淺談巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工

張玉軍

摘要：首先介紹了在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的難點(diǎn)和鉆機(jī)選型；然后，分析了鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)；最后，闡述了巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁常見事故出現(xiàn)原因及處理措施。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū) 灌注樁 施工技術(shù)

0 引言

我國各地廣泛分布著巖溶地貌，其地質(zhì)及水文地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，形成了許多諸如石林、石筍、鐘乳石、溶洞、暗河、懸泉、瀑布以及隱藏于地層中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景觀和地質(zhì)構(gòu)造。在這些地區(qū)進(jìn)行道路建設(shè)常常會(huì)需要架設(shè)橋梁跨越溝谷，當(dāng)橋梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，需要在巖溶地層中成孔。

1 工程難點(diǎn)

巖溶地區(qū)地質(zhì)形態(tài)異常復(fù)雜，現(xiàn)有地勘手段無法完全摸清。從實(shí)際已完工程項(xiàng)目的施工情況來看，巖溶地區(qū)成孔有以下幾大難關(guān)。

1.1 成孔過程中漏水、漏漿 由于溶洞的大小、分布、走向等地質(zhì)資料反映不可能十分準(zhǔn)確，施工過程中往往出現(xiàn)一些意外情況，在鉆進(jìn)過程中因突然漏水、漏漿導(dǎo)致孔內(nèi)水頭迅速下降，導(dǎo)致護(hù)筒擠壓變形或塌孔、埋鉆，甚至地面大范圍沉降等重大安全事故。

1.2 成孔事故多 由于巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在施工過程中可能會(huì)遇到大溶洞、多層溶洞或孔內(nèi)有石筍、溶溝、孤石、巖面呈斜面、陡坎、異形等復(fù)雜情況，在成孔過程中塌孔、埋鉆、卡鉆、掉鉆、鉆孔偏斜、移位、彎孔等事故較為普遍。

1.3 孔內(nèi)涌砂 當(dāng)巖面傾斜較大，加之因溶蝕產(chǎn)生溶槽、溶溝或有大塊孤石等情況，鋼護(hù)筒沒有完全著巖，在成孔時(shí)，由于沖擊錘的上下起落引起孔內(nèi)水位波動(dòng)，會(huì)發(fā)生孔壁砂向孔內(nèi)涌流的情況。

1.4 清孔難度大 當(dāng)采用沖擊鉆機(jī)沖擊成孔工藝．特別是大直徑樁成孔后，怎樣清孔，使沉渣厚度及泥漿性能同時(shí)符臺(tái)規(guī)范要求，是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。有時(shí)換漿達(dá)到規(guī)范要求時(shí)，由于泥漿比重降低，粘度下降，又會(huì)重新發(fā)生滲漏、塌孔事故。

1.5 混凝土灌注難度大 由于樁超長，混凝土方量大、灌注時(shí)間長，所以樁身混凝土質(zhì)量控制難度很大。而且通過溶洞段時(shí)，還易發(fā)生混凝土壓力過大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或斷樁。所以必須精確計(jì)算、精心組織，控制好混凝土坍落度與灌注速度。

2 鉆機(jī)選型

巖溶地區(qū)因其特殊的地質(zhì)情況：溶洞發(fā)育的不規(guī)則性、分布的不確定性、溶洞孔壁的不穩(wěn)定性、溶洞內(nèi)充填情況的不確定性、以及是否漏水等，給巖溶地區(qū)鉆進(jìn)成孔帶來了巨大困難。特殊地質(zhì)情況下選擇何種類型的鉆機(jī)，適應(yīng)各種不同類型溶洞成孔問題顯得至關(guān)重要。

2.1 覆蓋層鉆機(jī)選型 當(dāng)覆蓋層主要是砂層和粘土層時(shí)，為保證鉆進(jìn)成孔，可采用全護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，以保證鉆進(jìn)中覆蓋層不塌落而造成塌孔事故。

在覆蓋層的施鉆工作中，因回旋鉆采用氣舉反循環(huán)排渣，進(jìn)尺效果明顯，又能有效的控制成孔的垂直度和孔徑，因此在覆蓋層施工中，最好選用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

2.2 過渡段施工鉆機(jī)選型 對于溶洞的斷裂破碎帶即過渡段，巖層表面地質(zhì)復(fù)雜，巖面起伏傾斜、表層破碎、裂隙發(fā)育，并伴有溶溝、溶槽和孤石等。在鉆進(jìn)巖面后，護(hù)筒刃腳處常脫落掉塊而涌沙，這就需要根據(jù)不同的地質(zhì)特點(diǎn)，選擇不同類型的鉆機(jī)，以渡過破碎層。

2.2.1 巖面起伏、傾斜較大。在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，因滾刀鉆頭受力不均而令鉆機(jī)晃動(dòng)嚴(yán)重，鉆桿受扭力而易受損，因此可采用沖擊鉆進(jìn)行施鉆。

2.2.2 巖面傾斜較小，但破碎嚴(yán)重。對此種地質(zhì)，在用回轉(zhuǎn)鉆施工時(shí)，會(huì)因鉆頭的攪動(dòng)而破壞護(hù)筒刃腳下的破碎巖石，致使護(hù)筒刃腳涌沙，無法繼續(xù)鉆進(jìn)。因此，可采用沖擊鉆進(jìn)行施鉆，并拋填粘土和塊石，或者回填水泥袋，用沖擊鉆反復(fù)沖鉆，擠壓破碎巖石，使其在護(hù)筒刃腳下形成穩(wěn)固體，粘土(或水泥)與塊石粘結(jié)在一起，形成樁孔護(hù)壁。

2.2.3 巖面傾斜較小，且表面較完整。對此種地質(zhì)情況，為了達(dá)到最好的進(jìn)尺效果，選用回旋鉆機(jī)是最為適宜的，并可在回旋鉆頭上加設(shè)長鉆具，保證成孔的質(zhì)量。

2.2.4 巖石表面破碎，且有溶蝕溝槽時(shí)，回旋鉆就不太適宜，最好是選用沖擊鉆機(jī)進(jìn)行施工，用塊石、粘土回填溶蝕溝槽，多次回填、沖鉆，以沖過破碎層和溶蝕溝槽，又可達(dá)到加固護(hù)筒刃腳和造壁的效果。

2.3 破除溶洞頂板的鉆機(jī)選型 溶洞頂板巖石一般都比較破碎，且不規(guī)則，厚薄不一。在用沖擊鉆破除頂板時(shí)，鉆頭角常會(huì)在伸出溶洞時(shí)而被卡住，造成卡鉆事故。對大的空溶洞，在破除頂板時(shí)，如未控制好沖擊鉆頭的沖程，可能會(huì)在頂板穿透時(shí)因失重而主繩斷裂，會(huì)造成掉鉆事故。因此，在溶洞頂板的破除施工中，選用回旋鉆機(jī)較為適宜。

利用回旋鉆機(jī)易控制鉆壓和鉆進(jìn)速度的優(yōu)點(diǎn)，且可選用前導(dǎo)式長鉆具鉆頭，安裝鉆進(jìn)自動(dòng)跟蹤儀，根據(jù)溶洞頂板的巖石硬度，發(fā)育特點(diǎn)，選擇合適的鉆進(jìn)參數(shù)，以保證鉆進(jìn)的順利進(jìn)行。

2.4 進(jìn)入溶洞后鉆機(jī)選型 溶洞頂板破除之后，在進(jìn)入溶洞的鉆進(jìn)穿越過程中，因溶洞內(nèi)的發(fā)育情況復(fù)雜多變，應(yīng)根據(jù)其具體的發(fā)育特點(diǎn)，選擇最適宜的鉆機(jī)。

2.4.1 洞為空間大溶洞時(shí)，選用回旋鉆機(jī)并加設(shè)前導(dǎo)式長鉆具進(jìn)行施鉆，效果較好。

2.4.2 洞較小但地板巖面傾斜較大時(shí)，用沖擊鉆施工較為適宜。

2.4.3 溶洞內(nèi)為陡坎或半邊溶洞時(shí)，選用沖擊鉆進(jìn)行施鉆較好。

2.4.4 溶洞內(nèi)有石柱或石筍時(shí)，選用沖擊鉆施鉆，更見效果。

2.4.5 溶洞內(nèi)有溶溝槽時(shí)，選用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工較好。

2.5 單樁同時(shí)穿越幾層溶洞時(shí)的鉆機(jī)選型

2.5.1 樁內(nèi)幾層溶洞較近，頂?shù)装迕婊酒叫校x用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，并配置長鉆具鉆頭進(jìn)行施鉆，根據(jù)各層溶洞的具體地質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的鉆壓鉆速進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.5.2 當(dāng)單樁內(nèi)幾層溶洞層距較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)溶洞內(nèi)的發(fā)育情況，適宜的選擇沖擊鉆或回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)行施工，以達(dá)到最有利的進(jìn)尺效果和最節(jié)省的人力和物力。結(jié)合多年的樁基施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)鉆機(jī)選型表如下

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 成樁工藝流程 鉆孔灌注樁成樁工藝是：鉆機(jī)平臺(tái)塔設(shè)——250t振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒——回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔(鉆埋鋼護(hù)筒)——振動(dòng)下沉鋼護(hù)筒至巖面——過渡段處理——沖擊或旋轉(zhuǎn)法成孔——溶洞處理——清孔、下鋼筋籠——二次清孔、澆混凝土。

3.2 成孔方案選擇 鑒于巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，必須慎重選擇基樁成孔方案。通常情況下，巖溶地區(qū)灌注樁采用沖擊鉆孔或挖孔施工工藝成孔。

沖擊鉆孔使用沖擊錐這種有擠壓側(cè)壁作用的鉆機(jī)，能廣泛適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，尤其是在處理斜面開孔、半邊巖、石筍、溶槽、溶溝及裂隙漏水、漏漿等情況時(shí)比較容易，并且施工成本較低；在發(fā)生漏漿時(shí)，提鉆快，不易埋鉆。但成孔事故多，進(jìn)尺慢，對操作熟練程度要求高。

巖溶地區(qū)采用挖孔樁，完全是出于地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的特殊需要。任何鉆孔灌注樁都很難克服巖溶地層的特殊地質(zhì)構(gòu)造給施工帶來的嚴(yán)重困難，施工中經(jīng)常會(huì)造成偏孔、彎孔、卡鉆、掉鉆等重大事故，嚴(yán)重時(shí)還可能形成埋鉆、鉆機(jī)傾覆、鉆孔報(bào)廢等惡性事故。但，人工挖孔技術(shù)含量低，設(shè)備投入少，投入大量人力即可保障施工進(jìn)度。由于挖孔的這些優(yōu)點(diǎn)，挖孔樁已經(jīng)成為巖溶地區(qū)一項(xiàng)極為重要的灌注樁形式。

3.3 溶洞處理 接近溶洞頂板時(shí)，鉆機(jī)采用小沖程(80cm以下)沖孔，根據(jù)溶洞的具體特點(diǎn)，制定相應(yīng)的處理措施，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3.1 體積較小的溶洞。若洞內(nèi)有填充物且裂隙不發(fā)育，鉆穿溶洞時(shí)，如水頭無太大變化，可加大泥漿比重(13g/cm³以上)，按正常成孔方法施工。若為空洞，鉆穿后孔內(nèi)水頭突然下降，可采用拋填片石、粘土、袋裝水泥混合料等擠密填筑溶洞，直至停止漏漿。

3.3.2 洞體較大的空洞或半填充溶洞。施工前應(yīng)盡可能充分了解溶洞的發(fā)育情況、構(gòu)造、填充物等，若遇發(fā)育明顯、有裂隙穿過的空洞時(shí)，應(yīng)將鋼護(hù)筒埋至風(fēng)化巖層，以防止覆蓋土層的坍塌，并準(zhǔn)備好片石、水泥包、粘土包等填塞物。

3.3.3 埋藏較深、地下水豐富的發(fā)育溶洞。鉆孔中遇到這種溶洞可打入全程鋼護(hù)筒到溶洞底層以隔絕溶洞，采用靜壓化學(xué)灌漿法或噴射灌漿法，固結(jié)填充物，然后再鉆孔施工。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿時(shí)，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿。

3.4 施工要點(diǎn)

3.4.1 鉆進(jìn)要點(diǎn) 沖鉆要視巖石硬度情況確定沖程，若巖石強(qiáng)度低，沖程可略低；反之，則沖程可略高。對于巖溶地區(qū)地層中的大塊石、漂石等，宜采用高錘猛擊或高低沖程交替沖擊，務(wù)必將大石塊搗碎擠入孔壁，并通過粘稠的泥漿)和鉆渣將孔壁石縫堵嚴(yán)，避免孔壁漏水，防止發(fā)生斜孔、坍孔事故。

3.4.2 確定穩(wěn)定基巖的要點(diǎn) 巖溶地區(qū)嵌巖樁設(shè)計(jì)對基巖厚度有明確要求，這是為了避免樁基處于溶洞頂面，造成意外。為確保樁基位于穩(wěn)定基巖上，“逐樁鉆探”鉆探深度必須大于設(shè)計(jì)樁長。在整個(gè)沖進(jìn)施工過程中，必須嚴(yán)格管理，加強(qiáng)觀察，尤其是在最后幾米的沖進(jìn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺有異常，必須聯(lián)系地質(zhì)設(shè)計(jì)代表，探明情況方可進(jìn)行下一步施工。

3.4.3 掌握樁基的施工次序 在一般地區(qū)灌注樁施工，尤其是人工挖孔施工中，同排樁往往同時(shí)施工，因?yàn)檫@樣可以護(hù)壁和開挖交替施工，可以充分利用工效，同時(shí)可以使水頭均勻下降，平衡壓力，保障安全。但在巖溶發(fā)育區(qū)，溶洞往往具有聯(lián)通性強(qiáng)的特點(diǎn)，這時(shí)需要特別注意樁基的施工次序，盡量避免相鄰樁基同時(shí)施工，以免造成清孔困難，甚至串漿、坍孔。

4 巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁常見事故及處理措施

4.1 卡鉆、掉鉆 在遇到探頭石、落石、巖溶層的溶溝、溶槽或擊穿溶洞頂板時(shí)，極易發(fā)生卡鉆，卡鉆事故發(fā)生的主要原因是擊穿溶洞頂板過猛，鉆頭突然進(jìn)入溶洞，造成孔形不圓順或掉入大空洞中而卡鉆。

遇到卡鉆時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析原因，不可妄動(dòng)，以免造成越卡越緊或掉鉆事故，當(dāng)鉆頭可活動(dòng)時(shí)，可上下提動(dòng)鉆頭，并使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反復(fù)嘗試，有可能提出，或用吊車配合鉆機(jī)，同時(shí)或交替提動(dòng)，有時(shí)能將錘頭提出。用小沖錘(以圓鋼或鋼軌焊接)在樁孔一側(cè)沖擊，并配合高壓空氣或高壓水沖射，使卡點(diǎn)松動(dòng)后提出鉆頭。必要時(shí)可試用水下爆破法，震松錘，吊車配合提出鉆頭。

掉鉆的原因主要是大錘的老化破斷，或大繩與錘頭連接不好，鉆孔中應(yīng)時(shí)常檢查機(jī)具設(shè)備防止掉鉆。

4.2 漏漿 漏漿是指孔內(nèi)泥漿突然大量漏失的現(xiàn)象。漏漿產(chǎn)生的主要原因是鉆穿溶洞頂板遇無充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔內(nèi)壓力，孔內(nèi)水頭急劇下降，外部地下水滲透水壓過高而產(chǎn)生水壓力，引起孔壁坍塌，造成泥漿嚴(yán)重流失。

遇到漏漿時(shí)應(yīng)立即提出鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)漿或補(bǔ)水，保持住孔內(nèi)漿(水)面高度，如漿面仍不斷下降，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行散拋填，將片石、粘土及水泥制成混合物，視漏漿程度反復(fù)拋填，每次應(yīng)達(dá)到1-3 m，直到不漏漿為止。當(dāng)漏漿太快，散填難以達(dá)到目的時(shí)，應(yīng)采用集中拋填將粘土袋、袋裝水泥、片石等集中在短時(shí)間內(nèi)大量填入。對于溶洞較發(fā)育地區(qū)，如拋填措施無效時(shí)，可采用全護(hù)筒跟進(jìn)方法，并使其長度跟進(jìn)至巖溶底部巖層。

4.3 鉆孔偏斜 由于鉆機(jī)鉆孔時(shí)產(chǎn)生位移、局部下沉或傾斜，或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質(zhì)軟硬不均時(shí)容易造成斜孔和偏孔。

遇到鉆孔偏斜時(shí)，可采取下列預(yù)防補(bǔ)救措施：①在入巖部位、溶洞處理部位要時(shí)刻觀察鋼繩在沖擊過程中的擺動(dòng)情況，校正鋼繩與樁孔中心的偏差。②如遇到探頭石引起，可用小型鉆機(jī)對探頭石打眼爆破。也可回填片石、卵石，用沖擊錘打掉探頭后，或?qū)@架略移向探頭石一側(cè)，用沖擊錘高錘猛擊，斬?cái)嗵筋^石。③當(dāng)發(fā)生孔斜時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行修孔，對于高度小于lm 的斜孔段，用小沖程修孔，在傾斜的巖面上沖擊出一個(gè)臺(tái)階，再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1m以時(shí)，應(yīng)采用填石修孔法。

4.4 塌孔 塌孔主要是由于漏漿嚴(yán)重，補(bǔ)水來不及造成的。

常用的處理方法：及時(shí)補(bǔ)足泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度，同時(shí)加粘土、片石混合料，采用小沖程沖孔固壁，防止塌孔擴(kuò)大；若塌孔擴(kuò)大，導(dǎo)致地表塌陷時(shí)，其處理方法是：小面積塌陷護(hù)筒無位移時(shí)，應(yīng)及時(shí)回填粘土并用袋裝粘土加固護(hù)筒后再重鉆；若護(hù)筒口有較大橫向位移并且無法糾偏時(shí)，拔出剛護(hù)筒，回填塌孔，重新壓入護(hù)筒在鉆。

4.5 斷樁 巖溶地區(qū)樁基斷樁產(chǎn)生的主要原因是由于溶洞相互溝通，灌注時(shí)難以測出混凝土數(shù)量，水下混凝土流失嚴(yán)重，造成斷樁。預(yù)防斷樁的措施有：①每次灌注時(shí)應(yīng)備足砂石料及水泥，還應(yīng)有相應(yīng)的備用機(jī)械。②施工過程嚴(yán)密監(jiān)測混凝土面上升速度，要保證2m 的埋管深度，減少對下部混凝土的擾動(dòng)。

5 結(jié)束語

5.1 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工的難點(diǎn)主要在于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工中不可預(yù)見的因素太多。因此，在前期勘測中要準(zhǔn)確掌握溶洞情況。

5.2 根據(jù)不同的溶洞發(fā)育情況，選擇不同的鉆機(jī)和施工方案。

5.3 溶洞鉆孔樁施工的事故頻繁發(fā)生，對可能發(fā)生的問題合理預(yù)測和有效控制可以將損失降到最小。

5.4 擁有富有經(jīng)驗(yàn)、熟練的操作人員以及進(jìn)行嚴(yán)密的施工組織與管理也是施工成敗的關(guān)鍵。

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