談巖溶地區(qū)鉆孔樁施工技術(shù)

康宗明

(中鐵一局天津建設(shè)工程有限公司，天津 300250)

巖溶區(qū)域的橋梁基礎(chǔ)施工一直是困擾工程施工的一個技術(shù)難題。本次研究結(jié)合焦柳鐵路洛陽至張家界段電氣化改造工程LGSZ-1標(biāo)段K783+482梅溪河特大橋的施工，了解和掌握其施工工藝。

1 工程概況

梅溪河特大橋位于湖北省松滋市，是洛陽至張家界電氣化改造工程中的重點(diǎn)控制工程。橋梁全長730.25 m，孔跨為:1×24 m+21×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。橋梁基礎(chǔ)均為鉆孔樁基礎(chǔ)，鉆孔樁樁長在8 m～67 m之間，共計112根。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，場地地層上部為粉質(zhì)粘土～卵石～圓礫，稍密的圓礫混粘土和硬塑亞粘土;下部為白云質(zhì)灰?guī)r，巖面多呈傾斜狀，巖溶異常發(fā)育，填充、半填充溶洞及空溶洞異常密集，洞高1 m～23.4 m，洞頂距地面4.2 m～51.3 m，溶洞已被黃色流塑～軟塑粘性土和灰?guī)r碎塊、角礫、礫砂充填，呈松散或極松散狀，個別溶洞上部為空洞。

2 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工

2.1 鉆孔前溶洞預(yù)處理方法

為了防止巖溶地區(qū)鉆孔樁施工過程中保證成孔并順利澆筑水下混凝土至成樁，所以要對溶洞進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的主要目的是對溶洞填充物進(jìn)行固結(jié)和填充，并使之達(dá)到一定的強(qiáng)度(20 MPa以上)，以保證鉆孔樁施工過程中不出現(xiàn)泥漿流失、坍塌、孔偏斜等現(xiàn)象的發(fā)生，防止地表塌陷或產(chǎn)生沉降，并滿足樁基結(jié)構(gòu)安全要求。

1)樁基施工前，使用地質(zhì)鉆機(jī)對樁位進(jìn)行探孔，初步探明巖溶的分布、溶洞孔壁特性、溶洞內(nèi)充填類型以及是否漏水等情況，并根據(jù)掌握的地質(zhì)資料合理選擇鉆孔樁施工所需鉆機(jī)類型。

2)對于封閉較小且洞內(nèi)無填充物或半填充的溶洞，采取先填充碎石或干砂，然后注漿的方法;對于空洞較大，可采用填充粘土、片石;對于空間較大且無填充物的溶洞時，可采取直接灌砂、填土或者填碎石后再進(jìn)行注漿固結(jié)，若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時，直接注漿固結(jié)即可;若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時，則可以直接沖孔，但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。

3)注漿時可根據(jù)現(xiàn)場情況采用擠壓注漿機(jī)、雙液注漿泵或高壓注漿泵，漿液一般選用純水泥漿、水泥砂漿和雙液漿，注漿壓力控制在1.0 MPa左右，具體壓力值和注漿速度應(yīng)根據(jù)漿液濃度、管道長度和孔洞空間大小進(jìn)行試驗后確定。

壓漿施工時，壓漿設(shè)備應(yīng)放置平穩(wěn)，注漿管道的設(shè)置要盡量短、直并少拐彎，所有管道接頭要連接良好不漏氣，注漿管應(yīng)盡量插入到注漿部位的底部，注漿時根據(jù)注漿量和壓力表反饋數(shù)據(jù)控制好提管速度，保證漿液滲透半徑。注漿暫?；蚪Y(jié)束后，應(yīng)對注漿機(jī)械和管道進(jìn)行必要的清洗。巖溶地段壓漿工藝流程圖見圖1。

圖1 巖溶地段壓漿工藝流程圖

壓漿孔根據(jù)墩臺、樁基和溶洞的位置合理進(jìn)行布置，注漿用水泥一般采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，純水泥的單液漿水灰比為0.8∶1～1∶1，為保證漿液不大量流失而使用雙液漿時，可根據(jù)水玻璃實際濃度和模數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗后確定體積比，并根據(jù)管道長度和擴(kuò)散半徑確定是否需要摻加緩凝劑。遇漏水嚴(yán)重或有暗河的溶洞，采取上述方法無效后，應(yīng)使用鋼護(hù)筒直接跟進(jìn)法施工。

4)注漿時，如遇單液漿或雙液漿進(jìn)漿量很大，但壓力值不升高時，則可能是注入的漿液在大量流失，出現(xiàn)此種現(xiàn)象時，應(yīng)首先對漿液的濃度和配合比進(jìn)行調(diào)整，盡量縮短凝結(jié)時間，采取間歇式注漿或低壓力小泵量注漿方法，使?jié){液在孔洞裂隙中有一定的相對凝結(jié)時間，如此循環(huán)多次，直到滿足最小注漿量或注漿壓力時停止。

5)根據(jù)溶洞的類型和洞內(nèi)充填物的不同，注漿產(chǎn)生的作用也不同，漿液對溶洞的加固是通過滲透板結(jié)、劈裂擠密、充填等方式完成固結(jié)的。漿液根據(jù)滲透擴(kuò)散方向，通過對小主應(yīng)力面反復(fù)不斷的滲透、擠密、充填固結(jié)，使樁基周圍逐步形成了一道堅實的屏障，提高了溶洞充填物的承載力和抗剪力，保證了鉆孔施工過程中不會產(chǎn)生漏水、流砂、漏漿、坍塌等現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 鉆孔中溶洞的處理方法

由于基巖內(nèi)均有單層和多層溶洞發(fā)育，根據(jù)多孔位的地質(zhì)資料分析，溶洞的頂?shù)装宥喑蕛A斜狀，實際施工中也驗證了這一點(diǎn)。因此，在施工中應(yīng)解決傾斜巖面的鉆進(jìn)、溶洞頂板的突破、溶洞內(nèi)空洞的填充和流塑狀填充物的固壁等幾個方面的問題。具體做法如下:

1)在孔位附近備有大量粘土、片石和適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥，設(shè)置兩個容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿，能及時補(bǔ)漿和回填樁孔。

2)鉆孔至距離溶洞頂1 m左右時，減小沖程，控制在1 m～1.5 m范圍內(nèi)變化，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐步將洞頂擊穿，防止因沖程過大而導(dǎo)致卡鉆。

3)在洞頂被擊穿時應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)觀察測量護(hù)筒內(nèi)泥漿的變化，如果護(hù)筒內(nèi)泥漿有減少現(xiàn)象，應(yīng)及時提鉆并迅速補(bǔ)充泥漿，防止塌孔埋鉆。然后根據(jù)溶洞的大小回填粘土和片石混合料(比例按1∶1)，利用鉆機(jī)沖擊力量進(jìn)行沖擠堵漏，當(dāng)泥漿面穩(wěn)定后方可正常施工。如此反復(fù)多次耐心操作，確保鉆機(jī)順利地穿越溶洞。

4)若已探明溶洞內(nèi)填充物為軟弱粘性土或淤泥，可向孔內(nèi)投入粘土和片石混合填充物，并用鉆機(jī)沖擠固壁。

5)鉆孔時遇到傾斜巖面時，應(yīng)先用片石對孔內(nèi)進(jìn)行回填，回填高度為0.5 m～1 m，再重新施工，反復(fù)進(jìn)行此操作，直至傾斜面水平。

6)在現(xiàn)場鉆孔樁施工中發(fā)現(xiàn)，大部分樁基塌孔均發(fā)生在覆蓋層，覆蓋層地質(zhì)為卵石土或圓礫土，厚度大約6 m～10 m。為防止此類情況的發(fā)生，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，在有些墩位上的樁基采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行施工:先采用直徑1.5 m的鉆頭鉆孔至基巖，然后下沉1.5 m的鋼護(hù)筒至巖面上，再換回直徑1.25 m的鉆頭繼續(xù)鉆孔。

3 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工常見問題處理和預(yù)防

3.1 偏、斜孔

由于地表回填不均勻，支撐不牢固等原因會造成鉆機(jī)整體偏斜，此時如果不及時糾偏，就會導(dǎo)致成孔后孔位偏斜不垂直，影響樁基受力效果。出現(xiàn)此種情況時，應(yīng)先對孔壁進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保孔壁穩(wěn)定后，再采取對地表承載物進(jìn)行挖除換填或加大鉆機(jī)支撐面積等方法處理;如測量發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)(孔樁)傾斜嚴(yán)重，孔壁支撐松散且隨時有可能坍塌時，應(yīng)立即撤離人員和鉆機(jī)，并對孔樁進(jìn)行片石或片石粘土混合物回填至原地面標(biāo)高，放置一段時間后，重新測量定位進(jìn)行鉆孔作業(yè)。偏、斜孔的預(yù)防措施:鉆機(jī)就位之前對松軟的地表土進(jìn)行換填，加大地基承載力，并在鉆機(jī)就位時對支撐點(diǎn)進(jìn)行加固加大處理，前期鉆進(jìn)時采取套小鉆、短沖程方法，并加大孔樁檢查頻率，及時準(zhǔn)確的做好檢查記錄，并在施工過程中加強(qiáng)對護(hù)樁位置準(zhǔn)確性的測量工作。

3.2 卡鉆

卡鉆的形成主要原因是孔樁入巖后，鉆頭在通過上下巖層分、交界面時(特別是遇到溶洞時)，由于兩種巖層的風(fēng)化程度和軟硬度不同，鉆機(jī)操作手沒能及時察覺地質(zhì)變化，采取相應(yīng)措施，從而造成了鉆頭卡巖。根據(jù)卡鉆的原因采取不同的處理方法。如果卡鉆是發(fā)生在鉆頭通過巖層交界處時，一般利用水下爆破的方法進(jìn)行處理，利用爆破時產(chǎn)生的沖擊力，以達(dá)到對鉆頭和巖石進(jìn)行松動的目的，直至鉆頭提出。由于提鉆操作不當(dāng)導(dǎo)致鋼絲繩斷開造成的卡鉆，進(jìn)行多次水下爆破后鉆頭仍舊不能提出時，只好采取回填片石粘土混合物至計算的高度后，換用大一號的鉆頭，重新定位鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至原卡鉆高度時，再利用掛鉤進(jìn)行撈鉆、提鉆。由于特殊原因鉆頭長時間不鉆進(jìn)，泥漿不循環(huán)，孔內(nèi)出現(xiàn)沉淀，從而導(dǎo)致鉆頭無法提升，這種現(xiàn)象應(yīng)采取在孔樁內(nèi)插入高壓水管進(jìn)行泥漿置換的方法處理。

卡鉆的預(yù)防措施:鉆機(jī)就位鉆進(jìn)前，做好充分的準(zhǔn)備工作，鉆進(jìn)過程中及時根據(jù)記錄實際地質(zhì)情況并和已知地質(zhì)資料進(jìn)行對比，并根據(jù)需要隨時調(diào)整鉆進(jìn)方法、沖程和提鉆高度，遇設(shè)備故障或其他特殊情況不能繼續(xù)鉆進(jìn)時，及時將鉆頭提升至安全高度。

3.3 塌孔

在施工過程中孔壁失衡坍塌的現(xiàn)象統(tǒng)稱為塌孔，一般是由于施工中泥漿比重不合適，沒有控制好。塌孔預(yù)防措施:沖孔之前熟練掌握孔樁的地質(zhì)資料及相關(guān)情況，施工過程中控制好泥漿比重，根據(jù)需要，在外力干擾比較嚴(yán)重的地方埋設(shè)加長鋼籠、鋼護(hù)筒。

4 結(jié)語

巖溶地區(qū)的鉆孔樁樁基施工的難點(diǎn)就是地質(zhì)條件復(fù)雜，所以要事先掌握詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，最好每樁位有探孔的地質(zhì)資料，做好充分的準(zhǔn)備工作，正確選擇鉆機(jī)類型和施工工藝，做好預(yù)防措施。本橋樁基礎(chǔ)施工中，采用文中所述方法，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，采用合適的施工參數(shù)，通過嚴(yán)密的組織設(shè)計和管理，克服了卡鉆、掉鉆、埋鉆、偏孔、斜孔、塌孔、漏漿等現(xiàn)象，完善了施工工藝，保證了安全、優(yōu)質(zhì)、高效目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

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