和可靠的，對(duì)溶洞地區(qū)類似碼頭樁基設(shè)計(jì)及施工具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] DBJ/T15-136-2018. 巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范. 廣東省標(biāo)準(zhǔn)，2018.

[2] JTS167-2018. 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范. 北京：人民交通出版社，2018.

[3]蘭千鈺，李丕安. 高樁碼頭多溶洞樁基處理技術(shù)[J] .港工技術(shù)，2015（06）：32-36.