旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)

郭 璐，羅平南，周伏萍

(江西省地質(zhì)工程(集團)公司(贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院)，江西 南昌 330029)

0 引言

石灰?guī)r地層巖溶發(fā)育較為充分，因此在樁基施工的過程中經(jīng)常遭遇溶洞。通過超前鉆探明溶洞的性質(zhì)，需要對溶洞采取特別措施以滿足樁基施工的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中在溶洞地區(qū)施工時，主要是采用鋼護(hù)筒進(jìn)行隔離或者采用水泥漿進(jìn)行封堵。而對于串珠溶洞，該類溶洞埋置比較深，鋼護(hù)筒無法到達(dá)，并且該類溶洞中存在大量淤泥質(zhì)充填物，采用壓密注漿處理后難以形成固結(jié)體，在成孔過程中易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，由于是串珠狀溶洞壓密注漿后無法控制走向，在沒有樁基的區(qū)域也需要水泥漿填充，壓密注漿從下填充滿后才向上填充，這樣施工形成大量水泥漿浪費。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，采用旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)，較好地解決了溶洞地區(qū)施工難題[1-2]。

1 工程概況

1.1 項目概況

工程位于贛州市南康區(qū)，贛南大道南側(cè)，產(chǎn)業(yè)大道以西，工業(yè)大道以東。本工程地質(zhì)情況自上而下分為：第①雜填土，主要由耕植土、腐殖土、黏性土組成；第②層黏土，濕，可塑；第③層全風(fēng)化粉質(zhì)粉砂巖，巖石結(jié)構(gòu)破壞，局部分布；第④層為強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，裂隙較為發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)基本破壞，遇水崩解；第⑤-1層為中風(fēng)化石灰?guī)r，超前鉆判斷似串珠夾層，串珠溶洞，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，溶洞以黏性土填充為主，呈軟塑狀，該層大部分區(qū)域缺失；第⑥-1層為中風(fēng)化石灰?guī)r，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰?guī)r角礫，呈軟塑狀；第⑥-2層為中風(fēng)化石灰?guī)r，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰?guī)r角礫，呈軟塑狀；第⑦層中風(fēng)化石灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，灰黑，取芯率75%以上；各層在本區(qū)域內(nèi)互有缺失；樁基礎(chǔ)設(shè)計為旋挖灌注樁，樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層不宜小于1倍樁徑?？咨钤O(shè)計深度暫定18 m，同時以入中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖2倍樁徑深度為終孔條件，因遇到溶洞，實際孔深主要為26 m～38 m，少數(shù)孔深達(dá)45 m以上，多為部分15 m。工程總量24 600 m3。

1.2 溶洞情況

地質(zhì)報告顯示單個溶洞洞高大部分1.2 m～8.8 m，個別溶洞洞高達(dá)15 m；溶洞底部埋深15 m～46.5 m，一般埋深23 m左右。其中，多見到3個～5個大小不等的溶洞豎向串珠分布，串珠溶洞之間隔層堅硬，為隱晶質(zhì)灰?guī)r殘留，一般厚度1 m左右，無法判斷是否存在橫向串通；鉆進(jìn)過程顯示，全場溶洞都為封閉式有滿填充溶洞，取出的溶洞填充物為膠體狀濃泥漿，比重1.46～1.51。

2 工藝原理

旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工工法是通過高壓旋噴樁在串珠狀溶洞中有限區(qū)域把溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物施工成水泥固結(jié)成柱狀體，然后在成孔過程中采用高比重泥漿護(hù)壁的方式達(dá)到成孔不坍塌確保樁身孔壁完整性滿足設(shè)計要求的施工工藝。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→放線定位→高壓旋噴鉆機就位→鉆進(jìn)引孔至最底溶洞→高壓旋噴注漿→水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)→旋挖成孔→鋼筋籠下放安裝→混凝土灌注。

2.2 關(guān)鍵工序操作要點

2.2.1 鉆進(jìn)引孔

旋噴樁樁位放好并經(jīng)復(fù)核合格后，用履帶式接桿式鉆機成孔，鉆頭直徑75 mm，每節(jié)鉆桿長度1.5 m，根據(jù)超前鉆孔探測溶洞底部深度，鉆進(jìn)至該溶洞底部以下20 cm即停止鉆進(jìn)。

2.2.2 高壓旋噴注漿

鉆進(jìn)過程中配置水泥漿，鉆進(jìn)達(dá)到深度后，高壓旋噴樁機自下而上進(jìn)行注漿攪拌成樁，在溶洞區(qū)域提升速度控制在0.15 m/min之內(nèi)，非溶洞區(qū)域提升速度控制在0.3 m/min，交界處提升速度控制在0.2 m/min,注漿至最上層溶洞頂部以上20 cm停止注漿，全部拔出鉆桿。

2.2.3 水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)

高壓旋噴注漿結(jié)束后進(jìn)行封孔固結(jié)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于7 d。

2.2.4 旋挖成孔

高壓旋噴樁固結(jié)體養(yǎng)護(hù)完成后，在樁位定位放樣復(fù)核合格后進(jìn)行旋挖成孔，在旋挖成孔過程中，采用高比重泥漿進(jìn)行護(hù)壁，防止孔內(nèi)坍塌和孔內(nèi)滲漏現(xiàn)象[3-4]。

2.2.5 鋼筋籠下放安裝

成孔達(dá)到樁底標(biāo)高符合設(shè)計要求后，進(jìn)行鋼筋籠下放安裝，安裝保護(hù)塊防止破壞高壓旋噴樁固結(jié)體。

2.2.6 混凝土灌注

安裝灌漿導(dǎo)管，二清檢測復(fù)核施工要求后立即進(jìn)行混凝土灌注，混凝土灌注時埋管深度控制在2 m左右和連續(xù)均勻灌注。

2.3 主要設(shè)備

主要機械設(shè)備配套表見表1。

表1 主要機械設(shè)備配套表 臺

3 溶洞處理的注意事項

1)上述工藝方法的重點是“高噴固結(jié)成柱+高比重穩(wěn)定液護(hù)壁”，應(yīng)先進(jìn)行試驗性作業(yè)，在試驗和實踐中調(diào)整施工參數(shù)，總結(jié)確定最優(yōu)的工藝和材料用量，特別是高壓旋噴施工，如果二重管足以形成直徑1 500 mm水泥拌合土柱體，則不用三重管。以及高比重泥漿配比的合理調(diào)整，水泥漿的水灰比調(diào)整等；在選用二重三重管時，應(yīng)考慮填充物本身的含水量，在噴射壓力相同情況下，采用二重管；對于小型溶洞，如能直接采用高比重穩(wěn)定液達(dá)到處理效果則不用其他方法；總之針對需要處理的每一個溶洞，參照超前鉆資料，先確定具體方式，但在使用中根據(jù)實際情況變化調(diào)整。

2)目前所知的三棟樓皆為溶洞地層，樁基施工應(yīng)采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應(yīng)有相當(dāng)?shù)木嚯x，直到前樁終凝；以保證不因距離太近而導(dǎo)致串孔；與前樁施工距離參考超前鉆報告，以溶洞內(nèi)不發(fā)生串通為宜。與前樁施工的間隔時間以前樁完成終凝為宜。

3)在固結(jié)體內(nèi)鉆進(jìn)施工，應(yīng)力求避免機械破壞固結(jié)柱體，旋挖鉆進(jìn)采用“低壓，低轉(zhuǎn)速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時應(yīng)輕緩，開鉆前應(yīng)調(diào)節(jié)垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對中。

4)在高噴或注漿處理完溶洞后，必須等7 d后，固結(jié)柱體達(dá)到一定強度才能開始樁基施工，施工應(yīng)按照施工要求，采用高比重泥漿作為穩(wěn)定液而進(jìn)行施工。

5)在特殊情況下，需要暫且忽略成本，采取特別處理措施，比如在溶洞高度較大的情況下，已經(jīng)完成成孔后，考慮到灌注混凝土后溶洞部位承受較大壓力，為防備“脹破”孔壁，可以在該部位放置鋼護(hù)筒，護(hù)筒壁厚不小于3 mm。

4 質(zhì)量控制

1)鉆進(jìn)引孔至最底溶洞質(zhì)量保證措施：根據(jù)超前鉆探明溶洞的深度和鉆桿每節(jié)長度進(jìn)行確定鉆進(jìn)深度，準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的鉆桿，每安裝一節(jié)鉆桿做好施工記錄，在樁機立桿上做好機余標(biāo)志，最后一根鉆桿鉆至鉆余刻度時停止鉆進(jìn)。

2)高壓旋噴注漿質(zhì)量保證措施：漿液水灰比、漿液比重、每米樁體摻入水泥重量等參數(shù)均以現(xiàn)場試樁情況為準(zhǔn)。施工現(xiàn)場配備比重計，每天量測漿液比重，嚴(yán)格控制水泥用量?；覞{攪拌應(yīng)均勻，并進(jìn)行過濾。噴漿過程中漿液應(yīng)連續(xù)攪動，防止水泥沉淀。

3)水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)質(zhì)量保證措施：溶洞以上引孔采用水泥漿進(jìn)行封堵，防止地表水進(jìn)入。

4)旋挖成孔質(zhì)量保證措施。

a.在固結(jié)體內(nèi)鉆進(jìn)施工，應(yīng)力求避免機械破壞固結(jié)柱體，旋挖鉆進(jìn)采用“低壓，低轉(zhuǎn)速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時應(yīng)輕緩，開鉆前應(yīng)調(diào)節(jié)垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對中。施工應(yīng)采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應(yīng)有相當(dāng)?shù)木嚯x，直到前樁終凝，以保證不會因為距離的太近而導(dǎo)致前后兩個樁基造成串孔的問題，在后續(xù)樁基施工的過程中，應(yīng)該與前一個樁的施工距離進(jìn)行參考超前鉆報告，以溶洞內(nèi)不發(fā)生串通為標(biāo)準(zhǔn)，與前一個樁基的間隔時間為前一個樁基完成終凝的時間為準(zhǔn)。

b.高比重穩(wěn)定液是通過專門造漿材料與水1∶1配比而成，其中專門造漿材料包括膨潤土，CMC,FCl,純堿,PHP,重晶石，鋸末水泥紙漿，專門造漿材料各組分占比為膨潤土10%,CMC 0.01%～0.05%,FCl 0.1%～0.3%,純堿0.5%,PHP 0.003%，鋸末水泥紙漿1%～2%，重晶石用量根據(jù)泥漿密度進(jìn)行調(diào)整。

5 施工過程中特殊情況處理

1)噴漿過程應(yīng)連續(xù)均勻，若噴漿過程中出現(xiàn)壓力驟然上升或下降，大量冒漿、串漿等異常情況時，應(yīng)及時提鉆出地表排除故障后，復(fù)噴接樁時應(yīng)加深0.5 m重復(fù)噴射接樁，防止出現(xiàn)斷樁。

2)高噴孔噴射成樁結(jié)束后，應(yīng)采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌，防止因漿液凝固后體積收縮，樁頂面下降[5]。

3)因地下孔隙等原因造成返漿不正常，漏漿時，應(yīng)停止提升，用水泥漿灌注，直至返漿正常后才能提升。

4)如果出現(xiàn)一側(cè)壓力異常，及時停止提升并找到原因，因為特殊原因造成施工間隔在24 h之內(nèi)進(jìn)行全樁復(fù)打，超出24 h的若是止水加固則，必須在外圍進(jìn)行增加高壓旋噴樁加固樁數(shù)。

6 結(jié)語

旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)采用水泥固結(jié)溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物的方法，防止溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物坍塌和避免混凝土樁體中出現(xiàn)夾泥，確保樁身完整性；混凝土充盈系數(shù)控制在1.00～1.10之間，節(jié)約了成本；通過高壓旋噴加固有限區(qū)域不擴散水泥漿，實現(xiàn)了綠色環(huán)保。