巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)

劉紅明，隋 藝

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

本文結(jié)合廣東玉湛高速公路巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工實(shí)例，探索和總結(jié)在巖溶地區(qū)灌注樁施工方法，結(jié)合施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題分析原因制定應(yīng)對(duì)措施，總結(jié)出施工過(guò)程關(guān)鍵控制點(diǎn)。為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考資料。

1 工程概況

廣東玉湛高速公路工程路線(xiàn)長(zhǎng)100.932 km。橋梁29 876 m，共計(jì)135座，其中：特大橋7 556 m，4座；大橋17 605 m，62座；中小橋4 715 m，69座。本工程位于華南加里東褶皺系粵西隆起帶內(nèi)，大地構(gòu)造位置上處于區(qū)域性四會(huì)-吳川大斷裂帶西段，次級(jí)斷裂主要是廉江-信宜斷裂帶、遂溪斷裂。

全線(xiàn)隱伏巖溶主要以中風(fēng)化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r為主，位于第四系松散層或帽子峰或帽子峰組砂巖層之下，形態(tài)不一，巖溶的埋藏深度變化較大，規(guī)模大小不一，洞高3.2～6.9 m不等，一般都有充填物，充填物為砂層、軟塑粉質(zhì)粘土、卵石土等。經(jīng)地質(zhì)勘探，鉆孔探測(cè)遇洞率大于10 %，線(xiàn)巖溶率大于30 %，巖溶發(fā)育程度極強(qiáng)。

2 溶洞的分類(lèi)及常用的處理方法

根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)勘查資料顯示的溶洞情況，分為三種類(lèi)型：第一種小溶洞，高度小于3 m；第二種中溶洞，高度 3～10 m；第三種大溶洞，高度大于10 m。鉆孔灌注樁施工溶洞處理方法主要有充填法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)方法等。

2.1 充填法

對(duì)于第一種小溶洞，通常采用充填法，根據(jù)地勘資料確定填充物，如果溶洞內(nèi)無(wú)充填物基本為空洞，可以充填干沙或碎石，如果溶洞內(nèi)有部分填充物，填充物松散或者呈軟塑狀，通常采用充填片石土的方式，片石與粘土的比例一般為 1：2，回填高度為溶洞頂板以上1 m處。粘土裝進(jìn)水泥袋后投入效果更好。回填以后再重新開(kāi)始鉆孔施工。

小溶洞施工過(guò)程中，接近溶洞頂部的時(shí)候，要減小油門(mén)和沖程，減慢沖擊速率，并認(rèn)真觀察泥漿情況，溶洞一旦擊穿就會(huì)發(fā)生漏漿現(xiàn)象，觀察泥漿面如果泥漿面出現(xiàn)下降但下降速率較慢，此時(shí)，馬上補(bǔ)充泥漿保持泥漿面穩(wěn)定，然后按方案的比例回填片塊石和粘土的混合物，待回填材料穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。如果發(fā)現(xiàn)泥漿面下降較快，及時(shí)補(bǔ)充泥漿的同時(shí)，可以回填混凝土等膠體材料進(jìn)行封堵，穩(wěn)定后再施工。

2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

鋼護(hù)筒跟進(jìn)就是在經(jīng)過(guò)溶洞地層時(shí)，采用鋼護(hù)筒作為護(hù)壁，避免漏漿和塌孔，鋼護(hù)筒一般采用振動(dòng)錘進(jìn)行振沉。

中溶洞和大溶洞通常采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法。如果一層鋼護(hù)筒不夠，較大溶洞采用多層鋼護(hù)筒進(jìn)行施工保護(hù)。

2.3 施工工藝

1）樁基內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)的施工工藝流程：

場(chǎng)地平整、定位、埋設(shè)外鋼護(hù)筒、沖孔至溶洞頂（回填片石或 C20混凝土）、溶洞頂部處理、下放內(nèi)鋼護(hù)筒、正常成孔至樁底高程（終孔）。

2）鋼護(hù)筒制作，鋼護(hù)筒壁厚δ=12～18 mm的鋼板，孔深10 m以下時(shí)采用12 mm厚的鋼板，孔深10 m以上時(shí)采用14～18 mm厚的鋼板，在廠(chǎng)家用機(jī)械集中卷制加工制作，焊縫全部為雙面坡口，每節(jié)制作長(zhǎng)度為 4.5～7.5 m，制作內(nèi)鋼護(hù)筒的內(nèi)徑D′=d+20 cm（d為設(shè)計(jì)樁徑），外鋼護(hù)筒的內(nèi)直徑為D=d+40 cm，制作好后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

以直徑1.6 m的樁為例，將φ1.6 m的鉆頭擴(kuò)大至φ1.8 m，正常鉆進(jìn)至溶洞上方約1 m處，采用25 t汽車(chē)吊輔助20 t振動(dòng)錘，先將內(nèi)鋼護(hù)筒分節(jié)打入土層中至巖面，再進(jìn)行回鉆成孔。在下沉鋼護(hù)筒的施工過(guò)程中，振動(dòng)錘必須平穩(wěn)，牢固的焊在內(nèi)鋼護(hù)筒頂部，并在護(hù)筒頂面的平面位置一定要居中，盡可能避免因偏心造成護(hù)筒產(chǎn)生偏斜。同時(shí)采用水平尺嚴(yán)格控制好各節(jié)護(hù)筒連接的垂直度，不得超過(guò)施工規(guī)范要求的 1/200，力求鋼護(hù)筒垂直入土。若一旦發(fā)現(xiàn)有偏斜的趨勢(shì)，馬上進(jìn)行糾正，將可能發(fā)生偏斜的不利因素消除在萌芽狀態(tài)中。

內(nèi)護(hù)筒沉入巖面后，先采用沖錘進(jìn)行成孔一定深度后（1.5～2 m），及時(shí)采用25 t汽車(chē)吊輔助振動(dòng)錘將內(nèi)護(hù)筒下沉至進(jìn)尺巖面高程處；然后再進(jìn)行沖孔、下內(nèi)剛護(hù)筒；與之循環(huán)反復(fù)進(jìn)行至樁底設(shè)計(jì)高程處；同樣，在施工過(guò)程中嚴(yán)格測(cè)量、控制好各節(jié)護(hù)筒連接的垂直度，不得超過(guò)施工規(guī)范要求的1/200。

多層護(hù)筒施工，每一級(jí)外側(cè)的護(hù)筒內(nèi)徑要大0.2 m左右，最小一級(jí)鋼護(hù)筒要大于灌注樁直徑0.2 m，振沉鋼護(hù)筒時(shí)，按從大到小的順序進(jìn)行施工。

對(duì)于巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工，必須要進(jìn)行逐樁超前鉆，施工前，要認(rèn)真研究地質(zhì)勘察報(bào)告、超前鉆探資料，逐樁分析樁徑范圍內(nèi)溶洞的具體情況，掌握溶洞的分布、大小、深度、填充狀態(tài)等。結(jié)合地勘資料，編制有針對(duì)性的應(yīng)急處理措施，并根據(jù)溶洞情況逐樁制定施工方案。合理配置設(shè)備，做好設(shè)備選型，按照預(yù)案提前準(zhǔn)備好溶洞處理所用黏土、片石等相關(guān)材料，便于出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

3 施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題及處理措施

3.1 漏漿

鉆孔施工過(guò)程中，要認(rèn)真觀察泥漿情況，進(jìn)入溶洞時(shí)會(huì)發(fā)生漏漿現(xiàn)象，泥漿會(huì)流進(jìn)溶洞空隙。發(fā)生漏漿時(shí)，繼續(xù)鉆進(jìn)很容易塌孔。

處理措施：

1）發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)立即停止沖孔，馬上補(bǔ)充泥漿防止塌孔，并根據(jù)地勘資料和預(yù)案措施進(jìn)行處理。

2）如果漏漿速度較慢，可以按方案的比例回填粘土與片塊石的混合物，填充物應(yīng)填至溶洞以上1 m左右，穩(wěn)定后繼續(xù)施工，此時(shí)要采用小沖程。

3）如果溶洞側(cè)向空洞較大，回填粘土與片塊石的混合物效果不理想時(shí)，可以采用回填素混凝土的方法，待混凝土初凝后繼續(xù)施工。

4）必要時(shí)，要采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行處理。

3.2 偏孔

偏孔在溶洞地區(qū)鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，且處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)成本和工期影響較大。

處理措施：

1）如果偏孔不嚴(yán)重，可以改用小沖程，在偏孔位置反復(fù)提錘沖擊直到孔位恢復(fù)正常。

2）如果偏孔較為嚴(yán)重，用提錘反復(fù)沖擊的方法無(wú)法正孔時(shí)，可以先少量回填土石混合物再繼續(xù)施工。

3）如果偏孔極為嚴(yán)重，前兩種方法無(wú)效時(shí)，一般還可以采用孔底爆破法，但操作太復(fù)雜，很少采用。

3.3 坍孔

施工時(shí)，溶洞一旦被擊穿，泥漿會(huì)馬上流入溶洞內(nèi)，如果溶洞內(nèi)無(wú)填充且空間較大，漏漿速度必然很快，如果此時(shí)不能馬上補(bǔ)充新的泥漿，樁孔就會(huì)因?yàn)槭ツ酀{保護(hù)而坍塌；另外，如果鉆頭擊穿溶洞，可能導(dǎo)致鉆頭傾斜碰撞孔壁而坍塌。

處理措施：

1）如果坍孔不嚴(yán)重，可以按比例回填粘土塊石混合料，一般填至坍塌位置以上2 m左右，等回填料穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。

2）如果坍孔較為嚴(yán)重，可以把樁孔全部回填，穩(wěn)定后繼續(xù)施工，必要時(shí)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工。

3）當(dāng)坍孔非常嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即對(duì)孔口周?chē)M(jìn)行封閉，以防發(fā)生危險(xiǎn)，并將坍塌處填滿(mǎn)，需要過(guò)一段時(shí)間，回填料自然沉積密實(shí)以后再繼續(xù)施工，必要時(shí)護(hù)筒跟進(jìn)施工。

3.4 卡鉆

當(dāng)沖擊鉆擊穿溶洞后，如果溶洞比樁徑小或者傾斜時(shí)，樁錘進(jìn)入溶洞后很容易卡住，或者溶洞局部坍塌將樁錘埋住也會(huì)造成卡鉆。

處理措施：

1）如果卡的不是很結(jié)實(shí)，鉆進(jìn)無(wú)法提升時(shí)，可以用吊機(jī)幫助提升鉆頭。

2）如果卡的非常結(jié)實(shí)，吊機(jī)等設(shè)備也無(wú)法取出，就只能抽干泥漿，位置較淺時(shí)直接挖出，位置較深時(shí)，下方鋼護(hù)筒人工取出。

4 施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

4.1 施工前控制要點(diǎn)

1）巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工必須進(jìn)行逐樁超前鉆，掌握溶洞具體情況并制定好應(yīng)急處理措施。

2）巖溶地區(qū)灌注樁施工一般沖擊鉆，沖擊鉆具有提錘速度快的特點(diǎn)，沖機(jī)沖錘穿過(guò)溶洞頂板時(shí)，可以快速提錘避免埋錘事故。

3）材料準(zhǔn)備要充足，備足泥漿、泥包和片塊石，以便在擊穿溶洞漏漿時(shí)補(bǔ)充泥漿和堵塞溶洞。

4）鉆機(jī)就位，鋪設(shè)較長(zhǎng)的鋼板樁，增大受力面積，并對(duì)鉆機(jī)底座進(jìn)行加固，能有效地防止塌孔導(dǎo)致鉆機(jī)傾倒。

4.2 施工過(guò)程中控制要點(diǎn)

1）研究超前鉆探資料，接近溶洞頂板時(shí)減小沖擊速度和沖程，防止突然擊穿大量失漿，并加大泥漿容重。

2）施工人員應(yīng)注意觀察孔內(nèi)泥漿面的變化，發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)立即提錘停止施工，并立即補(bǔ)充泥漿，避免泥漿面下降過(guò)快導(dǎo)致塌孔，并向孔內(nèi)按比例投放事先準(zhǔn)備好的黏土和片塊石的混合物等，泥漿面穩(wěn)定后，改用小沖程繼續(xù)施工。

3）如果塌孔應(yīng)馬上停止施工，根據(jù)塌孔情況進(jìn)行處理，塌孔嚴(yán)重時(shí)，要確保人員設(shè)備的安全再進(jìn)行處理。

5 結(jié) 語(yǔ)

巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工控制復(fù)雜，突發(fā)情況較多，在巖溶地區(qū)施工必須要有詳細(xì)的地勘資料，針對(duì)每根樁制定專(zhuān)門(mén)的施工方案和應(yīng)對(duì)措施，預(yù)案要有針對(duì)性，過(guò)程處置要靈活，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工過(guò)程監(jiān)控，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析處理，達(dá)到保證成孔質(zhì)量降低施工成本的目的。