多溶洞地質(zhì)條件下碼頭工程鉆孔灌注樁施工技術(shù)

王余廷 中交二航局第三工程有限公司

多溶洞地質(zhì)條件具有復(fù)雜性，鉆孔樁施工期間易由于不可預(yù)見因素的干擾而誘發(fā)漏漿、塌孔、卡錘埋鉆等事故，嚴重影響施工質(zhì)量和施工安全?？紤]到多溶洞地質(zhì)條件的特殊性，施工單位需立足現(xiàn)場的地質(zhì)條件，規(guī)范施工，在安全的前提下施作鉆孔灌注樁。因此，下文結(jié)合碼頭工程實例，探討在多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工技術(shù)。

1.工程概況

江西省九江港彭澤港區(qū)磯山作業(yè)區(qū)集引橋、碼頭平臺、取水泵房平臺、變電所平臺、護岸于一體，布置情況如圖1所示。水上引橋采用壁厚為14mm的Ф1.0m鋼管樁，芯柱進入鋼管樁7.5m；碼頭平臺鉆孔樁采用Ф1.5m鋼護筒，壁厚10mm。陸域地形較為平坦，地貌單元屬長江Ⅰ級階地；水域近岸段地形較陡，局部形成直降陡坎。

2.多溶洞地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的施工準備

多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔作業(yè)難度大，有偏孔、漏漿乃至塌孔的可能，為規(guī)避各類鉆孔異常狀況，需提前做好準備工作。鉆頭采用半自動沖擊鉆，憑借頻率高、沖程小、擴孔系數(shù)較低的特點有效適應(yīng)現(xiàn)場地質(zhì)條件。鉆孔周邊應(yīng)有足夠的優(yōu)質(zhì)粘土和粒徑不超過15cm的片石，其中粘土可呈餅狀并用薄膜包裹，或制作成直徑為15～20cm的泥球，避免干裂。于現(xiàn)場準備ZL40型裝載機和挖掘機各1臺，鉆孔時發(fā)生溶洞漏漿問題時及時啟用，將片石鏟起并向孔內(nèi)填入粘土；為確保孔壁在溶洞漏漿時仍具有穩(wěn)定性，額外準備適量鋼護筒，以備不時之需；水上平臺鉆孔樁施工前，準備用于調(diào)運黃土石塊的料斗[1]。

3.多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工要點

3.1 造漿鉆孔

泥漿是維持孔壁穩(wěn)定性的重要材料，在溶洞填充物充實、體積小的溶洞中，泥漿可取得突出的護壁效果，因護壁的穩(wěn)定性而有效提高鉆孔質(zhì)量。溶洞填充物具有流動性，將泥漿比重控制在1.3～1.4，造漿用土采用高塑性黏土或膨潤土。鉆孔期間密切關(guān)注護筒外水頭高度，據(jù)此動態(tài)控制孔內(nèi)泥漿高度，以高出護筒外水頭1.5m左右較為合適，以防由于水頭壓差失控而迫使孔壁坍塌。

溶洞地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆孔期間遇到的不可預(yù)見因素多。例如，巖面成分不均勻，錘頭由于受力失衡而歪斜，引發(fā)卡錘、偏孔問題。巖層夾有溶洞時，開孔前先詳細勘察，確定巖面標高和溶洞標高，根據(jù)此兩項勘察數(shù)據(jù)確定孔深，再根據(jù)孔深要求在鉆頭的鋼絲繩上設(shè)置標記，根據(jù)標記判斷鉆孔深度。鉆進至溶洞頂蓋周邊位置時，以小沖程的方式鉆進，避免卡鉆。

鉆頭入巖后，檢查鋼絲繩是否偏位，根據(jù)偏位程度判斷偏孔現(xiàn)象。鉆孔過程中發(fā)生偏孔時，向孔內(nèi)拋填適量片石至偏孔處以上1～2m的位置，小沖程沖擊片石，促進片石由松散轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐崰顟B(tài)，待錘頭鋼絲繩恢復(fù)中心位置時，正常鉆進。鉆孔偏位，如圖2所示。

3.2 遇溶洞的鉆孔施工

根據(jù)填充物的不同，溶洞分為有填充物和無填充物溶洞；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，溶洞分為單層溶洞和多層溶洞。溶洞形式多樣，各自的特性存在差異，需要采取針對性的處理措施。在下文的分析中，考慮的是單層溶洞和多層溶洞兩種形式，探討在漏漿、塌孔等異常狀況下的應(yīng)對措施。

3.2.1 回填黃土塊石以防漏漿

引橋陸上鉆孔樁樁徑1 m、長33.4m，施工范圍內(nèi)存在溶洞，鉆進至孔深33m位置時漏漿、埋鉆，鉆進進程被迫中斷。經(jīng)調(diào)查，溶洞的規(guī)模較大，填充物不飽滿。針對漏漿問題，提出如下措施：孔口鋼護筒加長至3節(jié)，以免由于漏漿而導(dǎo)致地表失穩(wěn)塌陷；沖擊鉆沖孔至孔的最深處，孔深達到設(shè)計要求后隨即填充塊石黃土，回填深度約為15m，并用錘頭沖擊，促使填料逐步密實，填料內(nèi)部的空隙減小后，填料的體積壓縮、高度降低，此時繼續(xù)回填至孔深15m的位置并沖孔擠壓，按該方法多次操作，使回填料充滿溶洞；經(jīng)現(xiàn)場檢查后，若無漏漿問題，方可繼續(xù)鉆進[2]。

3.2.2 遇到流沙塌孔時的下放內(nèi)護筒應(yīng)對措施

引橋陸上某樁孔的樁底標高-13.5m，地面標高12.5m，溶洞含兩層，位置集中在-3.49m至-8.59m和-10.39m至-12.49m處。鉆進至孔深17m時漏漿，孔內(nèi)逐步有溶洞填充物的流入，針對漏漿問題采取回填塊石黃土的處理方法，繼續(xù)鉆孔至25.6m的孔深時再次漏漿，現(xiàn)場作業(yè)人員察覺異常后隨即提起鉆頭，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)有大量涌入的溶洞填充物，鉆進施工進程中斷。

溶洞填充物的流動性強，常規(guī)回填塊石黃土的方法并不足以有效應(yīng)對填充物異常流動的現(xiàn)象，為此采用下內(nèi)護筒的應(yīng)對措施，基本思路是：第一層溶洞頂至第二層溶洞底的高度為9m，對應(yīng)內(nèi)護筒由7節(jié)組成，分兩段，各段的節(jié)數(shù)分別為4節(jié)、3節(jié)，經(jīng)焊接后組成完整的內(nèi)護筒結(jié)構(gòu)；調(diào)整為Ф1.25m鉆頭進行擴孔，于地表埋設(shè)2節(jié)護筒，避免漏漿塌方；適度沖孔至25.6m，利用汽車吊向孔內(nèi)放置內(nèi)護筒，放置過程中嚴格控制內(nèi)護筒的姿態(tài)，避免磕碰；兩段護筒的焊接作業(yè)在孔口處完成，焊接成型且無質(zhì)量問題后繼續(xù)下放；護筒底口落至孔深25.6m的位置時，在孔口護筒處焊接吊筋，避免內(nèi)護筒失穩(wěn)下滑；在前述基礎(chǔ)上，用Ф1m的原鉆頭造漿鉆進。

3.2.3 遇多層溶洞時的澆筑素混凝土應(yīng)對措施

碼頭平臺某鉆孔樁的樁底標高-26.7m，護筒直徑1.5m、標高17.64m，溶洞位置集中在-6.3m至-9.2m，-9.6m至-14.6m，-15.5m至-18.8m三處。鉆孔期間漏漿，采取回填黃土塊石的方法后恢復(fù)正常鉆進狀態(tài)，但后續(xù)有塌孔、竄孔現(xiàn)象，繼續(xù)采取回填措施并復(fù)鉆，即便經(jīng)過多次處理，現(xiàn)場施工條件依然較差，鉆進結(jié)果顯示孔內(nèi)有持續(xù)性的溶洞填充物涌入，鉆進過程中漏漿問題嚴重?？咨钸_到34m時，快速回淤至孔深26m處，根據(jù)溶洞的位置分布特點，從第三層溶洞頂部回淤至第一層溶洞底部，鉆進進尺始終無法繼續(xù)增加。并且，在溶洞地質(zhì)條件的影響下，入巖部分的偏孔現(xiàn)象明顯[3]。

溶洞填充物的流動性強且溶洞由多層組成，根據(jù)溶洞的特性采用造濃漿沖孔逐層澆筑的方法，澆筑材料采用素混凝土；按照1.4左右的泥漿比重造濃漿，循環(huán)沖孔直至到位為止。鉆進至36m時出現(xiàn)無法繼續(xù)進尺的狀況，采取濃泥漿循環(huán)護壁的方法，并用混凝土做封堵處理，避免回淤。混凝土澆筑位置超過溶洞頂部2～4m，施工狀況表明混凝土面可正常升高并在某時間節(jié)點維持穩(wěn)定，待混凝土凝固24h后進入復(fù)鉆環(huán)節(jié)，此階段鉆進至超過溶洞第三層底部2m，繼續(xù)澆筑封堵、復(fù)鉆成孔。

3.3 混凝土澆筑

3.3.1 混凝土泄漏時的澆筑措施

鉆孔樁的混凝土澆筑現(xiàn)場為溶巖地區(qū)時，澆筑期間存在混凝土面突然下降的狀況，若混凝土未及時跟進，澆筑成型的樁體結(jié)構(gòu)普遍存在斷樁問題。因此，加強混凝土的供應(yīng)和澆筑是避免斷樁的關(guān)鍵，為現(xiàn)場澆筑施工配備足量的混凝土罐車，規(guī)劃混凝土輸送方式，實現(xiàn)混凝土的持續(xù)性供給。

混凝土澆筑期間存在溶洞漏漿問題時，通常以持續(xù)跟進混凝土灌注的方法應(yīng)對，但若操作不當(dāng)，則無法保證處理的有效性，混凝土泄漏的問題仍持續(xù)發(fā)生，澆筑作業(yè)仍進行但混凝土面的標高無法上升至設(shè)計要求的位置，在此狀態(tài)下，頂部混凝土凝固板結(jié)，而下方的混凝土無法充滿升高，嚴重時有埋管問題，直接影響混凝土澆筑的進度和質(zhì)量，混凝土浪費量增加，嚴重抑制工程的經(jīng)濟效益。

混凝土漏漿時，可見混凝土面持續(xù)下降，降低至某特定的高度后維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，且觀察此時的混凝土面不難發(fā)現(xiàn)其高于漏砼的部位。究其原因，溶洞壁由于受損而漏漿時，周邊的水滲入溶洞內(nèi)并聯(lián)通，因此漏砼部位和對應(yīng)水深的壓強幾乎相當(dāng)，此時的混凝土面相對穩(wěn)定。

暫不考慮阻力的影響，認為孔內(nèi)砼壓力與江水水頭壓力平衡時的高度為混凝土面下落至最低點的位置，即：

式中：ρ水為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；h1為水面至漏漿處的高度，m；ρ混為混凝土的密度，kg/m3；h2為砼面至溶洞漏漿處的高度，m；。

可得：h2=1/2.4h1。

按照前述方法計算后，初步確定混凝土面下落的高度，但現(xiàn)場施工條件復(fù)雜，溶洞內(nèi)填充物、溶洞的規(guī)模等因素均會對混凝土面的高度造成影響，因此結(jié)合實際狀況更加精準地采取控制措施?；炷撩骈L期停留在某處并且即便持續(xù)澆筑混凝土也依然無高度變化時，測量此時混凝土面的高度；為減小混凝土灌注對漏砼部位產(chǎn)生的沖擊力，減小導(dǎo)管埋深至2m左右；在混凝土拌和階段適當(dāng)降低坍落度，確保漏砼區(qū)域周邊有一定的砼堆積初凝現(xiàn)象；考慮到泵管易堵塞的問題，在砼達到初凝狀態(tài)前每15min進行一次沖管作業(yè)，適當(dāng)活動導(dǎo)管以免埋置在混凝土內(nèi)。按前述方法處理后，后續(xù)施工期間混凝土面有上升時，表明處理效果較佳，可完成剩余部分的施工作業(yè)；否則，表明混凝土仍然外漏，需重復(fù)操作直至妥善解決混凝土泄漏的問題為止。

3.3.2 防止混凝土漏失的措施

鋼筋籠下放前做好準備，對于施工現(xiàn)場存在的高度不超過1m的小型溶洞，采取將土工布包裹至鋼筋籠的方法，纏繞層數(shù)控制在2～3層，增設(shè)保護層墊塊，起到保護作用。嚴格控制樁徑和嵌巖深度，避免混凝土從小溶洞位置流失。

4.多溶洞地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工工藝總結(jié)

經(jīng)過前述的分析，總結(jié)在多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工要點：

（1）遵循因地制宜的原則，從現(xiàn)場地質(zhì)條件和水文條件出發(fā)，制定科學(xué)可行的施工方案；加強方案論證，優(yōu)化不足之處，在源頭上規(guī)避異常狀況；施工前安排技術(shù)交底和安全交底，使工程人員掌握各樁基所在部位的施工條件，做到心中有數(shù)。

（2）鉆進期間遇溶洞時，結(jié)合技術(shù)資料采取針對性的控制措施，保證施工安全和施工質(zhì)量；回填黃土塊石屬于常見的方法，具有操作便捷、成本低的優(yōu)勢；下放內(nèi)護筒也具有可行性，但必須精準控制孔的孔徑、垂直度，以免由于巖面狀況的影響而無法正常施工；澆筑素混凝土的應(yīng)用效果較佳，幾乎在各類型的溶洞中均具有可行性。由此看來，溶洞的處理方法較多，但各自的適應(yīng)性、操作要點、應(yīng)用效果均具有特殊性，需根據(jù)現(xiàn)場施工條件、鉆孔灌注樁的施工要求等方面做合理的選擇，力爭以便捷的方式妥善處理溶洞。

（3）鉆孔灌注樁施工發(fā)生在多溶洞地質(zhì)條件中時，樁的施工對混凝土的需求較為旺盛，需要提高混凝土的生產(chǎn)能力和運輸能力，及時向施工現(xiàn)場提供充足的混凝土。從機械設(shè)備配置的角度來看，宜采用大容量的混凝土攪拌機，并有備用設(shè)備，確保正在運行的攪拌機出現(xiàn)異常后能夠隨即啟用備用設(shè)備，繼續(xù)生產(chǎn)混凝土，避免現(xiàn)場停機等料。

5.結(jié)語

綜上所述，針對多溶洞地質(zhì)條件下碼頭工程的鉆孔灌注樁施工,采取相應(yīng)的技術(shù)措施,不僅能保證樁基質(zhì)量,又能加快施工進度，本文結(jié)合具體工程實例，針對多溶洞地質(zhì)特點，提出了具體的應(yīng)對方案，并就施工技術(shù)要點展開了詳細的研究，以提高工程的施工效率，促進碼頭事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。