產(chǎn)業(yè)園區(qū)周邊巖溶地質(zhì)條件下的橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

王桂亞

中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司 北京 101500

1 工程概況

某路橋建設(shè)工程項(xiàng)目起止樁號為K0+941.912、K0+996.523，橋梁的總長度設(shè)計(jì)為53.231m。上部結(jié)構(gòu)使用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板支撐結(jié)構(gòu)，空心板的跨徑設(shè)計(jì)3×16m。橋梁的梁高0.72m、寬37m。上部結(jié)構(gòu)由12 片中梁、2 片邊梁組成，梁體之間距離控制在1.33m。下部結(jié)構(gòu)中，采用的是柱式橋臺，橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成單樁基礎(chǔ)；橋墩為樁柱式+ 蓋梁。

2 橋梁施工方案

橋梁使用LAZ 形式的橡膠制作，支座下方放置墊石，墊石必須水平放置并與支座底部緊密相貼；在梁體底部提前預(yù)埋鋼板，需對鋼板采取除銹措施；正式施工時(shí)，確保鋼板與支座以水平方式接觸。0# 軸、3# 軸部位的橋臺應(yīng)額外設(shè)置伸縮縫。橋梁上部結(jié)構(gòu)為空心板。

鉆孔灌注樁施工之前，需要結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況確定鉆孔的順序。鉆孔順序應(yīng)該是以詳細(xì)的掌握地質(zhì)條件、樁位部位的溶洞發(fā)育狀況，其主要是涉及溶洞的具體位置、規(guī)模、填充情況。鉆孔順序應(yīng)該滿足以下基本原則：結(jié)合熔巖裂隙發(fā)育的方向、大小等影響因素確定鉆孔順序。通常情況下，鉆孔順序應(yīng)該是先深后淺、先多后少、先大后小。為施工人員在封閉溶洞時(shí)提供便利，堵塞通道。

巖溶區(qū)域的鉆孔樁往往都是使用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔。正是鉆孔的過程中，需要結(jié)合巖溶發(fā)育情況、填充情況合理的選擇輔助措施，例如護(hù)筒跟進(jìn)、片石沖擊護(hù)臂、預(yù)壓注漿等等，在必要的情況下，可以同時(shí)使用三種方法。

每根樁鉆進(jìn)作業(yè)之前，項(xiàng)目經(jīng)理需要對施工班組作安全交底、技術(shù)交底，保證施工人員清晰的掌握地質(zhì)柱狀圖的具體情況，以保證施工任務(wù)順利完成。

3 溶洞處理技術(shù)

3.1 壓注雙液漿法

（1）目的：溶洞內(nèi)注雙液漿預(yù)處理能夠?qū)θ芏刺畛湮锲鸬郊庸绦Ч?，并充?shí)內(nèi)部，最終使強(qiáng)度超過20MPa，避免鉆孔樁施工過程中出現(xiàn)泥漿流失、流砂以及坍孔現(xiàn)象，確保成孔、水下混凝上灌注等流程順利、有序進(jìn)行。

（2）加固原理：注雙液漿加固能夠讓注漿材料在十幾秒到幾十秒內(nèi)凝固，從而不會發(fā)生漿液流失情況，材料利用率較高，經(jīng)濟(jì)性較好。漿材的結(jié)石率為100%，也就是說1m3漿材能夠得到1m3的結(jié)石體。處理溶洞中的砂子與礫石時(shí)，可利用漿液的滲透作用將其板結(jié)起來；處理稀泥時(shí)，則利用漿液的擠密作用來起到加固效果。在處理半填充和無填充的溶洞時(shí)，使用水泥和化學(xué)制劑來完成相關(guān)的操作。

3.2 灌砂、壓漿法

灌砂壓漿可用于溶洞預(yù)處理，通常使用在6～10m 無填充溶洞中。利用灌砂方法填充內(nèi)部，經(jīng)過壓漿使洞內(nèi)砂礫凝結(jié)成為堅(jiān)實(shí)的混合體，確保鉆孔時(shí)不會發(fā)生漏漿、塌孔情況。灌砂壓漿孔的作業(yè)方法與注雙液漿鉆孔一樣。

3.3 填充黏土和片石法

黏土和片石填充一般用在6m 以下全填充、半填充和無填充的溶洞處理中，具有快速、簡單優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性較好。

鉆到溶洞層時(shí)，通常護(hù)筒內(nèi)的泥漿會發(fā)生全部或部分流失現(xiàn)象，甚至發(fā)生塌孔，利用片石加黏土（按1∶1 體積比）回填，如果溶洞較大則摻加適量水泥，回填一層、再利用鉆頭沖擊，讓片石和黏土最大程度密實(shí)，直到回填至溶洞頂部1～2m?；靥詈?，于孔內(nèi)灌注稠度較大的泥漿并自然浸入片石縫隙內(nèi)，接著利用鉆頭沖擊，讓片石和黏土擠入溶洞內(nèi)，形成泥石護(hù)壁。如果泥石護(hù)壁發(fā)生漏漿現(xiàn)象需再次回填和沖擊，直到不發(fā)生漏漿。

3.4 鉆孔樁法

3.4.1 泥漿制備

在正式開展鉆孔樁作業(yè)時(shí)，施工人員及時(shí)清理沉淀池中的廢渣，確保作業(yè)過程中泥漿不會溢出沉淀池，清理的廢渣使用自卸汽車運(yùn)輸?shù)筋A(yù)先規(guī)定的部位。廢料清理以保護(hù)環(huán)境，不造成污染為基本原則。要想達(dá)到此要求，施工人員可以借助分離器分離出樁孔內(nèi)泥漿，在注漿的過程中結(jié)合樁孔內(nèi)泥漿配合比的波動(dòng)合理控制膨潤土的摻加量，以保證泥漿可以再次循環(huán)使用。

鉆桿鉆進(jìn)的過程中，保證泥漿以正向循環(huán)的方式進(jìn)行鉆孔，鉆桿鉆到樁底則可以開始進(jìn)行反循環(huán)鉆進(jìn)。鉆桿鉆進(jìn)至巖層時(shí)改用沖擊反循環(huán)方式，適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度。

3.4.2 鉆孔前預(yù)注漿

對于溶洞數(shù)量比較多，規(guī)模比較大的區(qū)域而言，可以先采取注漿作業(yè)，借助水泥漿的流動(dòng)性填充溶洞的縫隙。注漿作業(yè)需兼顧以下內(nèi)容：

（1）選擇合適的施工設(shè)備，單樁可以補(bǔ)鉆1～4 個(gè)孔作為注漿孔，同時(shí)保證地質(zhì)材料的完整性。

（2）合理的確定注漿設(shè)備，通常情況下，注漿壓力保持在0.2～0.7MPa 之間即可。

（3）漿液選擇水泥漿，漿液的配比通過試驗(yàn)確定。

（4）注漿孔的位置局限于樁側(cè)附近，鉆進(jìn)的過程中若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則需要適當(dāng)增加注漿孔。

（5）壓降應(yīng)該按照先深后淺的基本原則，合理確定鉆孔的順序。

（6）注漿作業(yè)一般都是由上向下進(jìn)行作業(yè)，將鉆探孔作封閉處理，漿液終凝后進(jìn)行鉆孔作業(yè)，若發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，則需要重復(fù)步驟一，直至鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高即可。

3.4.3 埋設(shè)護(hù)筒

在進(jìn)行鉆孔作業(yè)之前，施工人員設(shè)置孔口部位的護(hù)筒，護(hù)筒必須保證具有堅(jiān)固性與嚴(yán)密性。護(hù)筒內(nèi)徑不得小于鉆頭直徑。護(hù)筒的頂部超出地下水位至少2m，孔內(nèi)的泥漿頂面則超過地表至少0.5m。

3.4.4 鉆機(jī)就位及鉆孔

當(dāng)鉆架準(zhǔn)備就緒后調(diào)試起吊系統(tǒng)，慢慢地吊起鉆頭，然后放進(jìn)護(hù)筒中。鉆孔的初期階段選擇使用小沖程的方式進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)鉆桿鉆至一定深度則開始正常鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)，施工人員頻繁松動(dòng)繩子，但是必須合理控制每次松動(dòng)繩子的長度；頻繁清除孔內(nèi)的廢渣，讓鉆頭一直錘擊新鮮地層。施工人員結(jié)合地質(zhì)條件、鉆頭的重量等影響因素確定每次的松繩量。

鉆進(jìn)的過程中，施工單位在施工現(xiàn)場準(zhǔn)備備用鉆頭，每鉆進(jìn)一定深度以后檢查鉆頭的磨損情況，當(dāng)鉆頭的磨損超出12mm 以后則立即更換。為了確保沖擊鉆進(jìn)過程中不會對相鄰樁孔或已經(jīng)澆筑混凝土的樁孔造成負(fù)面影響，在混凝土強(qiáng)度2.5MPa 再進(jìn)行開鉆作業(yè)。

3.4.5 鉆孔處理

（1）在安裝鉆機(jī)之前，先將底架作墊平處理，確保鉆機(jī)作業(yè)過程中不會發(fā)生位移或傾斜現(xiàn)象。鉆進(jìn)過程中，鉆頭、鉆桿的中心點(diǎn)跟護(hù)筒中心點(diǎn)之間的偏差應(yīng)小于5cm。

（2）不管選擇使用哪種鉆孔方法都必須保證樁位位置的精準(zhǔn)性，確保初成孔豎直、圓順。

（3）在實(shí)際鉆孔的過程中，樁孔的水位明顯超出護(hù)筒底部0.5m，應(yīng)結(jié)合樁孔內(nèi)泥漿的實(shí)際情況合理摻加添加劑，讓孔內(nèi)泥漿配合比達(dá)到實(shí)際作業(yè)需求。

（4）在鉆進(jìn)時(shí)必須保證鉆頭勻速鉆進(jìn)，嚴(yán)禁出現(xiàn)驟然提速現(xiàn)象[1]。

（5）鉆孔作業(yè)應(yīng)保證連續(xù)性，不得不停止鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，則先將帶鉆桿的鉆頭提升至孔底至少5cm，然后將其他鉆頭逐一提出孔外以及在孔口部位作覆蓋處理。實(shí)際鉆進(jìn)的過程中應(yīng)該不斷檢查地下結(jié)構(gòu)的變化，然后有針對性地控制鉆進(jìn)速度。

3.4.6 第一次清孔

成孔以后，施工工人在監(jiān)理人員監(jiān)督下檢查成孔情況，成孔直徑、垂直度、樁孔深度均合格開始清孔。清孔是為了確?？椎讖U渣量、泥漿密度檢查滿足規(guī)范要求[2]。澆筑混凝土之前應(yīng)確定孔底的沉渣量滿足規(guī)范。在清渣過程中應(yīng)該不斷往孔內(nèi)添加清水，使孔內(nèi)的水位不會發(fā)生較大的波動(dòng)。

3.4.7 鋼筋籠骨架處理技術(shù)

鋼筋籠制作直接在加工場完成，實(shí)際制作時(shí)采取分節(jié)方式進(jìn)行加工。鋼筋籠單節(jié)的長度結(jié)合運(yùn)輸方式、起吊設(shè)備的性能確定。主筋使用焊接方式進(jìn)行加固，鋼筋籠斷面接頭不能超出50%，相鄰兩個(gè)接頭距離要超過1.5m。

為保證鋼筋籠吊裝過程中不會出現(xiàn)形變，在鋼筋籠的端部以及內(nèi)環(huán)作加勁處理，當(dāng)鋼筋被吊裝至孔口部位以后，將鋼筋支撐切割掉。在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)裝置超聲波檢測管對成樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢測管的接頭必須保證筆直，連接點(diǎn)應(yīng)具有牢固性。當(dāng)檢測管裝置完成以后，在檢測管內(nèi)部注入清水，并在兩個(gè)端部使用鋼板作密封處理，確保泥漿、廢渣不會進(jìn)入到檢測管中。鋼筋原材料的質(zhì)量、鋼筋加工、鋼筋籠接頭必須滿足設(shè)計(jì)以及現(xiàn)行規(guī)范要求，保證鋼筋籠的主筋、加強(qiáng)筋焊接的牢固性。

當(dāng)鋼筋籠加工完成，通過平板車運(yùn)輸?shù)街付ú课?，利用吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)。吊裝時(shí)，保證鋼筋籠不會產(chǎn)生形變且鋼筋籠的位置偏差不超出10cm。為確保吊裝完成后，澆筑混凝土?xí)r不會發(fā)生上浮問題，在鋼筋籠頂部焊接吊環(huán)固定桿，于混凝土澆筑頂面離鋼筋籠底部只有1m 時(shí)，則應(yīng)該合理減小澆筑速度。

3.4.8 導(dǎo)管選擇與制作

導(dǎo)管選擇使用φ30mm 鋼導(dǎo)管，確保導(dǎo)管內(nèi)測表面光滑。導(dǎo)管運(yùn)輸至施工現(xiàn)場以后先對導(dǎo)管的性能進(jìn)行檢測，檢測的具體內(nèi)容包括水密性、承壓能力以及抗拉能力。在拼裝過程中要求導(dǎo)管后軸線偏差在10cm 內(nèi)。

導(dǎo)管始終保持在樁孔的正中心，澆筑混凝土前先開展升降實(shí)驗(yàn)。澆筑混凝土過程中使用的支架應(yīng)使用型鋼進(jìn)行制作，以保證支撐過程中的穩(wěn)定性，支架上設(shè)置混凝土澆筑使用的漏斗。導(dǎo)管安裝完成以后，其底部到孔底之間的距離控制在250～400mm 比較合適。

3.4.9 注意事項(xiàng)

（1）首次灌注的混凝土方量盡量偏大。

（2）混凝土灌注過程中，導(dǎo)管埋設(shè)的深度應(yīng)該比正常情況下更深，因混凝土灌注至一定的高度以后，混凝土可能會因其余填充物之間的受壓作用力存在差異而導(dǎo)致混凝土面下降，進(jìn)而導(dǎo)致斷樁事故。

4 樁基檢測

4.1 基樁質(zhì)量評價(jià)

樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量評價(jià)涉及以下內(nèi)容：樁身的完整性、混凝土的強(qiáng)度。巖溶地區(qū)旋挖樁施工期間，出現(xiàn)塌孔、沉渣厚度過大的可能性非常高，這種現(xiàn)象會在很大程度上影響樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。結(jié)合該項(xiàng)目而言，施工單位采用鉆孔法檢測樁基礎(chǔ)的完整性和樁底的沉渣厚度。

4.2 樁身完整性檢測

樁基礎(chǔ)施工完成后，施工單位為保證施工質(zhì)量，使用鉆芯法對樁基進(jìn)行測試，其主要目的是檢查樁身完整性與混凝土的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 檢測數(shù)量及鉆孔位置

（1）樁基礎(chǔ)的等級設(shè)計(jì)為甲級或地基條件非常復(fù)雜，樁基礎(chǔ)的可靠性不理想的灌注樁項(xiàng)目內(nèi)，檢測的數(shù)量不得低于總樁數(shù)量的30%，且不得低于20 根；其他工程項(xiàng)目，檢測的數(shù)量不低于總樁數(shù)量的20%，不低于10 根。

（2）單柱下的承臺檢測數(shù)量不得低于1 根。

（3）甲級大直徑灌注樁，其檢測數(shù)量不得低于總樁數(shù)量的10%，且必須使用聲波透射法或鉆芯法進(jìn)行檢測。

（4）對于樁徑未超過1.2m 的樁體，其鉆孔的數(shù)量控制在1～2 個(gè)；對于樁徑保持在1.2～1.6m 之間的樁體，其鉆孔的數(shù)量控制在2 個(gè)，對于樁徑超過1.6m 的樁體，其鉆孔的數(shù)量為3 個(gè)。

（5）若鉆孔的數(shù)量為1 個(gè)，開孔的位置選擇在距離樁中心10～15cm 部位比較合適；若鉆孔的數(shù)量為2 個(gè)及以上時(shí)，開孔的位置選擇在距離樁中心0.15～0.25D（D 為受檢樁直徑）部位比較合適。

（6）假若對持力層進(jìn)行鉆探，單樁至少1 個(gè)鉆孔。

4.4 鉆芯情況

使用GY- 150 液壓型鉆機(jī)進(jìn)行鉆芯檢測，這種鉆芯設(shè)備的振動(dòng)比較小，扭矩比較大，可以使用液壓進(jìn)行控制，取芯工具的性能比較高。

4.5 鉆芯報(bào)告結(jié)論

該項(xiàng)目總計(jì)需要對56 根樁進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為：

（1）樁身的完整性類型屬于Ⅰ類樁，其中，3 根樁的樁身完整性類別屬于III 類樁。

（2）每根樁的端部與持力層接觸狀況比較理想，樁底沉渣厚度符合設(shè)計(jì)要求。

（3）每根樁的混凝土抗壓強(qiáng)度均超過30MPa，說明樁身的強(qiáng)度等級符合設(shè)計(jì)要求。

（4）每根樁的持力層均是完整灰?guī)r，說明基礎(chǔ)具備良好的承載能力。

綜上所述，此次研究的56 根樁均檢測合格。