特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔施工處理對(duì)策及措施

摘要 山區(qū)高速公路橋梁樁基礎(chǔ)施工中常見的特殊地質(zhì)條件主要包括巖溶、塑性土、石膏、斷裂斷層、地質(zhì)構(gòu)造及分層復(fù)雜等，特殊地質(zhì)會(huì)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度產(chǎn)生較大影響。為解決特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔施工困難，該文在總結(jié)項(xiàng)目實(shí)際處理方案的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了橋梁樁基礎(chǔ)沖擊鉆成孔中偏孔、縮孔、漏漿、溶腔溶洞等特殊地質(zhì)災(zāi)害的施工處治對(duì)策及措施，有效解決了橋梁樁基礎(chǔ)沖擊鉆成孔施工中特殊地質(zhì)處治問題，工程中取得了良好的實(shí)施效果。

關(guān)鍵詞 山區(qū)高速；特殊地質(zhì)；樁基礎(chǔ)；沖擊鉆成孔；處治措施

中圖分類號(hào) U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0124-03

0 引言

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，山區(qū)高速公路橋梁工程的建設(shè)日益增多，在復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁工程樁基礎(chǔ)采用沖擊鉆成孔在目前實(shí)際工程中的應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)也是相對(duì)較成熟的。然而，在橋梁樁基礎(chǔ)沖擊鉆成孔施工過程中，特殊地質(zhì)條件往往成為制約工程進(jìn)度、影響工程安全與質(zhì)量的關(guān)鍵因素。橋址區(qū)溶腔、塑性土、縫隙、孤塊石、斷裂斷層、地質(zhì)構(gòu)造及分層復(fù)雜等特殊地質(zhì)問題，給沖擊鉆成孔施工帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，研究和掌握特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔處治施工技術(shù)，對(duì)于確保橋梁工程的順利進(jìn)行和安全性具有重大的實(shí)際意義。該文旨在通過對(duì)特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔施工處理對(duì)策及措施，為類似工程項(xiàng)目提供技術(shù)參考和借鑒。

1 項(xiàng)目概況

田坪子大橋左線全長552.53 m，右線全長507.5 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)引橋布置為40 m、30 m預(yù)應(yīng)力簡支T梁，引橋下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)；主橋布置為69 m+130 m+69 m連續(xù)剛構(gòu)，主橋下部結(jié)構(gòu)采用雙肢薄壁墩、箱型墩、柱式墩、承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。

樁基共計(jì)80根，樁徑1.8～2.4 m，樁長14～54 m。橋址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中山斜坡堆積地貌及侵蝕堆積地貌、中山峽谷地貌。位于金沙江左岸斜坡的中下部為一單向斜坡，橫向地形起伏較大，內(nèi)側(cè)為高陡山體，坡腳部位地形相對(duì)較緩，主要為階坎狀地形，場地外側(cè)鄰溪洛渡水庫。橋位區(qū)所跨斜坡覆蓋層以礫粉質(zhì)黏土、泥石流堆積、角礫、中部碎石角礫、沙礫、孤塊石為主；下部為泥質(zhì)粉砂巖、白云巖等，并受庫區(qū)坍岸、巖溶、斷裂斷層、地質(zhì)構(gòu)造及分層影響。

2 特殊地質(zhì)條件分析

2.1 特殊地質(zhì)條件的類型

類型主要包括以下幾種：

（1）侵蝕堆積地層：這類地質(zhì)條件表現(xiàn)為礫粉質(zhì)黏土、泥石流堆積、角礫，甚至呈斷層泥，巖體強(qiáng)度低，較軟弱，穩(wěn)定性差。

（2）斷層斷裂：斷層破碎帶是常見的不良地質(zhì)段，其施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動(dòng)性以及樁基礎(chǔ)軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系等因素。

（3）塑性土或石膏：其中石膏多呈透鏡體、似層狀產(chǎn)出，多為雪花石膏，質(zhì)軟。由于石膏具有膨脹性及腐蝕性，對(duì)樁基成孔挑戰(zhàn)極大。

（4）巖溶地質(zhì)：可溶巖主要為分布在奧陶系、寒武系等地層中的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，巖溶地質(zhì)是由于地下水對(duì)可溶性巖石進(jìn)行溶蝕作用而形成的一種特殊地質(zhì)現(xiàn)象，易產(chǎn)生溶洞、溶溝等巖溶現(xiàn)象，施工難度極大。

（5）地質(zhì)構(gòu)造及分層：地質(zhì)構(gòu)造及分層在地層中非常常見，多出現(xiàn)孤塊石、軟硬巖相間、滑層、縫隙等，對(duì)樁基成孔影響較大。

2.2 特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔的特征

特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）施工難度大：特殊地質(zhì)條件下，由于巖體強(qiáng)度、斷裂斷層，溶洞、地質(zhì)構(gòu)造及分層復(fù)雜等原因，易導(dǎo)致發(fā)生塌孔、偏孔、縮孔、卡錘、漏漿、掉錘等，施工難度極大，需要采取對(duì)應(yīng)有效的施工方法和措施。

（2）施工風(fēng)險(xiǎn)高：特殊地質(zhì)條件下，沖擊鉆成孔施工易發(fā)生錘體急速下落、垮塌下沉、設(shè)備傾覆等事故，對(duì)施工安全、進(jìn)度構(gòu)成嚴(yán)重影響。

（3）地質(zhì)條件復(fù)雜多變：特殊地質(zhì)條件的地質(zhì)特征復(fù)雜多變，現(xiàn)有勘測手段一般無法做到精確覆蓋樁位，施工過程中需要不斷觀察、勘測和調(diào)整施工方案，以適應(yīng)地質(zhì)條件的變化。

（4）需要特殊處理措施：針對(duì)特殊地質(zhì)條件，需要采取特殊的處理措施，如調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)、施工工藝、回填混凝土或片石、特殊再造泥漿、鋼護(hù)筒等，以確保沖擊鉆成孔施工的安全、質(zhì)量及進(jìn)度。

3 特殊地質(zhì)條件下沖擊鉆成孔施工處理對(duì)策及措施

3.1 項(xiàng)目特殊地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)

3.1.1 右線8號(hào)墩樁基8a-1、8a-2、8b-2，左線8號(hào)墩樁基8a-2

受庫區(qū)坍岸、巖溶縫隙、斷裂斷層影響，右線8號(hào)墩樁基8a-1、8a-2、8b-2，左線8號(hào)墩樁基8a-2等部分樁基礎(chǔ)在沖擊鉆成孔施工過程中，輕微漏漿次數(shù)較多，也有多次嚴(yán)重且快速漏漿情況，分別漏漿至孔深18～26 m

間，沖孔無法正常進(jìn)尺，過程中肉眼觀察漏漿速度較快，并伴隨孔壁小規(guī)?？逅苓叺乇碚{(diào)查未發(fā)現(xiàn)漏漿排出點(diǎn)。

3.1.2 左、右線7號(hào)墩及8號(hào)墩

受泥石流堆積碎礫石覆蓋層、地下水裂隙、軟硬巖、孤塊石、庫區(qū)塌岸、地質(zhì)構(gòu)造分層影響，左、右線7號(hào)墩、8號(hào)墩部分樁基礎(chǔ)在沖擊鉆成孔施工過程中，多次反復(fù)發(fā)生塌孔、偏孔、縮孔等，造成沖擊鉆失穩(wěn)、卡錘、埋錘等情況，經(jīng)現(xiàn)場勘測總結(jié)，影響位置主要為孔深3～16 m、27～33 m間，過程中肉眼未發(fā)現(xiàn)異常，沖擊鉆鉆進(jìn)過程中無較大異常。

3.1.3 左線9號(hào)墩樁基9a-1、9c-3

受小型巖溶及地下水沖蝕影響，沖擊鉆鉆進(jìn)施工中，經(jīng)現(xiàn)場觀察，左線9號(hào)墩9a-1、9c-3出現(xiàn)急速落錘、漏漿、擺錘、進(jìn)尺突進(jìn)等突發(fā)情況，發(fā)生沖擊鉆移位、錘頭掉錘、鋼絲繩崩斷，鉆機(jī)設(shè)備存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)，在初次回填處理后依然無法正常鉆進(jìn)。

3.2 項(xiàng)目特殊地質(zhì)條件沖擊鉆成孔處理對(duì)策及措施

3.2.1 漏漿

基于現(xiàn)場實(shí)際施工情況、原因分析和探測的結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場漏漿嚴(yán)重程度，制定針對(duì)性地處理對(duì)策和措施。主要包括以下內(nèi)容：

（1）輕微漏漿

輕微漏漿發(fā)生后，立即翻查現(xiàn)場沖擊鉆鉆進(jìn)記錄，并實(shí)際量測孔深，綜合分析后，初步判斷漏漿縫隙的大概深度范圍，選擇質(zhì)量好的黏土，提高泥漿濃度質(zhì)量或添加水泥外加劑制漿液，恢復(fù)鉆進(jìn)，增強(qiáng)護(hù)壁及封堵可能存在的小型裂隙，根據(jù)處理效果，查看后續(xù)是否繼續(xù)漏漿，一般來說，通過此方法可基本解決輕微漏漿的成孔問題。

若采取以上措施依然反復(fù)出現(xiàn)輕微漏漿，根據(jù)每次發(fā)生輕微漏漿時(shí)的鉆進(jìn)記錄和量測孔深，基本可判定該段地質(zhì)小型裂隙或縫隙較多，此時(shí)需直接采用質(zhì)量好的黏土進(jìn)行孔樁回填，并輔以粒徑均勻的片石，重新進(jìn)行沖孔鉆進(jìn)。

（2）嚴(yán)重漏漿

嚴(yán)重漏漿主要特征為速度快、深度深、漏漿段孔壁隨著時(shí)間推移，陸續(xù)出現(xiàn)垮塌掉塊情況，故須在發(fā)生嚴(yán)重漏漿后，快速進(jìn)行現(xiàn)場探測并進(jìn)行周邊地表調(diào)查，隨即組織機(jī)械材料，反復(fù)采用C20混凝土進(jìn)行回填，掌握好時(shí)間，再重新沖孔，將混凝土擠壓封堵裂隙斷層，避免繼續(xù)漏漿；取得一定效果后，再采用質(zhì)量好的黏土或水泥外加劑制漿液進(jìn)行孔樁回填，重新進(jìn)行沖孔鉆進(jìn)，直至成孔。

若以上處理對(duì)策及措施，多次反復(fù)處治后，依然無法解決漏漿問題，便可采用鋼護(hù)筒全跟進(jìn)，鋼護(hù)筒根據(jù)樁徑大小采用厚16 mm的鋼板制作，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑，埋置較深時(shí)，采用多節(jié)鋼護(hù)筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時(shí)保證接頭圓順，同時(shí)滿足剛度、強(qiáng)度的要求，采用振動(dòng)錘輔助下放（取出）鋼護(hù)筒。

（3）優(yōu)化施工組織

收集過程中施工資料，量測數(shù)據(jù)等信息，及時(shí)進(jìn)行施工總結(jié)，指導(dǎo)后續(xù)施工。在處理過程中和后續(xù)施工中，加強(qiáng)鉆機(jī)地質(zhì)記錄，對(duì)泥漿性能、地層、鉆機(jī)行程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。

3.2.2 塌孔、偏孔、縮孔、卡錘

橋位區(qū)所跨斜坡覆蓋層以礫粉質(zhì)黏土、泥石流堆積、角礫、中部碎石角礫、沙礫、孤塊石為主；下部為泥質(zhì)粉砂巖、白云巖等，并受庫區(qū)坍岸、溶腔、斷裂斷層影響，很容易發(fā)生塌孔、縮孔、漏漿、溶洞、偏孔等特殊情況，發(fā)生此類情況的原因往往不是單一的，而是綜合性的影響導(dǎo)致，造成的后果也是相互連續(xù)的，故在施工過程中必須及時(shí)收集現(xiàn)場真實(shí)數(shù)據(jù)記錄并分析總結(jié)，果斷采取處理措施，針對(duì)塌孔、偏孔、縮孔、卡錘情況主要處理對(duì)策如下：

（1）塌孔處治措施

輕微塌孔：使用挖土機(jī)向孔內(nèi)回填可塑性好的黏性土，鉆機(jī)反轉(zhuǎn)向下加壓，正轉(zhuǎn)取土，充分壓實(shí)孔壁，重新成孔。

嚴(yán)重塌孔：向孔內(nèi)添加水泥外加劑泥漿或澆筑低標(biāo)號(hào)C20混凝土，掌握好時(shí)間，重新成孔。

（2）偏孔處治措施

輕微偏孔：嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)壓力，避免過快或過慢導(dǎo)致偏孔，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)、更換鉆頭、修正孔位等。

嚴(yán)重偏孔：發(fā)生嚴(yán)重偏孔時(shí)，分析地層構(gòu)造，采用具有一定強(qiáng)度的片石回填，石塊選擇應(yīng)以硬度大，不宜松散為主，直徑根據(jù)樁徑?jīng)Q定。當(dāng)錘將大石沖擊為碎塊后會(huì)根據(jù)重力自動(dòng)平均分布在孔底，再用錘沖擊可以導(dǎo)致孔底受力糾偏。根據(jù)地質(zhì)情況，預(yù)判偏孔影響高度，然后回填C30強(qiáng)度混凝土，待強(qiáng)度達(dá)到80%后，再進(jìn)行沖孔。

（3）縮孔處治措施

輕微縮孔：根據(jù)鉆探資料，若有軟弱層或塑性土?xí)r，注意要經(jīng)常掃孔，控制沖擊進(jìn)程及速度，提前對(duì)錘進(jìn)行補(bǔ)焊直接大于設(shè)計(jì)孔徑，沖擊鉆孔過程中反復(fù)掃孔。

嚴(yán)重縮孔：常規(guī)掃孔無作用時(shí)，增大沖擊錘直徑，進(jìn)行超設(shè)計(jì)直徑孔進(jìn)行鉆孔，同時(shí)反復(fù)回填片石及黏土進(jìn)行鉆孔，反復(fù)逐段鉆進(jìn)。根據(jù)地勘及實(shí)際現(xiàn)場情況，采用回填C20混凝土及片石進(jìn)行反復(fù)鉆進(jìn)，直至縮孔受混凝土及片石的擠壓有效控制，再逐段鉆進(jìn)。

（4）卡錘處治措施

輕微卡錘：提高泥漿濃度，用小沖錘沖擊被卡鉆錘四周，同時(shí)用沖、吸的方法將鉆錘周圍的鉆渣松動(dòng)后提起。

嚴(yán)重卡錘：1）初步判定卡錘原因，用小爆破或用滑輪組、輔助起重設(shè)備強(qiáng)提；2）定制小型鋼棒（直徑0.5 m），利用鋼棒對(duì)卡錘主體進(jìn)行沖擊并在卡錘的花瓣空間進(jìn)行沖擊錘打，將卡錘的障礙物或堆積物進(jìn)行沖散，然后提

錘；3）邀請(qǐng)專業(yè)水下作業(yè)人員進(jìn)場，對(duì)卡錘原因進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，再針對(duì)性制定措施；4）以上辦法均無法解決后，立即對(duì)孔內(nèi)泥漿進(jìn)行抽排，再采用土石回填將孔填滿，采用人工挖孔將錘取出，根據(jù)卡錘深度，在確定后續(xù)成孔的施工工藝。

3.2.3 溶腔、溶洞

針對(duì)巖溶及地質(zhì)分層發(fā)生的溶腔、溶洞問題，處理對(duì)策及措施主要包括以下內(nèi)容：

（1）在容易發(fā)生溶腔、溶洞施工中，結(jié)合水影響、渣樣取樣分析、沖孔鉆進(jìn)記錄的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)合超聲波檢測等工具定性分析等綜合型手段，進(jìn)行沖擊鉆成孔相關(guān)處理。目前該橋梁樁基沖擊鉆成孔施工過程中采用調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)、特殊泥漿、片石黏土筑壁、混凝土填充、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等處理措施后，基本解決了成孔困難問題。

（2）片石黏土筑壁法

溶洞內(nèi)無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3 m以內(nèi)，但存在嚴(yán)重漏水，護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持時(shí)，可采用片石、黏土比例，回填沖擊，用0.5～0.8 m小沖程，不循環(huán)泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實(shí)，再加漿提高水頭到正常高度，讓黏土與片石混合物充分?jǐn)D入溶洞，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續(xù)鉆進(jìn)，形成人工泥石護(hù)壁。如此反復(fù)多次回填片石、黏土，反復(fù)沖擊直至形成泥石護(hù)壁并不再漏漿為止。

（3）溶洞在采用片石與黏土回填仍不能產(chǎn)生有效護(hù)壁時(shí)，采用C25混凝土進(jìn)行灌注填充，保證有效護(hù)壁樁基順利成孔。凝土回填擠洞施工時(shí)，按下導(dǎo)管澆筑水下混凝土的方法，混凝土采用C20素混凝土，摻適量早強(qiáng)劑，使混凝土3 d強(qiáng)度達(dá)70%，以便下一步鉆孔。

回填混凝土前通過現(xiàn)場實(shí)際記錄，先確定溶洞頂點(diǎn)高程，回填混凝土高出溶洞頂1～2 m即可。先計(jì)算樁孔所需混凝土數(shù)量進(jìn)行澆筑，隨時(shí)檢測混凝土澆筑高度，隨時(shí)增添混凝土澆筑數(shù)量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定澆筑高程后，暫停澆筑隔1 h后混凝土頂面高程穩(wěn)定不再下沉即算完成。對(duì)多層溶洞，則由上而下，分段進(jìn)行溶洞回填，每次均按以上控制。

（4）上述回填方法均不能解決，就只能采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)，根據(jù)樁徑大小采用厚16 mm的鋼板制作，鋼護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑，埋置較深時(shí)，采用多節(jié)鋼護(hù)筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時(shí)保證接頭圓順，同時(shí)滿足剛度、強(qiáng)度的要求；采用振動(dòng)錘輔助下放（取出）鋼護(hù)筒，成本較大，不易重復(fù)利用。

4 結(jié)語

特殊地質(zhì)條件下橋梁工程樁基礎(chǔ)沖擊鉆成孔施工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工作。在施工過程中，不同的地質(zhì)條件應(yīng)采取不同的處理對(duì)策及措施，通過科學(xué)的地質(zhì)勘察、優(yōu)化施工工藝和綜合施策等手段可以有效應(yīng)對(duì)特殊地質(zhì)條件帶來的挑戰(zhàn)，可以確保橋梁樁基礎(chǔ)工程的安全、質(zhì)量與高效施工。在施工中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘察、成孔檢測，不斷提高沖擊鉆成孔施工技術(shù)手段，以確保沖擊鉆施工順利成孔。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，特殊地質(zhì)成孔處治施工技術(shù)將會(huì)更加成熟和完善，該技術(shù)旨在為特殊地質(zhì)條件下橋梁工程的安全、高效建設(shè)提供有力支持。

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收稿日期：2024-08-09

作者簡介：張潔（1991—），男，本科，工程師，主要從事高速公路、省國道改建等路橋隧施工現(xiàn)場技術(shù)質(zhì)量安全成本管理工作。