施工期巖溶區(qū)樁基基底勘察方法及施工設(shè)備研究

琚海牛 謝曉東

摘 要：巖溶區(qū)在我國的國土面積中占有一定的比例，并且分布相對集中，在貴州、廣西大面積分布。隨著我國公路、鐵路、房建等基礎(chǔ)設(shè)施的大力推進(jìn)，公路、鐵路橋梁，抗滑樁，房屋基礎(chǔ)大量采用樁基，為保證工程安全，越來越多的業(yè)主重視巖溶區(qū)地質(zhì)勘察，要求對橋梁等建筑物樁基采用逐樁鉆探，但詳勘過程中受地形、建筑物等限制無法進(jìn)行逐樁鉆探。因此，巖溶地區(qū)工程項目在施工期對地質(zhì)情況不明的樁基基底進(jìn)行勘察，查明溶洞發(fā)育情況，對工程施工安全質(zhì)量等顯得尤為迫切和必要。本文主要以貴州省境內(nèi)某高速公路施工期橋梁樁基基底勘察工程實例為基礎(chǔ)，分析總結(jié)了兩年多工程項目的實施經(jīng)驗，研究施工期巖溶區(qū)樁基基底勘察方法及施工設(shè)備，以期能給類似巖溶區(qū)項目提供參考。

關(guān)鍵詞：巖溶區(qū)；樁基基底；勘察方法及施工設(shè)備

中圖分類號：P642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

貴州省某高速公路是貴州與重慶和四川相連的又一出省通道，也是成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)與黔北經(jīng)濟(jì)協(xié)作區(qū)加強(qiáng)融合的重要經(jīng)濟(jì)走廊，由于該項目巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段部分樁位無鉆孔控制，為確保本項目橋梁結(jié)構(gòu)安全，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG C20—2011）》及《施工圖設(shè)計文件》的相關(guān)要求，在施工階段須進(jìn)一步查明樁基基底地質(zhì)情況，為此，借鑒國內(nèi)在巖溶地區(qū)逐樁鉆探的工程通用作法，現(xiàn)對本項目巖溶地區(qū)橋梁樁基基底進(jìn)行鉆探勘察。

1 勘察目的

1.1 查明巖溶區(qū)橋梁樁基底板以下3倍樁徑且不小于5m深度范圍內(nèi)有無溶洞發(fā)育以及基巖完整程度，地層巖性，水文地質(zhì)等規(guī)律特征。

1.2 對巖溶區(qū)橋梁樁基基底的地質(zhì)條件作出評價，為是否進(jìn)行設(shè)計變更提供必要的工程地質(zhì)資料。

2 勘察依據(jù)

2.1 根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG C20-2011）》7.1.7第2條，巖溶地區(qū)要求樁基礎(chǔ)的勘探深度應(yīng)至樁端以下完整基巖中5m～8m，第7條規(guī)定巖溶復(fù)雜地段，應(yīng)在施工階段進(jìn)行必要的補(bǔ)充勘察或開展施工階段地質(zhì)工作。本項目巖溶地區(qū)無鉆孔控制橋梁樁位需進(jìn)一步查明樁基基底地質(zhì)情況。

2.2 施工圖設(shè)計文件明確要求“對巖溶地區(qū)橋梁，在施工中進(jìn)行樁基基底勘察，深度應(yīng)至樁端以下完整基巖5m～8m，如在此深度內(nèi)遇到巖溶洞穴時，應(yīng)在洞穴底板以下穩(wěn)定基巖內(nèi)再鉆進(jìn)3倍樁徑，查明樁底巖溶發(fā)育情況，保證樁底以下有足夠厚度的完整灰?guī)r作為大橋樁基礎(chǔ)持力層”。

3 勘察方法及施工設(shè)備

3.1 鉆孔布置位置

（1） 巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段無鉆孔控制的樁位均應(yīng)進(jìn)行樁底勘探；

（2）巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段有鉆孔控制的樁位，若鉆孔未達(dá)到樁底以下深度要求的（樁徑D<2m的不小于5m，樁徑D≥2m的不小于3D），應(yīng)進(jìn)行樁底補(bǔ)充勘探。

3.2 鉆孔布置數(shù)量

樁徑小于2m的圓樁布置兩個鉆孔；2m及以上圓樁布置3個鉆孔；高墩方樁布置不少于4個鉆孔，連續(xù)剛構(gòu)橋主墩每樁布置不少于4個鉆孔。對巖溶特別發(fā)育地區(qū)及特大橋樁基適當(dāng)增加鉆孔。

3.3 勘探方法及施工設(shè)備

巖溶區(qū)橋梁樁基樁底鉆探勘察成果是橋梁施工工作的基礎(chǔ)，地質(zhì)條件的探明程度，將直接關(guān)系到橋梁的安全。只有采用可靠的質(zhì)量管理與先進(jìn)的技術(shù)手段查明地質(zhì)情況，才能確定安全的樁長、埋深及基礎(chǔ)持力層。針對橋梁樁基地形條件、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、樁基成樁方案等不同工況，結(jié)合本項目應(yīng)重視的重點、難點，總結(jié)兩年來的勘察經(jīng)驗，研究出如下幾種勘察方法及相應(yīng)的施工設(shè)備：

（1）孔底風(fēng)鎬鉆、孔底潛孔鉆（圖1、圖2）

碳酸鹽巖地段，如果橋梁樁基為端承樁，且樁基施工方案為人工挖孔的，在挖至設(shè)計樁底標(biāo)高時，應(yīng)使用風(fēng)鎬鉆對樁底地質(zhì)情況進(jìn)行核查，查明樁底巖溶發(fā)育情況，施工前排干孔底積水，做好防護(hù)措施。第7標(biāo)段的XX特大橋，10號主墩平均樁基深度55m左右，樁徑2.5m，普通孔底風(fēng)鎬鉆無法鉆探到3倍樁徑7.5m的深度，我們用新的設(shè)備潛孔鉆下到孔底才完成鉆探，且完成質(zhì)量較好。

（2）孔底回旋鉆孔（圖3）

碳酸鹽巖地段，如果橋梁樁基為端承樁，因地下水較為豐富，樁基施工方案為機(jī)械沖孔樁的，在沖孔至設(shè)計樁底標(biāo)高時，孔中積水，工人無法下到孔底施工，應(yīng)使用回旋鉆機(jī)對樁底進(jìn)行取芯鉆孔，查明樁底巖溶發(fā)育情況，施工時回旋鉆機(jī)架設(shè)于孔口，因懸空，為防止鉆桿擺動，應(yīng)下套管至孔底進(jìn)行鉆探。

（3） 地面回旋鉆孔

部分橋梁樁位處覆蓋層厚度大，地下水豐富，在沒有完全查明地質(zhì)條件的情況下，一方面可能制定不合理的成孔施工方案，存在施工安全隱患并影響施工進(jìn)度；另一方面若成孔完成后采用孔底回旋鉆進(jìn)行鉆探，由于該類樁基一般較長，鉆機(jī)架在孔口作業(yè)時，懸空較長，鉆探困難很大，易造成孔壁垮塌，鉆桿折斷等事故，且處理事故的困難較大、費時較長。為保證施工工期，確保施工安全，對覆蓋層厚度大于10m，涌水量大的樁位采用地面回旋鉆孔，鉆探工作完成后再施工橋梁樁基。地面鉆孔施工前應(yīng)實測孔口標(biāo)高，復(fù)核設(shè)計樁底標(biāo)高，確定鉆孔深度，鉆探至樁底標(biāo)高以下深度要求同前。

4 遇到溶洞后的處理措施

4.1 加深樁長

采用孔底風(fēng)鎬鉆、孔底潛孔鉆勘察，遇到溶洞后應(yīng)繼續(xù)開挖，穿過溶洞2m后繼續(xù)二次鉆探，直到找到合適的基礎(chǔ)持力層；采用孔底回旋鉆、地面回旋鉆勘察，遇到溶洞后，繼續(xù)增加鉆孔深度，直到查明樁底巖溶發(fā)育情況，找到合適的基礎(chǔ)持力層。將鉆探成果資料提交設(shè)計，進(jìn)行設(shè)計變更，加深樁長，指導(dǎo)施工。

4.2 改變樁基方案

若巖溶特別發(fā)育，鉆探查明下伏基巖發(fā)育串珠狀溶洞，采用端承樁無法找到合適持力層，應(yīng)改變樁基方案，采用摩擦樁，確保樁基安全。

5 主要勘察成果

本項目施工期通過對巖溶區(qū)橋梁樁基基底進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)溶洞107個，遇溶率達(dá)到了3.58%，成功排除了30多座橋梁，100多根樁基基底存在溶洞的安全隱患，特別是馬山坡2號大橋，該橋施工期勘察樁基27根，其中6根樁底以下發(fā)現(xiàn)溶洞，占比22.2%，若未進(jìn)行勘察，萬一施工期或通車加載后發(fā)生垮塌事故，將造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失。

6 勘察主要作用

6.1 保證工程質(zhì)量及安全

在目前工程質(zhì)量業(yè)主、勘察設(shè)計、監(jiān)理、施工單位質(zhì)量責(zé)任終身制的今天，本項目施工期通過對巖溶區(qū)橋梁樁基基底進(jìn)行勘察，采用相應(yīng)的處理措施，做到了以防萬一，保證了整個橋梁地基的安全，確保了整個工程質(zhì)量及安全。

6.2 指導(dǎo)施工

部分覆蓋層厚，涌水量大的橋梁樁基，通過提前勘察，查明了覆蓋層厚度及水文地質(zhì)情況，便于施工單位選擇合理成孔方式，制定相應(yīng)預(yù)案，加快施工進(jìn)度，對施工有較好的指導(dǎo)作用。

6.3 指導(dǎo)及控制設(shè)計變更

本項目業(yè)主通過招標(biāo)方式，確定有資質(zhì)的專業(yè)勘察單位在施工期對橋梁樁基基底進(jìn)行勘察，查明每根樁的地質(zhì)情況，為指導(dǎo)設(shè)計變更提供了可靠詳實的地質(zhì)資料，便于業(yè)主、監(jiān)理控制設(shè)計變更，做到設(shè)計變更有據(jù)可依。真正做到該變更的及時變更，消除安全隱患，加快施工進(jìn)度。無效變更堅決杜絕，節(jié)約工程造價。

6.4 有效規(guī)避責(zé)任

以往類似巖溶區(qū)項目業(yè)主一般由施工單位來進(jìn)行樁底鉆探，存在諸多弊端。（1）施工標(biāo)段過多，部分施工單位未配備專業(yè)地質(zhì)人員，由工人記錄，資料準(zhǔn)確性較差，存在一定安全風(fēng)險；（2）施工單位一般無專業(yè)勘察資質(zhì)，無法提交最終勘察成果報告，萬一沒有查清溶洞發(fā)育情況，出現(xiàn)橋梁樁基沉陷垮塌事故，業(yè)主單位存在違規(guī)分包問題，無法免責(zé)。

結(jié)語

總之，本項目業(yè)主通過招標(biāo)方式，確定有資質(zhì)的專業(yè)勘察單位在施工期對橋梁樁基基底進(jìn)行勘察，確保了工程質(zhì)量及安全，有效指導(dǎo)施工，指導(dǎo)及控制設(shè)計變更，有效規(guī)避責(zé)任?；O小的代價，較低的成本換回了極大的安全效果和施工進(jìn)度，節(jié)約了施工時間，節(jié)省了工程造價。達(dá)到了業(yè)主的預(yù)期效果，滿足了設(shè)計要求，釋放了監(jiān)理單位的工作壓力，提高了施工單位的工作效率，少走了很多彎路，是一個多方參與，多方共贏的結(jié)果。對其他類似巖溶區(qū)工程項目有較好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伏冰.無充填溶洞的樁基成孔方法及質(zhì)量控制[J].交通科技，2010（4）：187.

[2] 范鐵軍.巖溶地層樁基成孔施工技術(shù)[J].江西建材，2017（10）：96.