探討橋梁項(xiàng)目巖溶地區(qū)樁基成孔施工技術(shù)

李 川

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

巖溶表現(xiàn)形式多為溶蝕、溶溝、溶洞等，給橋梁基礎(chǔ)施工帶來(lái)了較大的困難。某公路橋梁樁基施工過(guò)程中，根據(jù)具體情況，因地制宜，綜合治理，采用了擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒法、靜態(tài)化學(xué)灌漿法三種方法有針對(duì)性地對(duì)各類巖溶地質(zhì)進(jìn)行處治[1]。

1 工程概況

某改擴(kuò)建的公路，路線總長(zhǎng)度為16.685 km；舊公路的設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km，四車道。改建后的路基寬度為42 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km，雙向八車道。其中橋梁總長(zhǎng)為1 800 m，由一座跨江大橋、兩座中橋、三座互通立交組成；另有6座天橋、3座分離式立交橋、2座橋式通道，共計(jì)283個(gè)樁基；樁直徑分別為1.2 m、1.3 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m五種，全部用C30混凝土澆筑。

2 工藝原理

根據(jù)靜態(tài)化學(xué)灌漿法、擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)法各自的適用特點(diǎn)，對(duì)溶蝕裂隙、全填充溶洞、半填充溶洞、無(wú)填充溶洞、多層無(wú)填充溶洞等不同種類、不同程度的不良巖溶地質(zhì)采用針對(duì)性較強(qiáng)的方式進(jìn)行處治，從而達(dá)到快速推進(jìn)巖溶地區(qū)樁基施工的目的[2]。

3 施工工藝流程（圖1）

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

（1）工程地質(zhì)調(diào)查：在樁基施工前，應(yīng)先對(duì)橋位區(qū)內(nèi)的巖溶發(fā)育情況和附近原有橋梁的基礎(chǔ)形式進(jìn)行調(diào)查。

（2）施工場(chǎng)地準(zhǔn)備：巖溶地區(qū)樁基施工場(chǎng)地主要分為四類，即常規(guī)樁基施工場(chǎng)地、水中樁基施工場(chǎng)地、邊坡樁基施工場(chǎng)地、跨線交叉樁基施工場(chǎng)地。

（3）主要材料及機(jī)具準(zhǔn)備：以施工一處樁基為例，所使用的主要材料及機(jī)具見(jiàn)表1、表2。

表1 主要材料

表2 主要機(jī)具

（4）測(cè)量放樣：施工測(cè)量嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)范要求進(jìn)行，誤差控制在5 mm以內(nèi)，定位后設(shè)置牢靠的護(hù)樁，并在施工中注意保護(hù)。

4.2 埋設(shè)護(hù)筒

常規(guī)護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大200~400 mm，但如果地質(zhì)資料顯示樁位處存在無(wú)填充溶洞或多層無(wú)填充溶洞，則應(yīng)充分考慮需下放的內(nèi)護(hù)筒層數(shù)來(lái)確定外護(hù)筒的內(nèi)徑，一般每層內(nèi)護(hù)筒較外層直徑小10 cm。

護(hù)筒采用8~12 mm厚的鋼板卷制成型，上、下口外圍采用80 mm寬鋼板加焊加勁環(huán)，外護(hù)筒最小高度不應(yīng)小于3 m。

4.3 鉆機(jī)就位

吊裝鉆機(jī)就位工序，重在將鉆機(jī)的中心點(diǎn)與樁位的十字線對(duì)齊，在鉆入后，底座必須平整穩(wěn)固，保證鉆進(jìn)期間不會(huì)有任何的傾斜和偏移。

在鉆機(jī)就位后，鉆頭中心與樁心要對(duì)準(zhǔn)，沖錐的鋼絲繩與鋼護(hù)套的中心位置偏差不超過(guò)2 cm，鉆進(jìn)過(guò)程中需升降錐頭，要保證鉆進(jìn)錐頭的平穩(wěn)性，重點(diǎn)控制不能碰撞護(hù)壁和孔壁。

4.4 沖擊鉆進(jìn)

（1）在巖溶地區(qū)樁基施工中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，砂黏土中泥漿比重不宜大于1.3，漂石、卵石層中泥漿比重不宜大于1.4，巖石層中不宜大于1.2。一般地層入孔時(shí)泥漿黏度為16~22 s，松散易坍地層宜為19~28 s，含砂率應(yīng)不大于4%，pH酸堿度宜控制在8~11。

（2）沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)始終保持孔內(nèi)水位高于地下水位1.5~2.0 m，并應(yīng)低于護(hù)筒頂面0.3 m。

（3）在鉆孔時(shí)，首先采用小沖程鉆孔，并保證孔壁牢固、垂直、圓滑，具有導(dǎo)向功能，當(dāng)鉆孔深度大于鉆頭全高，需加沖程時(shí)，才能進(jìn)行常規(guī)沖擊。

（4）在沖擊鉆進(jìn)時(shí)，必須保證鉆孔水位高于地下水位1.5~2.0 m以上，并應(yīng)低于護(hù)筒頂面至少0.3 m。

（5）掏取鉆渣和停鉆時(shí)，要及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)水，保持水頭高度。

（6）在巖溶地區(qū)沖孔鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地層的不同，選擇適宜的沖程：對(duì)淤泥層、黏土層的沖擊鉆進(jìn)，采用中行程（1.0~2.0 m)；在沖擊砂體時(shí)，要在小沖程（0.5~1.0 m）內(nèi)加入少量的碎石和黏土，以強(qiáng)化護(hù)壁；當(dāng)遇到浮石或堅(jiān)硬的巖石時(shí)，要按重錘中沖程（1.0~2.0 m）的方案鉆進(jìn)，如果表面不平，則先投入黏土、小片石進(jìn)行填平，然后進(jìn)行沖擊鉆孔，防止孔斜、塌孔。

（7）在沖擊鉆進(jìn)的過(guò)程中，操作者要根據(jù)進(jìn)尺的速度，及時(shí)將主鋼索放下，不得打空。

4.5 巖溶處治

當(dāng)溶洞頂壁被擊穿時(shí)，護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面急劇下降，可作為判斷鉆孔遇溶的特征。樁基施工的巖溶處治，大體可分為靜態(tài)化學(xué)灌漿法、擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒法等三種方法。

4.5.1 靜態(tài)化學(xué)灌漿法

靜態(tài)化學(xué)灌漿法適用于樁基施工前對(duì)溶蝕裂隙的預(yù)處理，通過(guò)水泥漿的擴(kuò)散、充填空隙，硬化、膠結(jié)成整體，以起到加固、防滲的作用[3]。

（1）鉆孔采用小型地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)施工，鉆桿垂直度及樁位偏差等要求與樁基施工相同，為確保注漿管能順利下放至注漿面，鉆孔直徑宜為10 cm。

（2）漿液選用強(qiáng)度等級(jí)為P.O32.5或以上標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥，如地基吸漿量較大，則采用水玻璃等速凝劑，提高漿液的凝結(jié)速度。

（3）注漿孔宜沿橋梁基礎(chǔ)外側(cè)布置2排，排間距宜為1 m，內(nèi)排距離基礎(chǔ)邊緣宜控制在0.5 m，內(nèi)排的孔間距不宜超過(guò)1.5 m，外排的孔間距不宜超過(guò)2 m，具體布置如圖2所示。

圖2 注漿孔布置圖

（4）鉆孔孔徑及孔深需根據(jù)地層特點(diǎn)確定，一般孔徑為100 mm，注漿范圍為強(qiáng)~中風(fēng)化基巖面以上4 m至以下1 m。

（5）注漿管采用直徑為Φ40 mm鋼管，沿鋼管方向每隔0.1 m鉆一對(duì)Φ6 mm的出漿管，相鄰兩對(duì)出漿孔夾角為45°，鋼管連接接頭需牢靠，防止下管過(guò)程中發(fā)生斷節(jié)。

（6）下管過(guò)程中，及時(shí)向管內(nèi)加入清水，以克服下管過(guò)程中的浮力，保證鋼管順利下至孔底，當(dāng)鋼管下放到位后，應(yīng)及時(shí)臨時(shí)封堵管口，防止堵塞。

（7）在注漿壓力恒定、注入率不斷降低，或注入率恒定、注漿壓力持續(xù)上升的情況下，不能更改漿料比例。

（8）結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn)：1）路堤坡面漏漿；2）注漿以注漿壓力達(dá)到0.5 MPa并維持8 min；3）注漿壓力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，注漿流量明顯減小，小于初始流量的30%。

4.5.2 擠石造壁法

擠石造壁法適用于巖溶裂隙、全填充溶洞或半填充溶洞的處治。

（1）采用此方法進(jìn)行巖溶處治前，應(yīng)事先在樁位周圍準(zhǔn)備好足夠的片石、黏土、風(fēng)化石、袋裝水泥。當(dāng)鉆孔作業(yè)接近溶洞頂部時(shí)，安排一臺(tái)裝載機(jī)及配合處理的人員及設(shè)備在鉆孔現(xiàn)場(chǎng)待命。

（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒中泥漿液面水位迅速降低時(shí)，應(yīng)往鉆孔中補(bǔ)充注漿，并將鉆頭抬起，在測(cè)量結(jié)束后，以裝載機(jī)為主，人工為輔，將片石、黏土填入孔眼，每回填一次，直接將水泥投入鉆孔，如此反復(fù)，直到達(dá)到洞頂1 m以上，不再有明顯的滲漏為止。

（3）當(dāng)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面下降較緩慢時(shí)，則在補(bǔ)漿的同時(shí)，拋填片石、黏土等，每鉆進(jìn)50~60 cm左右拋填一次，如此進(jìn)行反復(fù)沖擊處理，以封堵裂隙、溶洞。

（4）回填采用的土石，其比例宜控制在1∶1左右，回填黏土、片石前可先向孔內(nèi)拋填不少于50 kg的P·O32.5袋裝水泥，起到迅速堵塞的作用，回填材料的添加順序?yàn)樗唷ね痢痆4]。

（5）用于溶洞回填的片石宜采用石灰?guī)r，其強(qiáng)度宜大于等于30 MPa，片石粒徑應(yīng)在30~50 cm之間。

4.5.3 內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)法

樁基鉆孔遇無(wú)填充溶洞或多層無(wú)填充溶洞時(shí)，孔內(nèi)泥漿會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)迅速流失，難以及時(shí)補(bǔ)漿或因備用泥漿不足，此時(shí)易造成大范圍的坍孔，對(duì)于該種情況，采用下放內(nèi)護(hù)筒的方法進(jìn)行處治。

（1）于加工場(chǎng)內(nèi)制作6 m一段的鋼護(hù)筒標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，同時(shí)應(yīng)適量制作長(zhǎng)度為2 m、1 m的鋼護(hù)筒調(diào)節(jié)段。

（2）采用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒標(biāo)準(zhǔn)節(jié)插打入土，兩節(jié)鋼護(hù)筒間采用焊接連接，如鋼護(hù)筒發(fā)生變形，則應(yīng)在外側(cè)加焊一圈環(huán)形鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。

（3）鋼護(hù)筒應(yīng)插打至巖面，當(dāng)遇卵石層或因振動(dòng)錘動(dòng)力不足，鋼護(hù)筒無(wú)法繼續(xù)插打時(shí)，可采用先沖孔后插打的方式，將鋼護(hù)筒繼續(xù)下放直至巖面。

（4）當(dāng)鉆孔施工接近溶洞頂部時(shí)，采用小沖程進(jìn)行沖擊，要求輕錘慢打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，提升高度一般不超過(guò)50 cm。當(dāng)沖擊穿過(guò)溶洞頂部時(shí)要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻礙，說(shuō)明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，則可將內(nèi)護(hù)筒下放至洞底。

（5）當(dāng)需要下放多層內(nèi)護(hù)筒時(shí)，開(kāi)孔時(shí)宜選用較大號(hào)的鉆頭，隨著內(nèi)護(hù)筒的插入而逐步改換較小的鉆頭，外護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)比內(nèi)護(hù)筒的外徑大5 cm以上，根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑需采用的鉆頭直徑，確定內(nèi)護(hù)筒及外護(hù)筒的直徑。

（6）對(duì)于內(nèi)護(hù)筒和外護(hù)筒之間的空隙、內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部之間的空隙，在內(nèi)護(hù)筒的底部和頂部100 cm內(nèi)回填砂、碎石，中間部分回填中砂。

5 巖溶地區(qū)樁基成孔質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）建立混凝土質(zhì)量管理部門(mén)，設(shè)立嚴(yán)格的管理體系，嚴(yán)格控制原料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，禁止任何不符合規(guī)定的原料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

（2）施工測(cè)量嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行，并對(duì)所有的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。樁基位置確定后，應(yīng)在周圍設(shè)置護(hù)樁，并進(jìn)行復(fù)測(cè)，誤差不超過(guò)5 mm。

（3）為防止護(hù)樁發(fā)生偏移，可將其焊接在護(hù)筒上或少量澆筑混凝土進(jìn)行加固，在施工中人員、設(shè)備應(yīng)注意避免觸碰護(hù)樁。

（4）護(hù)筒在埋設(shè)定位時(shí)，護(hù)筒中心與樁中心的平面位置應(yīng)不大于50 mm，護(hù)筒在豎直方向的傾斜度應(yīng)不大于1%，對(duì)深水基礎(chǔ)中的護(hù)筒，平面位置的偏差應(yīng)不大于80 mm。

（5）在沖孔過(guò)程中，在沖擊鉆上掛設(shè)錘球，在鉆孔時(shí)注意以錘球來(lái)參照鉆頭的垂直度，以保證能有效控制孔斜。

（6）在沖孔過(guò)程中，在地層變化處撈取樣渣保存，根據(jù)不同地質(zhì)情況調(diào)整泥漿指標(biāo)和鉆進(jìn)速度，以保證泥漿護(hù)壁的效果，防止坍孔，達(dá)到保證鉆孔施工質(zhì)量的目的。

（7）施工前，對(duì)混凝土導(dǎo)管的密封性做水密性試驗(yàn)，確保導(dǎo)管的密封性能，導(dǎo)管拼接時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員全程檢查，確保導(dǎo)管拼接密實(shí)。

（8）鉆孔過(guò)程中，應(yīng)做好鉆孔記錄，每鉆進(jìn)2 m進(jìn)行一次取樣，并與工程地質(zhì)勘查報(bào)告進(jìn)行對(duì)比。

6 結(jié)論

綜上所述，該橋梁樁基施工中，采用了溶洞樁基成孔技術(shù)，目前已安全高效地完成了整個(gè)樁基的施工。通過(guò)工程實(shí)踐證明，該技術(shù)不但能極大地提高工程效率，而且能保證工程質(zhì)量，減少安全隱患。在保證原有高速公路正常運(yùn)行的前提下，完成了工程建設(shè)。該工程技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）施工工效高:在樁基施工中，由于在遇溶洞地質(zhì)前，已有針對(duì)性地制定了處治措施，減少了由于處治措施不當(dāng)而浪費(fèi)的時(shí)間，大大縮短了樁基成孔的時(shí)間。

（2）對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響?。涸谛陆蛄簶痘┕で埃瑢?duì)原橋基礎(chǔ)及地質(zhì)情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，對(duì)新建橋梁樁基施工可能對(duì)原橋基礎(chǔ)造成不良影響的，進(jìn)行了預(yù)注漿加固處理，保證了鉆孔遇巖溶時(shí)原有橋梁的安全。

（3）施工質(zhì)量好、安全性高：該施工技術(shù)方案，能一次性成孔，回填次數(shù)少，孔壁順直，減少了擴(kuò)孔率及發(fā)生坍孔的可能性，降低了施工中的風(fēng)險(xiǎn)。