碼頭樁基溶洞施工處理技術(shù)

◎ 胡敢均 中交二航局第一工程有限公司

碼頭施工過程中，施工人員會遇到很多復(fù)雜的地質(zhì)條件，例如脆弱的地基、水下工作以及可能出現(xiàn)的溶洞等等。其中，在巖溶地區(qū)建造碼頭樁基的過程中，巖溶治理的好壞，不僅決定了整個樁基建設(shè)的成敗，還影響了整個碼頭建設(shè)的質(zhì)量安全與否。因此，除了要對巖溶地區(qū)的現(xiàn)狀給予足夠的重視，還要走進(jìn)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，確定溶洞的大小與種類，合理選擇施工計(jì)劃，保證施工后的效果。

1.工程概況

武穴港田鎮(zhèn)港區(qū)紅陽湖作業(yè)區(qū)祥云綜合碼頭工程在地質(zhì)勘察階段共14個地質(zhì)鉆探孔。其中，在引橋K4鉆探孔位置發(fā)現(xiàn)一個0.6m高的溶洞，該溶洞為軟塑狀粘性土填充，灰?guī)r鉆孔見洞率7%，后續(xù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行補(bǔ)勘了3個鉆探孔，未發(fā)現(xiàn)溶洞。引橋陸上樁基大多為嵌巖灌注樁，嵌巖深度≤3倍樁基并不>3m。需要按設(shè)計(jì)圖紙要求均需要進(jìn)行逐樁探溶施工；探溶時在樁底標(biāo)高以下5m遇溶洞可不采取工程措施，若在樁底標(biāo)高以下距離溶洞小于5m，應(yīng)穿過溶洞后再按規(guī)范嵌巖深度進(jìn)行嵌巖。

2.探溶作業(yè)

在進(jìn)行1#引橋105-1號樁探溶施工過程中，當(dāng)鉆進(jìn)31m時，出現(xiàn)泥漿流失的現(xiàn)象，取芯率低，巖芯破碎。在巖層鉆進(jìn)1.8m后泥漿急速流失，并且鉆進(jìn)速度明顯加快。經(jīng)取樣查看，鉆進(jìn)加快區(qū)域取出物取芯率低，少量能保持塊狀，主要為砂及土的混合物，徒手輕輕搓揉即變松散，由此可確定該部分為溶洞，經(jīng)探測，該溶洞深度為7.2m。結(jié)合取出樣及泥漿流失情況分析溶洞內(nèi)有一定的填充物，但填充物未完全填充滿溶洞。穿過溶洞后巖層內(nèi)探溶深度8.6m時仍未發(fā)現(xiàn)存在溶洞情況，取芯率高，巖樣完整?；诖耍瓿闪嗽摌兜奶饺茏鳂I(yè)[1]。

3.施工處理技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

首先，確定工程項(xiàng)目的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，例如溶洞的地點(diǎn)、尺寸、范圍和充填狀態(tài)等。同時，做好處置計(jì)劃的測算與分析工作，制定可行的施工組織設(shè)計(jì)。在工程項(xiàng)目開始之前，相關(guān)人員還必須對樁位進(jìn)行相應(yīng)的溶洞灌漿和鉆孔試樁，用所得測試數(shù)據(jù)優(yōu)化并改進(jìn)施工計(jì)劃，最終保證建造工作的正常進(jìn)行。

其次，做好建筑材料和設(shè)備的準(zhǔn)備工作。例如大量配制普通水泥，在大型巖溶洞穴中遇到嚴(yán)重的泥漿滲漏問題時，施工人員能夠及時注入水泥，從而提高護(hù)墻強(qiáng)度，。

做好建筑機(jī)械裝備工作，例如鉆機(jī)、打樁機(jī)、裝載機(jī)50型、25t起重機(jī)、帶鋼套管的震動錘、挖土機(jī)等。在施工現(xiàn)場要配備必要的鋼護(hù)筒、鉆孔用水、粘土、塊石、片石等，保證當(dāng)出現(xiàn)溶洞成孔的現(xiàn)象時，這樣一來，不僅能快速完成灌水和灌漿作業(yè)，還能用土塊及碎石回填法恢復(fù)常規(guī)鉆井工作[2]。

最后，做好相關(guān)的人事安排。具體可以從以下幾方面實(shí)施：①在建筑工地，必須至少配備2個技術(shù)員，并且采用24小時輪班制，加強(qiáng)監(jiān)管和管理，一旦出現(xiàn)緊急情況，應(yīng)立即報(bào)告主管，并催促施工單位盡快解決；②項(xiàng)目部應(yīng)組織專業(yè)人才，加強(qiáng)對巖溶治理技術(shù)措施的研究，成立施工巖洞緊急處置專班，在處置巖溶洞口時，由專業(yè)人士負(fù)責(zé)應(yīng)急處置；③項(xiàng)目部要組織樁基施工人員定期學(xué)習(xí)有關(guān)溶洞處理的相關(guān)知識，并對其進(jìn)行處理技術(shù)指導(dǎo)，保證在處理溶洞時，一旦遇到突發(fā)情況時，可以根據(jù)交底的方法來應(yīng)對。

3.2 結(jié)合現(xiàn)場情況擬采取的措施

結(jié)合105排架探溶情況，探溶鉆頭進(jìn)入巖面時泥漿有流失的情況，可判斷出巖層有一定的裂隙，并且裂隙填充物不能阻止泥漿流失；結(jié)合當(dāng)鉆頭穿透溶洞時泥漿急速流失情況，判斷溶洞為未完全填充或填充物有流動性，且溶洞空間較大；結(jié)合溶洞內(nèi)取芯率底的情況及分析取出物為軟塑狀砂土混合物，可判斷溶洞內(nèi)填充物松散，搖振反應(yīng)迅速，容易液化。結(jié)合鉆探孔位置溶洞高度達(dá)7.2m及8.6m，溶洞高度高，溶洞上下游側(cè)寬度至少大于6m，江岸側(cè)寬度難以確定，同時還可能存在貫通的溶洞。

綜合上述情況，若采取向孔內(nèi)拋填片石及粘性土、壓力注漿很難保證樁基的順利施工，究其原因主要有以下幾個方面：

（1）孔內(nèi)拋填片石及粘性土、壓力注漿適合于處理較小的溶洞，由于105排架溶洞空間大，可能無法有效地進(jìn)行填充或注漿；若存在貫通溶洞，處理成功幾率更小。

（2）結(jié)合在穿透頂板巖層時，泥漿急速流失情況，存在頂板巖層以上覆蓋層因泥漿急速流失孔壁失穩(wěn)而發(fā)生坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）根據(jù)地勘報(bào)告描述，江側(cè)覆蓋層含砂層，塌孔風(fēng)險(xiǎn)更大，一旦塌孔，將發(fā)生埋鉆，處理難度大，時間長，費(fèi)用高，甚至可能出現(xiàn)埋鉆無法處理的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）根據(jù)以往施工案例，大溶洞采取孔內(nèi)拋填片石及粘性土、壓力注漿方案還存在鉆孔順利成孔后在澆筑混凝土?xí)r無法澆筑成功的風(fēng)險(xiǎn)：即在混凝土澆筑過程中，受混凝土面高差作用，溶洞填充物在頂部混凝土的擠壓作用下超過了孔壁穩(wěn)定的臨界值，導(dǎo)致溶洞內(nèi)孔壁失穩(wěn)發(fā)生混凝土大量流失的情況，進(jìn)而造成樁基無法澆筑成功或形成斷樁的質(zhì)量問題。

基于此，為確保樁基順利的施工，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況及分析，105排架樁基施工采用鋼護(hù)筒全跟進(jìn)鉆孔，輔以片石、粘土塊封堵的方法為最優(yōu)方案：

（1）在頂板巖層裂隙處通過回填粘土鉆頭擠壓可避免泥漿流失情況。

（2）在穿透頂板巖層前下放內(nèi)護(hù)筒至巖面，在穿透頂板巖層泥漿急速流失時可以保障孔壁不發(fā)生大面積塌孔。

（3）在溶洞內(nèi)振動錘下沉鋼護(hù)筒跟進(jìn)避免了無法鉆進(jìn)成孔的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）避免了混凝土澆筑中可能發(fā)生的孔壁失穩(wěn)導(dǎo)致無法成樁的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）可以避免混凝土嚴(yán)重超灌情況。

（6）根據(jù)往施工經(jīng)驗(yàn)，大溶洞處理中鋼護(hù)筒為最優(yōu)方案。

4.鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工方法

4.1 內(nèi)鋼護(hù)筒制作

鋼護(hù)筒加工直徑1m，護(hù)筒跟進(jìn)深度按以下方法計(jì)：

L=L1+L2+L3

其中：L：鋼護(hù)筒長度；L1：溶洞頂面到地面加30cm的高度；L2：溶洞高度；L3：鋼護(hù)筒進(jìn)入溶洞下巖面的深度，取1m。

則105-1的鋼護(hù)筒長度為41m，105-2的鋼護(hù)筒長度為43.2m。

為防止護(hù)筒在震動錘激振下放及發(fā)生縮孔情況時發(fā)生變形，需采用12mm厚度鋼板卷制。

護(hù)筒分節(jié)制作，溶洞頂面巖層以上鋼護(hù)筒分2節(jié)制作。嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒的加工尺寸，橢圓度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，端部應(yīng)平整，同時應(yīng)設(shè)置坡口以便焊接[3]。

（1）105-1號樁鋼護(hù)筒加工長度：溶洞頂上2節(jié)鋼護(hù)筒長度均為16.5m，減少起吊重量及護(hù)筒接頭焊接數(shù)量，其中一節(jié)頂部30cm內(nèi)進(jìn)行12mm厚鋼板箍加強(qiáng)，保證振動錘激振時不發(fā)生變形。溶洞內(nèi)護(hù)筒按8m一節(jié)制作，共1節(jié)。

（2）105-2號樁鋼護(hù)筒加工長度：因該樁號頂板巖層厚度僅為50cm，且在巖層有泥漿流失，鋼護(hù)筒長度控制在頂板巖層上。故溶洞頂上2節(jié)鋼護(hù)筒長度均為16.6m，以減少起吊重量及護(hù)筒接頭焊接數(shù)量，其中一節(jié)頂部30cm內(nèi)進(jìn)行12mm厚鋼板箍加強(qiáng)，保證振動錘激振時不發(fā)生變形。溶洞內(nèi)護(hù)筒按10m一節(jié)制作，共1節(jié)。

4.2 鉆進(jìn)成孔

（1）鉆頭規(guī)格。為確保鋼護(hù)筒的順利跟進(jìn)，105-1號樁采用φ1.2m沖擊鉆頭直至進(jìn)入頂板巖層1m以內(nèi)。105-2號樁采用φ1.2m沖擊鉆頭直至進(jìn)入頂板巖層1m以上，其余巖層、溶洞及溶洞下巖面采用φ1m沖擊鉆頭施工[4]。

（2）埋設(shè)外護(hù)筒。外護(hù)筒采用直徑1.4m，厚度5mm，高度2m的護(hù)筒。

（3）鉆進(jìn)成孔。

1）105-1號樁：采用1.2m錘按照正常泥漿護(hù)壁、沖擊鉆進(jìn)至溶洞頂板巖層約1 m 處，即-1 5.75m 左右。然后起錘，下放鋼護(hù)筒，再換用1 m 的錘進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，減小沖擊鉆沖程，控制在0.8～1.5m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，不得高沖程鉆進(jìn)，以此防止出現(xiàn)卡錘危險(xiǎn)。

2）105-1號樁：采用1.2m錘按照正常泥漿護(hù)壁、沖擊鉆進(jìn)至溶洞頂板巖層以上約1m處，即-15.9m左右。然后起錘，下放鋼護(hù)筒，再換用1m的錘進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，減小沖擊鉆沖程，控制在0.8～1.5m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，不得高沖程鉆進(jìn)，防止出現(xiàn)卡錘的危險(xiǎn)。同時1m鋼護(hù)筒跟進(jìn)。

圖1 下節(jié)護(hù)筒固定方法

圖2 上下節(jié)鋼護(hù)筒對接導(dǎo)向方法

4.3 下放內(nèi)鋼護(hù)筒

（1）溶洞上部頂板巖面及以上覆蓋層的鋼護(hù)筒下放采用25T汽車吊配合下放，首節(jié)下放至高出地面0.5m左右時，在護(hù)筒頂兩側(cè)對稱焊接鋼牛腿用以固定鋼護(hù)筒，避免在上下節(jié)護(hù)筒焊接時發(fā)生掉落的情況，鋼牛腿擱置在工20型鋼上，型鋼擱置在經(jīng)硬化處理地基的枕木上。

當(dāng)下節(jié)鋼護(hù)筒固定后，在護(hù)筒頂外側(cè)焊4個導(dǎo)向鋼板，導(dǎo)向鋼板高度20cm。用吊車起吊上節(jié)鋼護(hù)筒，下端套入導(dǎo)向鋼板內(nèi)，采用水平尺嚴(yán)格控制好各節(jié)護(hù)筒連接的垂直度，不得超過施工規(guī)范要求的1/100，力求上下節(jié)鋼護(hù)筒在同一軸線上。

上下節(jié)鋼護(hù)筒焊接采用雙面開坡機(jī)進(jìn)行焊接。

在上下節(jié)鋼護(hù)筒焊接好后割除鋼牛腿、鋼導(dǎo)向板，使用25T汽車吊起吊下放，待汽車吊鋼絲繩穩(wěn)定后慢慢下放，確保鋼護(hù)筒進(jìn)入頂板巖層[5]。

（2）在1m錘擊穿巖層后，焊接8m或10m長鋼護(hù)筒，采用25T汽車吊輔助DZP45振動錘，將鋼護(hù)筒打入溶洞內(nèi)直至巖面，方可進(jìn)行鉆進(jìn)成孔。在下沉鋼護(hù)筒的施工過程中，振動錘必須保持平穩(wěn)，牢固的固定在內(nèi)鋼護(hù)筒頂部，并居中護(hù)筒頂面的平面位置，避免因偏心造成護(hù)筒產(chǎn)生偏斜。

（3）基于考慮溶洞下巖面為不平整，鋼護(hù)筒與巖面未貼合緊密，為避免在混凝土澆筑過程中在鋼護(hù)筒下部發(fā)生混凝土滲漏的情況，要求鋼護(hù)筒進(jìn)入溶洞下巖面一定的深度。采取回填一定的粘土及片石進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，在沖擊鉆鉆進(jìn)巖面一定的深度后采用振動錘將鋼護(hù)筒打至巖內(nèi)1m左右[6]。

4.4 施工安全

（1）為防止因溶洞滲漏而引起的地表沉降，灌漿作業(yè)中需增設(shè)硬式鉆井平臺協(xié)助的方案，采用I56a型工字鋼，配合水平臥式井字法，平臺比樁基礎(chǔ)要寬2-4m。

（2）在處理溶洞時，要與現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系，做好灌漿，拋石，埋管等有關(guān)工作，精確地記錄建筑參數(shù)，對溶洞的容積和深度的精確測量，用可靠的資料提高建筑效率，保證建筑安全[7]。

5.結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行巖溶地區(qū)碼頭樁基的施工時，不僅要做好相關(guān)地質(zhì)調(diào)查工作，確定溶洞的確切地點(diǎn)和大小，還要采取適當(dāng)?shù)娜芏刺幚砑夹g(shù)，確保樁基整體的穩(wěn)定可靠，最終為巖溶地區(qū)樁基溶洞碼頭施工的質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。