超厚砂土層及漂石頭層巖溶發(fā)育深孔樁全護(hù)筒一次性跟進(jìn)施工技術(shù)探討

劉海奇 郭茂斌 王禮勇

摘要 深孔樁成孔施工在遇到超厚砂土層及漂石層、層下深孔巖溶發(fā)育的條件下極易發(fā)生漏漿、卡鉆、掉鉆、塌孔、地面塌陷等現(xiàn)象。巖溶地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行樁基施工很容易出現(xiàn)塌孔等事故，施工難度比較大，不利于施工安全，增加施工難度。文章主要對超厚砂土層及漂石頭層巖溶發(fā)育深孔樁全護(hù)筒一次性跟進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)合實(shí)例項目針對施工工藝原理、流程及操作要點(diǎn)進(jìn)行分析，提出相關(guān)質(zhì)量保證措施。

關(guān)鍵詞 超厚砂土層及漂石層;巖溶發(fā)育;全護(hù)筒一次性跟進(jìn);沖擊成孔

中圖分類號 U445.551文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2022）08-0121-03

0 引言

目前，深孔樁成孔施工在遇到超厚砂土覆蓋層、覆蓋層下巖溶發(fā)育等復(fù)雜地質(zhì)地層條件下極易發(fā)生漏漿、卡鉆、掉鉆、塌孔、地面塌陷等現(xiàn)象。針對超厚砂土覆蓋層、覆蓋層下巖溶發(fā)育的深孔樁施工，要解決超厚覆蓋層鉆進(jìn)施工時孔壁坍塌、超厚覆蓋層下巖溶發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)施工反復(fù)漏漿，出現(xiàn)超厚覆蓋層孔壁反復(fù)坍塌問題。需要預(yù)防即將進(jìn)入巖溶發(fā)育區(qū)溶洞突然坍塌導(dǎo)致其上超厚覆蓋層大面積塌陷風(fēng)險。

使用泥漿護(hù)壁沖擊鉆成孔時，無法解決超厚覆蓋層下巖溶發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)施工反復(fù)漏漿，導(dǎo)致超厚覆蓋層孔壁反復(fù)坍塌問題。全護(hù)筒跟進(jìn)沖擊鉆成孔時需要鋼護(hù)筒安裝與沖孔相互交替施工，施工進(jìn)度較慢，設(shè)備占用時間長，沖孔過程中對鋼護(hù)筒反復(fù)擾動，無法保證樁身垂直度，特別是較深位置出現(xiàn)偏差時無法將鋼護(hù)筒提出，影響樁基成孔施工質(zhì)量[1]。兩種方法施工樁基成孔及澆筑質(zhì)量難以保證，增加樁基施工周期，影響項目總體工期。

為了避免復(fù)雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔過程中的超厚覆蓋層坍塌，提高樁基成孔速度、成孔質(zhì)量，預(yù)防巖溶發(fā)育區(qū)突然溶洞坍塌導(dǎo)致其上超厚覆蓋層大面積塌陷風(fēng)險，保障施工安全，在規(guī)定工期下保質(zhì)保量安全完成樁基施工，貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司依托貴金高速公路第十一標(biāo)小沖大橋剛構(gòu)橋10號主墩深孔樁在超厚覆蓋層（厚度達(dá)到68 m）、覆蓋層下巖溶發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)地層條件下深孔樁施工，研發(fā)并成功實(shí)施了《山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔綜合處理施工工法》。利用泥漿護(hù)壁沖鉆成孔法施工超厚覆蓋層。在距離巖溶發(fā)育區(qū)2 m左右，一次性下放大節(jié)段鋼護(hù)筒，采用振動錘下沉護(hù)筒至覆蓋層底繼續(xù)鉆進(jìn)。對巖溶發(fā)育區(qū)采用“粘土+片石”回填處理溶洞，繼續(xù)鉆進(jìn)，直至完成深孔樁鉆孔施工。

1 工程概況

小沖大橋剛構(gòu)橋是貴金高速公路第十一標(biāo)控制性工程，10#主墩樁孔深（最長達(dá)75 m）、樁徑大（直徑D=2.4 m），地質(zhì)地層條件復(fù)雜，砂土層及漂石層厚（厚度達(dá)68 m）;0～13 m為粘土，13～23 m為漂石土，23～68 m為砂土，68～76 m為白云質(zhì)灰?guī)r（巖溶極為發(fā)育）、深孔巖溶發(fā)育，沖擊成孔過程中，巖溶發(fā)育區(qū)沖孔過程中頻繁漏漿，導(dǎo)致超厚砂土層及漂石層塌孔、卡鉆、掉鉆，經(jīng)多次回填并采用高稠度泥漿護(hù)壁仍然無法一次性解決漏漿問題，存在繼續(xù)沖孔漏漿和塌孔風(fēng)險。經(jīng)過多方討論，結(jié)合項目工期要求，最終決定對超厚砂土層及漂石層采用全護(hù)筒一次性跟進(jìn)護(hù)壁施工技術(shù)，解決了深孔樁施工面臨砂土層及漂石層超厚、砂土層及漂石層下巖溶發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)難題。

2 主要設(shè)備和機(jī)具

全護(hù)筒護(hù)壁在復(fù)雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔過程中，主要需要以下設(shè)備和器具：沖擊鉆機(jī)、徐工C150履帶吊、澆注用罐車、電焊機(jī)、切割機(jī)，護(hù)筒（鋼管外徑2 550 mm、壁厚16 mm），以及一些輔助工具等。

3 工藝原理

3.1 高濃度泥漿護(hù)壁沖擊鉆孔施工工藝原理

用沖擊式裝置或卷揚(yáng)機(jī)提升實(shí)心鉆錐，上下往復(fù)沖擊，將土石劈裂、劈碎，部分被擠入孔壁之內(nèi)。由泥漿懸浮鉆渣，使鉆錐每次都能沖擊到孔底新土層。沖擊一定時間后，放入掏渣筒掏渣，提出孔外倒掉。該工藝采用的高濃度泥漿，一方面起懸浮鉆渣作用，另一方面對超厚砂土層及漂石層施工起護(hù)壁作用。

3.2 大節(jié)段鋼護(hù)筒精準(zhǔn)定位對接一次性跟進(jìn)施工工藝原理

采用大噸位履帶吊吊裝大節(jié)段鋼護(hù)筒，采用振動錘下沉鋼護(hù)筒并最終壓入巖溶發(fā)育區(qū)。大節(jié)段鋼護(hù)筒每節(jié)段9 m，最上節(jié)段根據(jù)砂土層及漂石層厚度及施工需要設(shè)置成相應(yīng)長度，每節(jié)段距離上頂端口0.5 m位置外側(cè)設(shè)置耳板，上頂端口位置外側(cè)設(shè)置精準(zhǔn)定位卡板、內(nèi)側(cè)設(shè)置5 cm寬環(huán)形加強(qiáng)鋼帶。該工藝采用的耳板能夠配合型鋼卡住下節(jié)鋼護(hù)筒，方便上下節(jié)鋼護(hù)筒焊接，精準(zhǔn)定位卡板保證上下節(jié)鋼護(hù)筒精準(zhǔn)定位，環(huán)形加強(qiáng)鋼帶對上下對接焊接點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，保證振動錘將鋼護(hù)筒順利壓入巖溶區(qū)。

3.3 深孔溶洞回填“粘土+片石”處理施工工藝原理

“粘土+片石”按照一定比例投入到巖溶發(fā)育區(qū)段，對巖溶發(fā)育區(qū)進(jìn)行回填，采用沖擊鉆沖孔時粘土和片石粘結(jié)并擠入孔壁內(nèi)，有效防止漏漿。

4 施工操作要點(diǎn)

（1）測量定位。由測量員對樁位測量定位，定出樁位中心后，插釬標(biāo)識，精確控制樁中心位置。

（2）導(dǎo)向鋼護(hù)筒埋設(shè)。先對測放好的樁位開孔1.6～

1.8 m，平整開挖底面，利用吊車起吊2 m長、內(nèi)徑2.6 m（壁厚1 cm）導(dǎo)向鋼護(hù)筒就位，埋設(shè)鋼護(hù)筒，埋設(shè)過程中以水平尺測定護(hù)筒的垂直度，護(hù)筒埋設(shè)定位準(zhǔn)確，垂直度<1%，護(hù)筒外側(cè)回填土夯實(shí)。護(hù)筒頂以下20 cm設(shè)一個30 cm×20 cm溢流槽。

（3）鎖口施工。表層采用20 cm混凝土硬化，徹底固定樁位。鎖口尺寸3.6 m×3.6 m，硬化厚度20 cm，對應(yīng)溢流槽處預(yù)留不硬化，鎖口四角φ20鋼筋護(hù)樁。

（4）鉆機(jī)就位。平整鉆機(jī)工作場地，保持鉆機(jī)平穩(wěn)，鉆頭與樁位中心對齊，偏差小于2 cm。

（5）超厚砂土層及漂石層鉆孔。采用卷揚(yáng)機(jī)式?jīng)_擊鉆機(jī)鉆孔，鉆頭直徑2.55 m（巖溶發(fā)育區(qū)及其上2 m采用2.4 m），沖樁前先加高濃度泥漿，泥漿比重1.5～1.7之間，沖樁過程中定時使用泥漿比重計檢測泥漿比重，滿足施工要求。開始應(yīng)低錘密擊，錘高0.4～0.6 m，及時泥漿護(hù)壁，適當(dāng)加少量片石和粘土使孔壁擠壓密實(shí)，鉆孔孔深達(dá)護(hù)筒底以下3～4 m，方可加快鉆進(jìn)速度，將鉆頭提高2～3.5 m正常沖擊。沖孔時應(yīng)及時將孔內(nèi)殘渣排出，每沖擊1～2 m，應(yīng)排渣一次，并定時補(bǔ)漿，直至巖溶發(fā)育區(qū)上2 m位置。每沖擊1～2 m檢查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC

（6）吊車就位。砂土層及漂石層護(hù)壁鋼護(hù)筒采用150 t履帶吊分節(jié)吊裝，履帶吊配備一臺300 t振動錘，吊車就位前清理并壓實(shí)吊車工作面，檢查吊車鋼絲繩性能滿足吊裝要求。

（7）鋼護(hù)筒加工。鋼護(hù)筒由專業(yè)廠家統(tǒng)一加工成每9 m一節(jié)，最上一節(jié)鋼護(hù)筒根據(jù)砂土層及漂石層厚度，進(jìn)行切割，實(shí)際砂土層及漂石層厚度68 m，共需鋼護(hù)筒八節(jié)，最上一節(jié)6 m，鋼護(hù)筒經(jīng)運(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝，鋼護(hù)筒為外徑2 550 mm，壁厚16 mm鋼護(hù)筒，每米重2.0 t，9 m鋼護(hù)筒約18.0 t重，采用25 t汽車運(yùn)輸滿足要求，鋼護(hù)筒加工時預(yù)先設(shè)置吊孔，方便吊裝，環(huán)形加強(qiáng)鋼帶一并加工。

（8）大節(jié)段鋼護(hù)筒吊裝焊接。按設(shè)計尺寸加工好耳板、精準(zhǔn)定位卡板、環(huán)形加強(qiáng)鋼帶，做好準(zhǔn)備。根據(jù)鋼護(hù)筒重量選擇相應(yīng)噸位履帶吊，吊裝的鋼護(hù)筒最大重為138.1 t，且吊裝最大高度為10 m，采用150 t履帶吊滿足吊裝需要。履帶吊吊裝緩慢對準(zhǔn)鎖口導(dǎo)向鋼護(hù)筒，振動錘輔助緩慢下放第一節(jié)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒沒入鎖口共8 m后，通過吊繩吊住，將第一節(jié)上的耳板、精準(zhǔn)定位卡板焊接在第一節(jié)上端口相應(yīng)位置，第一節(jié)鋼護(hù)筒下放后通過耳板卡住，下放第二節(jié)鋼護(hù)筒，第二節(jié)鋼護(hù)筒受精準(zhǔn)定位卡板牽引，與第一節(jié)鋼護(hù)筒精準(zhǔn)對接，電工對鋼護(hù)筒外側(cè)對接部位焊接。焊接完成后，將定位卡板，耳板切割吊，振動錘輔助下放鋼護(hù)筒。依據(jù)以上步驟依次完成第三、四、五、六、七、八節(jié)吊裝焊接下放。

（9）振動錘壓入巖溶發(fā)育區(qū)。鋼護(hù)筒下放巖溶發(fā)育區(qū)上2 m，通過振動錘振動下沉鋼護(hù)筒至巖溶發(fā)育區(qū)，開始鉆進(jìn)，至巖溶發(fā)育區(qū)。

（10）回填“粘土+片石”。巖溶發(fā)育區(qū)段施工鉆進(jìn)發(fā)生漏漿立即回填“粘土+片石”反復(fù)沖孔至設(shè)計樁地標(biāo)高。

（11）孔底物探、成孔檢測。鉆進(jìn)至設(shè)計樁底進(jìn)行孔底物探，滿足要求后，清孔，最終進(jìn)行成孔檢測。

5 關(guān)鍵點(diǎn)控制及常見問題處理

5.1 樁位控制

樁位控制分兩步，分別是樁位坐標(biāo)點(diǎn)控制和護(hù)筒埋設(shè)控制。樁位坐標(biāo)點(diǎn)放樣偏移量誤差不超過2 cm，護(hù)筒埋設(shè)偏移量誤差即成樁偏移量誤差，應(yīng)符合設(shè)計圖紙及規(guī)范要求的樁位偏移量。

（1）樁位坐標(biāo)點(diǎn)。測量員按設(shè)計樁位坐標(biāo)進(jìn)行放線，確定樁位坐標(biāo)點(diǎn)打入鋼釬作為標(biāo)記。

（2）導(dǎo)向鋼護(hù)筒埋設(shè)控制。埋設(shè)前護(hù)筒內(nèi)徑，壁厚符合要求后方可使用，護(hù)筒內(nèi)徑偏差不大于10 mm，壁厚偏差小于2 mm。采用開挖埋置法，地面以下開挖1.6～

1.8 m，平整開挖底面，對開挖底面再次復(fù)核測量定出樁中心位置，以控制樁中心位置。護(hù)筒外側(cè)對稱分層回填土，防止回填過程中導(dǎo)向護(hù)筒發(fā)生偏位。護(hù)筒埋設(shè)完成后，測量員對護(hù)筒中心坐標(biāo)進(jìn)行定位，檢查護(hù)筒中心點(diǎn)與設(shè)計樁位坐標(biāo)點(diǎn)的偏移量是否符合設(shè)計及規(guī)范要求。

5.2 垂直度控制

垂直度控制包括鎖口導(dǎo)向鋼護(hù)筒垂直度控制、鉆孔垂直度控制、大節(jié)段鋼護(hù)筒垂直度控制。埋設(shè)過程中以水平尺測定護(hù)筒的垂直度，控制導(dǎo)向鋼護(hù)筒垂直度;沖擊過程中加大檢測頻率，每沖擊1～2 m檢查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%[2];大節(jié)段鋼護(hù)筒進(jìn)場前做好檢驗，確保鋼護(hù)筒各項指標(biāo)合格，確保大節(jié)段鋼護(hù)筒垂直度。所有鋼護(hù)筒焊接均采用坡口焊對接，在鋼護(hù)筒上均勻設(shè)置四塊定位卡板，上下兩節(jié)鋼護(hù)筒有效對接，精確定位卡板與鋼護(hù)筒緊貼后焊在下節(jié)鋼護(hù)筒上，以實(shí)現(xiàn)上下節(jié)鋼護(hù)筒精準(zhǔn)對接，防止錯位，進(jìn)而控制樁孔垂直度。大節(jié)段鋼護(hù)筒振動錘輔助下沉過程，應(yīng)低頻振動緩慢下沉。施工前，在四周設(shè)置四根護(hù)樁;鋼護(hù)筒安裝下放之前應(yīng)先校準(zhǔn)中心位置無誤。

5.3 護(hù)筒安裝困難問題

樁基鋼護(hù)筒安裝過程中，常規(guī)案例采用分階段安裝鋼護(hù)筒，導(dǎo)致鋼護(hù)筒安裝與沖孔施工出現(xiàn)多處交替干擾的現(xiàn)象，造成樁基成孔時間較長[3]。結(jié)合施工實(shí)例，采用的大節(jié)段鋼護(hù)筒一次性跟進(jìn)技術(shù)可有效避免鋼護(hù)筒安裝與沖孔相互交替施工的情況，一次性將樁基沖孔至基巖高程，采用履帶吊及振動錘配合一次性下放至基巖位置，減少了對鋼護(hù)筒的擾動，同時采用直徑2.55 m沖擊鉆頭進(jìn)行超厚砂土層及漂石層鉆孔施工，減少大節(jié)段鋼護(hù)筒與孔壁的摩擦力，解決了鋼護(hù)筒下放困難，提高樁基施工成孔時間，控制了施工成本。

5.4 施工監(jiān)控

施工期間應(yīng)做好監(jiān)控工作，保證施工質(zhì)量安全，減少施工安全隱患。在樁基鎖口平臺上四個角點(diǎn)上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，同時利用周邊樁基鎖口觀測點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域同步監(jiān)控觀測。在實(shí)時監(jiān)控過程中，若發(fā)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控值與標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)超限，應(yīng)立即停止樁基施工，對超限原因進(jìn)行分析，并提出有效處理措施，消除原因后方可進(jìn)行后續(xù)樁基施工。

6 質(zhì)量保證技術(shù)

（1）在制作、運(yùn)輸時，每節(jié)鋼護(hù)筒上下口內(nèi)壁的徑向宜布置一組或多組單向臨時加勁撐架，且撐架本身應(yīng)具有足夠的剛度。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行材料、設(shè)備進(jìn)場的復(fù)核驗收工作程序，確保進(jìn)場材料、設(shè)備合格。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行每一道工序開工前和結(jié)束后的檢查驗收制度，堅持執(zhí)行班組自檢→質(zhì)檢部門檢查合格→報請監(jiān)理工程師檢驗的工作程序，重要工序請監(jiān)理旁站監(jiān)督檢查。

（4）施工過程中，加強(qiáng)垂直度控制及監(jiān)控工作。

7 安全保證技術(shù)

7.1 施工準(zhǔn)備階段

（1）按照特種設(shè)備相關(guān)要求，做好履帶吊設(shè)備資料收集、登記。

（2）在專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下安裝履帶吊，安裝過程中加強(qiáng)安全管控。

（3）做好各種施工設(shè)備檢查、維修、保養(yǎng);檢查鋼絲繩（包括沖樁機(jī)、履帶吊）性能滿足要求，方可用于吊裝。

（4）鎖口設(shè)置好防護(hù)，并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志標(biāo)牌，保障施工安全的同時規(guī)范現(xiàn)場施工。

（5）施工前對施工作業(yè)人員進(jìn)行全員安全技術(shù)交底，做好危險源辨識，明確施工危險源，并制定針對性措施。

（6）做好作業(yè)人員登記，確保人員登記齊全，作業(yè)前做好班前教育和安全教育培訓(xùn)。

7.2 施工階段

（1）焊接過程需要用到的氧氣乙炔切割設(shè)備，務(wù)必按照安全規(guī)范要求執(zhí)行安全動火條律，保證氧氣與乙炔的安全距離至少5 m，保證氧氣乙炔放置位置遠(yuǎn)離火源、焊接人員。

（2）施工現(xiàn)場各種電線布設(shè)應(yīng)滿足施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范要求。

（3）設(shè)備就位前，將場地清理干凈并壓實(shí)，保證設(shè)備順利就位，滿足施工要求。

（4）吊裝過程中應(yīng)緩慢下放，耳板焊接時，履帶吊需吊住鋼護(hù)筒。

（5）吊裝鋼絲繩吊裝需保證鋼絲繩安設(shè)牢固。

（6）未施工時采用鐵網(wǎng)將孔口覆蓋，防止人員掉入孔內(nèi)。

7.3 施工后階段

（1）組織設(shè)備有序退場，施工材料堆放整齊。

（2）在專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下拆除履帶吊，拆除過程中做好安全管控，拆除退場做好退場登記。

（3）預(yù)退場作業(yè)人員做好登記，有序組織退場。

8 結(jié)束語

針對貴金十一標(biāo)小沖大橋樁基施工過程中將超厚砂土層及漂石層、層下巖溶發(fā)育的深孔樁施工問題逐一分步解決，依托該項目具體施工過程總結(jié)得出以下結(jié)論：

采用鋼護(hù)筒一次性全跟進(jìn)施工技術(shù)，能夠降低施工難度，減少施工安全風(fēng)險，對深孔的施工成本起到控制作用。避免鉆孔時對樁孔護(hù)筒長時間反復(fù)擾動，控制樁孔垂直度，同時避免后續(xù)澆筑過程中超厚覆蓋層坍塌。能夠?qū)⑹┕?fù)雜問題逐一解決，充分考慮安全因素，將地下不可控的安全風(fēng)險因素轉(zhuǎn)為地面可控安全風(fēng)險，在當(dāng)下安全形勢嚴(yán)峻的背景下，具有良好的社會效益。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-02-16

作者簡介：劉海奇（1981—），男，本科，高級工程師，從事高速公路施工工作。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC