水下灌注樁溶洞施工技術(shù)

劉向榮

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

在我國南方地區(qū)分布有大量的巖溶地區(qū)，隨著高速公路的飛速建設(shè)，越來越多的高速公路橋梁需穿越巖溶地區(qū)，由于巖溶地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，對樁基施工造成極大的危害。通過具體的工程實踐，對巖溶地區(qū)的樁基施工進行小結(jié)，為以后巖溶地區(qū)樁基施工提供借鑒。

1 工程概況

廣東省江肇高速公路高明河特大橋全長1 664 m，共66個墩臺。該橋橋址位于珠江三角洲西南部丘間沖積盆地，地勢平坦開闊，根據(jù)地質(zhì)資料揭示，該橋地層巖性復(fù)雜，地層有特殊性軟土分部，巖性為淤泥或淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、細砂、粗砂、粉砂層疊相交，地下水豐富，粉質(zhì)粘土遇水較容易軟化、泥化，下伏石炭系灰?guī)r層中有隱伏狀巖溶存在，巖溶較為發(fā)育，有溶洞、土洞分部，局部以溶蝕溝槽為主。

2 工程實例

由于該橋橋址位于巖溶發(fā)育地區(qū)，為確保施工安全和質(zhì)量，故采用逐樁超前地質(zhì)鉆探，以摸清每個樁基的地質(zhì)情況。以Y26-2為例，根據(jù)地質(zhì)勘察報告顯示，該樁地層由上至下依次為:素填土、淤泥、粗砂、粉質(zhì)粘土、中風(fēng)化灰?guī)r、溶洞、中風(fēng)化灰?guī)r、溶洞、中風(fēng)化灰?guī)r、溶洞、中風(fēng)化灰?guī)r、溶洞、中風(fēng)化灰?guī)r。該樁有四層溶洞呈串珠狀分布，上面三個溶洞較小，分別為1.2 m，0.8 m，2.1 m，第四個溶洞較大為5.3 m。四個溶洞總高度為9.4 m，且四個溶洞全部為無填充狀。該樁設(shè)計樁徑為1.5 m，樁長38 m，樁基類型為嵌巖樁，且樁基南側(cè)30 m為一正在生產(chǎn)的廠房。

3 施工方案的確定

針對該樁溶洞較大且呈串珠狀分布，施工難度較大，為確保工程質(zhì)量和進度，初步擬定了三個施工方案進行比選。方案一:采用鋼護筒法，即采用比樁徑大20 cm的鋼護筒，利用振動錘預(yù)先下放穿過易坍塌地層，然后進行鉆進，遇到溶洞時，反復(fù)回填片石、粘土筑壁成孔[1]。方案二:采用注漿固結(jié)法，即在樁位周圍預(yù)先布設(shè)4個～6個注漿孔，然后采用注漿泵對溶洞注水泥漿(雙液漿)或砂漿，預(yù)先處理溶洞，然后成孔[1]。方案三:采用內(nèi)外雙鋼護筒法，即先沉放外護筒，外護筒直徑為樁徑+30 cm，然后沖進擊穿溶洞，接著沉放內(nèi)護筒，利用高壓噴射法對回填體進行注漿處理后，沖進成孔[1]。對于上述初步擬定的三個方案，組織技術(shù)人員進行了認真學(xué)習(xí)和分析，進行了經(jīng)濟比選以及結(jié)合項目工期等綜合因素，最后決定采用方案一進行施工。

4 施工準備工作

根據(jù)選定的施工方案，首先組織相關(guān)技術(shù)人員進行學(xué)習(xí)，并對施工班組進行詳細的技術(shù)交底。其次成立了溶洞處理專職技術(shù)小組，現(xiàn)場派駐4名技術(shù)人員進行24 h輪流值班，一旦出現(xiàn)險情及時上報和應(yīng)急處理。然后現(xiàn)場準備好充足的應(yīng)急材料，即備好片石100 m3，粘土50 m3，水泥10 t，備用泥漿池1個約100 m3，2臺備用泥漿泵，裝載機1臺。

5 施工方案的實施

1)場地平整后用20 t壓路機進行碾壓以加固原地面，然后進行測量放樣，并設(shè)置護樁和下放鋼護筒的導(dǎo)向樁。鋼護筒采用1 cm厚的鋼板利用卷板機自行加工，鋼護筒直徑為 170 cm，每6 m分段運送至施工現(xiàn)場。鋼護筒運送到現(xiàn)場后，利用布設(shè)的導(dǎo)向樁精確就位后，采用90 t的振動錘和25 t吊車進行下沉，分節(jié)吊裝焊接后下沉到基巖面。在下放鋼護筒的過程中，現(xiàn)場技術(shù)人員隨時觀察和檢查鋼護筒的垂直度，確保鋼護筒垂直不傾斜。鋼護筒共下放14.6 m。

2)鉆機就位，按照規(guī)范要求進行沖進，沖程控制在2 m左右。由于上部14.6 m為軟土層，鉆進速度較快，泥漿顏色為灰黑色，且伴有臭味。在14.6 m以下進入巖層，沖進速度較慢，在沖進到21 m時，根據(jù)地質(zhì)資料顯示距溶洞頂面約60 cm，為防止鉆頭在擊穿溶洞時產(chǎn)生偏位，停止沖進，回填約50 cm片石后，改用小沖程80 cm繼續(xù)沖進。在擊穿第一層溶洞后，泥漿面急劇下降，現(xiàn)場立即啟動兩臺備用泥漿泵進行補漿，同時回填片石和粘土后，改用60 cm小沖程反復(fù)沖擊以固壁。仔細觀察鋼絲繩無擺動，說明孔位無偏斜，繼續(xù)進行鉆進。為保證固壁的效果良好，再次回填片石和粘土約1 m后進行鉆進，鉆進過程無異常。在進入第二層溶洞時，泥漿面發(fā)生緩慢下降，啟用兩臺備用泥漿泵進行補漿后，經(jīng)過24 h的觀察，泥漿面趨于穩(wěn)定，但為了保證固壁效果，再次投放了約1 m的片石和粘土，進行鉆進，鉆進過程無異常。

3)在進入第三層溶洞后，泥漿面發(fā)生急劇下降，啟用兩臺備用泥漿泵進行補漿后，泥漿面在20 min仍然下降了約10 m，于是停止補漿，進行回填片石和粘土約3 m高，觀察泥漿面仍有氣泡泛冒，停機觀察24 h后，泥漿面穩(wěn)定，無氣泡泛冒。用60 cm小沖程進行鉆進，在鉆進到溶洞后，仍有漏漿發(fā)生，經(jīng)過5次反復(fù)回填片石和粘土后，方穿過該層溶洞。

4)在進入第四層溶洞后，由于該層溶洞較大，在擊穿溶洞后，泥漿面瞬間下降約10 m，補漿已經(jīng)來不及，緊急投放片石和粘土回填3 m，經(jīng)24 h觀察后無異常，用60 cm小沖程進行鉆進。在鉆進過程中，多次出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，多次采用投放片石、粘土和水泥，反復(fù)進行沖砸。在該樁施工過程中，泥漿比重始終保持在1.4[2]，并且制備泥漿的粘土采用了優(yōu)質(zhì)粘土。該樁自開工到成孔歷時35 d，灌注混凝土方量超設(shè)計方量50%。在成樁28 d后，經(jīng)小應(yīng)變檢測和聲測該樁質(zhì)量良好，達到Ⅰ類樁標準。

6 結(jié)語

1)對于巖溶地區(qū)的樁基，在施工前，應(yīng)逐樁進行地質(zhì)超前鉆探，如條件允許，每個樁基宜鉆探3個孔，呈等邊三角形布設(shè)，以摸清樁基范圍內(nèi)溶洞的大小和分布情況，為樁基施工制定合理的方案提供基礎(chǔ)資料。

2)在工期緊，周邊有重要建筑物的條件下，采用下放鋼護筒的方法是比較經(jīng)濟、快速的一種處理方法，采用鋼護筒對溶洞上部軟弱地層進行預(yù)先護壁，是避免沖進溶洞后漏漿引起上部軟弱地層坍塌，進而引發(fā)地表下陷危害建筑物的一種有效方法[3]。

3)在有溶洞的樁基施工前，一定要做好應(yīng)急準備工作，備好充足的泥漿、片石、粘土和水泥，在進入溶洞漏漿時或到達溶洞位置但不漏漿，要及時進行回填片石、粘土或水泥進行固壁，以避免混凝土灌注超量，保證成樁質(zhì)量。

4)在采用沖進鉆進行鉆進成孔過程中，在溶洞頂面60 cm～100 cm和進入溶洞后，必須采用小沖程，即不大于80 cm進行鉆進，切不得采用大沖程盲目沖進，避免危害事故的發(fā)生。

[1] 楊文淵，徐 犇.橋梁施工工程師手冊[M].第2版.北京:人民交通出版社，2003:6.

[2] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 陳秋活，張勃蓬.廣州華南路三期A3標樁基礎(chǔ)溶洞處理[J].山西交通科技，2005(3):63-65.