多溶洞地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

林靜

摘 要：珠三角地區(qū)是我國(guó)覆蓋型溶洞地質(zhì)的典型區(qū)域，巖溶地區(qū)建設(shè)橋梁樁基的事例也越來越常見。巖溶地區(qū)施工難度較大，在施工過程中必須采取科學(xué)有效的技術(shù)措施保證施工質(zhì)量，才能在復(fù)雜的施工環(huán)境中打下高質(zhì)量的橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。主要結(jié)合廣花盆地的溶洞地質(zhì)條件，針對(duì)橋梁鉆孔灌注樁在施工過程中的要點(diǎn)進(jìn)行研究，希望能為該地區(qū)的技術(shù)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：溶洞地質(zhì);鉆孔灌注樁;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U445.551? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2022）06-0001-03

0 引言

在橋梁工程建設(shè)中，樁基工程占據(jù)著主要地位。常用的樁基施工方法有錘擊沉樁法、靜力壓樁法、水沖沉樁法、振動(dòng)沉樁法、就地灌注樁法。近年來鉆（沖）孔灌注樁施工工藝發(fā)展較快，不同土層需要適用不同的灌注樁，樁長(zhǎng)可根據(jù)地質(zhì)情況改變無需接樁，如濟(jì)南黃河斜張橋的灌注樁長(zhǎng)達(dá)82～88 m，其單樁承載力大。但由于每個(gè)工程地質(zhì)水文情況差異較大，且大部分鉆孔灌注樁施工環(huán)節(jié)都是在地下或水下實(shí)施的，因此鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工往往是橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在珠三角地區(qū)，多溶洞地質(zhì)條件下，需要從施工準(zhǔn)備、溶洞處理、護(hù)筒埋設(shè)、混凝土灌注等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，才能有效地控制樁基質(zhì)量。

1 鉆孔灌注樁施工準(zhǔn)備

多溶洞地區(qū)灌注樁施工的影響因素較多，風(fēng)險(xiǎn)較一般軟土地質(zhì)的情況大，施工前應(yīng)按基本流程做好圖紙會(huì)審工作，并從企業(yè)、項(xiàng)目組、操作層3個(gè)層面做好技術(shù)交底，做好施工人員培訓(xùn)、機(jī)械設(shè)備調(diào)試保養(yǎng)、物資材料檢驗(yàn)及測(cè)量放樣等準(zhǔn)備工作。鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖1所示[1]。

勘探多溶洞地質(zhì)時(shí)，設(shè)計(jì)的勘探密度無法百分百覆蓋所有樁基的數(shù)據(jù)，因此可實(shí)施“首件制、試驗(yàn)段”等管理制度，遵循“預(yù)防為主、先導(dǎo)試點(diǎn)”的原則，保證質(zhì)量管理工作實(shí)施?！笆准啤币烁鶕?jù)分部分項(xiàng)工程有序展開，如對(duì)于樁基，可通過試樁過程，對(duì)樁基混凝土試塊抗壓等質(zhì)量指標(biāo)、輕型觸探檢測(cè)樁基完整度等對(duì)“首件”成品的施工質(zhì)量進(jìn)行分析，找出指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的原因進(jìn)而改進(jìn)，更好地指導(dǎo)后續(xù)施工，預(yù)防可能產(chǎn)生的同類質(zhì)量問題。

2 施工技術(shù)及控制要點(diǎn)

2.1 護(hù)筒及泥漿及時(shí)跟進(jìn)

鋼護(hù)筒可采用8 ～12 mm厚鋼板制成，加工護(hù)筒內(nèi)徑時(shí)應(yīng)注意比樁徑大200 mm。護(hù)筒頂面標(biāo)高大于地面標(biāo)高30 cm以上，保證鉆進(jìn)過程中孔口不塌陷[2]。護(hù)筒外可用黏土夯壓密實(shí)。遇到松軟的表層土，護(hù)筒埋置深度應(yīng)進(jìn)入到較堅(jiān)硬密實(shí)土層下0.5 m以上。護(hù)筒應(yīng)保持垂直施壓下沉，傾斜度≤1%，樁位位移偏差不得超出設(shè)計(jì)要求5 cm。鉆進(jìn)過程應(yīng)保持護(hù)筒泥漿高于地下水位1.5 ～2.0 m或高于護(hù)筒底面0.5 m。提鉆和下鉆經(jīng)過孔口時(shí)要低速、平穩(wěn)，以免因?yàn)殂@頭與護(hù)筒接觸摩擦導(dǎo)致護(hù)筒偏位。護(hù)筒頂部溢流口需比泥漿溝底矮10 cm以上，注意溢流口排漿通暢。若遇雨季施工，還應(yīng)防止由于雨水沖刷可能造成的護(hù)筒移位、孔頂破壞等情況。

護(hù)筒泥漿應(yīng)選擇造漿良好的優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，易于在孔壁上形成泥皮，阻隔孔隙滲流[3]，泥漿造漿量為1.5倍樁混凝土體積，泥漿循環(huán)使用，設(shè)沉淀池，將沉淀鉆渣及時(shí)清運(yùn)到指定位置處理。造漿后應(yīng)檢測(cè)全部性能指標(biāo)，尤其是泥漿比重及含砂率。為防止坍孔或筒壁壓力過大，當(dāng)遇到土層變化泥漿比重可根據(jù)具體的地質(zhì)密度進(jìn)行調(diào)整，始終保持護(hù)筒泥漿的壓力超過靜水壓力。

施工過程中護(hù)筒應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)，隨時(shí)檢查控制泥漿指標(biāo)，根據(jù)鉆渣來判斷地質(zhì)情況，做好地質(zhì)柱狀圖標(biāo)識(shí);鉆至設(shè)計(jì)位置后判斷孔底的地質(zhì)與設(shè)計(jì)是否一致。根據(jù)不同土質(zhì)，施工要點(diǎn)如表1所述。

2.2 溶洞地區(qū)樁基處理

巖溶處理方法主要有拋石填充、泵注水泥漿、袖閥管注漿等。不同類型的的溶洞應(yīng)采取不同的方法。施工前應(yīng)對(duì)地質(zhì)鉆探資料進(jìn)行分析，按照溶洞高度、寬度劃分類別，以便施工人員、機(jī)具作業(yè)。目前，采用充填封閉及鋼護(hù)筒施工法進(jìn)行局部處理較為經(jīng)濟(jì)。

第一，對(duì)規(guī)模較小，單個(gè)溶洞高度≤3.0 m的溶洞，采用充填封閉法處理，填充后按正常施工方法施工鉆孔灌注樁。充填物根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示的溶洞情況按以下原則確定：①溶洞為空洞、半充填、流塑狀全充填時(shí)，采用黏土袋+片石（土石比3：7）全填塞;②溶洞為軟塑狀全充填時(shí)，可采用黏土袋+片石（土石比3：7）半填塞;③溶洞為硬塑狀全充填時(shí)，可不作處理。

第二，對(duì)單個(gè)溶洞高度>3.0 m，溶洞內(nèi)部為全充填物的，可采用充填封閉法處理，填充后按正常施工方法施工鉆孔灌注樁。充填可按以下原則確定：溶洞內(nèi)為流塑狀時(shí)采用黏土袋+片石（土石比3：7）全填塞;軟塑狀時(shí)采用半填塞;硬塑狀時(shí)可不作處理。

第三，對(duì)于單個(gè)溶洞高度>3.0 m，溶洞內(nèi)部為半充填或空洞時(shí)，采用單護(hù)筒一次穿過頂板及溶洞，直至護(hù)筒嵌入溶洞下巖層一定深度。

第四，對(duì)串珠狀溶洞，單個(gè)高度≤3.0 m的溶洞，串珠洞間巖層距離>3.0 m的，各單個(gè)溶洞處理按前述第（1）點(diǎn)采用黏土+片石（土石比3：7）填塞。

第五，對(duì)串珠狀溶洞，單個(gè)高度≤3.0 m的溶洞，串珠洞間巖層≤3.0 m時(shí)，中型溶洞（高度3～10 m）采用黏土+片石（土石比3：7）填塞;大型溶洞（高度≥10 m）若采用鋼護(hù)筒處理時(shí)，可將連續(xù)的串珠狀溶洞視為一個(gè)大溶洞，單鋼護(hù)筒一次性穿過，直至護(hù)筒嵌入溶洞下巖層一定深度。對(duì)串珠狀溶洞，單個(gè)溶洞高度>3.0 m且上下層溶洞間巖層厚度>3.0 m時(shí)，應(yīng)采用雙層護(hù)筒，外層護(hù)筒嵌入上下層溶洞間巖層一定深度，內(nèi)層護(hù)筒嵌入溶洞底面巖層一定深度。

第六，對(duì)串珠狀溶洞，單個(gè)溶洞高度>3.0 m且上下層溶洞間巖層厚度≤3.0 m時(shí);或當(dāng)溶洞數(shù)量多且特別大時(shí)，需采用多層鋼護(hù)筒施工法。

第七，注意單層、雙層、多層鋼護(hù)筒施工流程的控制。單層鋼護(hù)筒施工應(yīng)先預(yù)埋開孔護(hù)筒再?zèng)_進(jìn)鉆孔，不得因施工便利或趕工期而搶干，在溶洞內(nèi)沖進(jìn)時(shí)，需邊拋填黏土袋和片石邊跟隨沖進(jìn)鉆孔下放鋼護(hù)筒，將鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底層巖面以下一定深度位置后，繼續(xù)沖進(jìn)鉆孔至設(shè)計(jì)樁底高程。雙層鋼護(hù)筒施工應(yīng)按外層、內(nèi)層的順序進(jìn)行，外層鋼護(hù)筒如單層鋼護(hù)筒操作后下放內(nèi)層鋼護(hù)筒，將內(nèi)層鋼護(hù)筒繼續(xù)跟進(jìn)至下層溶洞底層巖面以下一定深度位置后，繼續(xù)沖進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底高程。內(nèi)外層護(hù)筒間壓注M10水泥漿，壓注應(yīng)分段進(jìn)行，直至終孔。多層鋼護(hù)筒施工工藝與雙層鋼護(hù)筒施工工藝基本相同，但由于溶洞數(shù)量多、高度大，鋼護(hù)筒要分多段通過溶洞區(qū)，鋼護(hù)筒采用多層時(shí)應(yīng)注意上層鋼護(hù)筒的外徑均應(yīng)比下一層鋼護(hù)筒大15 cm。

第八，前述采用片石黏土回填時(shí)，如果出現(xiàn)多次漏漿塌孔時(shí)，可考慮加投水泥回填筑壁。應(yīng)注意在水泥終凝時(shí)間之前完成加投，后靜置直到水泥黏土漿把漏漿源堵死為止。

第九，雙層或多層鋼護(hù)筒施工工程中，如按片石黏土回填出現(xiàn)多次漏漿塌孔時(shí)，可考慮改用C20水下貧混凝土，且需待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后方可重新作業(yè)。施工過程中為縮短工期，可按設(shè)計(jì)要求摻入一定的早強(qiáng)劑。

第十，在鉆孔到擊穿溶洞頂1 m左右時(shí)應(yīng)采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿。一旦擊穿應(yīng)迅速少量多次回填堵洞。

2.3 檢查及清孔

當(dāng)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可采用重錘法檢查，滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可終孔并進(jìn)行下一道工序。

鉆孔完成后用檢孔器進(jìn)行檢孔?？讖健⒖咨?、垂直度等重要指標(biāo)檢查合格后，方可拆卸鉆機(jī)，否則應(yīng)重新掃孔。一次清孔必須達(dá)到基本無大顆粒，泥漿濃度、含沙率及沉渣厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，方可進(jìn)行下道工序。

2.4 水下混凝土灌注控制要點(diǎn)

第一，混凝土澆筑是鉆孔灌注樁質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，灌注過程中所用到的原材料配比需事先通過“試驗(yàn)段”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，“試驗(yàn)段”混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度、初凝、終凝時(shí)間等指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

第二，混凝土運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，監(jiān)理人員須全程旁站抽檢混凝土的坍落度，混凝土配比等情況，并及時(shí)制作試塊送檢。為避免混凝土離析，澆筑過程應(yīng)控制下料導(dǎo)管的端部與孔底的距離，首批混凝土距離宜為0.3～0.5 m。物資供應(yīng)計(jì)劃應(yīng)保證完成整樁灌注時(shí)間短于混凝土的初凝時(shí)間，尤其是首批混凝土的量，應(yīng)保證灌注后導(dǎo)管埋入混凝土中的深度超過1.0 m。

第三，灌注應(yīng)連續(xù)，盡可能縮短導(dǎo)管拆除過程。混凝土供應(yīng)間隙導(dǎo)致管內(nèi)混凝土不滿時(shí)，應(yīng)控制灌注速度放緩，以免管內(nèi)形成高壓氣囊而堵管。導(dǎo)管深度應(yīng)隨混凝土灌注過程及時(shí)調(diào)整，有序提升。

第四，灌注過程中若發(fā)生堵管現(xiàn)象時(shí)可上下活動(dòng)導(dǎo)管，嚴(yán)禁使用振搗設(shè)備振動(dòng)導(dǎo)管[4]，如處理無效時(shí)應(yīng)盡快將導(dǎo)管及鋼筋籠拔出，重新進(jìn)行清孔，清孔質(zhì)量達(dá)標(biāo)后再重新啟動(dòng)下一步工序。

第五，灌注過程中應(yīng)記錄混凝土灌注量、孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高，分析實(shí)際灌注量與標(biāo)高計(jì)算的理論澆筑體積的比值，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

第六，灌注成樁時(shí)，取3點(diǎn)測(cè)量以確定最終成樁樁頂標(biāo)高，樁頂標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計(jì)標(biāo)高1 m或以上。

3 結(jié)語

廣東地區(qū)尤其是珠三角是我國(guó)覆蓋型巖溶的主要分布地之一，在多溶洞地質(zhì)情況下進(jìn)行橋梁鉆孔灌注樁工程施工前，應(yīng)充分理解設(shè)計(jì)文件，對(duì)設(shè)計(jì)中的樁基位置地質(zhì)全面補(bǔ)鉆，摸清溶洞具體情況，制定每根樁的填充方案。施工過程中應(yīng)提高操作人員的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，結(jié)合過程中發(fā)生的具體質(zhì)量事件來分析應(yīng)當(dāng)采取怎樣的施工技術(shù)方案，才能夠確保鉆孔施工各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效銜接，從而提升灌注樁施工的效率，確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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