多溶洞地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)

楊勝文 項(xiàng) 逍 張 平 王 磊 張戰(zhàn)彪

(1.中國一冶集團(tuán)有限公司湖北分公司，湖北 武漢 430080; 2.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，湖北 武漢 430063； 3.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

0 引言

橋梁樁基礎(chǔ)是最常見的一種深基礎(chǔ)，它能適應(yīng)各種地質(zhì)條件，克服淺層土質(zhì)不良以及滿足建筑物對(duì)地基承載力及抗傾覆穩(wěn)定性等方面的要求，樁基礎(chǔ)因其顯著的優(yōu)勢(shì)在巖溶地區(qū)被廣泛采用。由于巖溶地段樁基施工的復(fù)雜度和困難度較高，給鉆孔和注漿帶來一系列的難題，在施工過程中極易發(fā)生偏孔漏漿、鉆孔偏斜、卡錘掉鉆、鋼筋籠被卡住等問題。在多溶洞地質(zhì)樁基施工中，認(rèn)識(shí)不同巖溶作用的特點(diǎn)，充分發(fā)揮有利因素，對(duì)不利因素進(jìn)行限制，對(duì)公路橋梁建筑施工安全是非常重要的。

多溶洞地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)在國內(nèi)有著豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。張慶[1]對(duì)巖溶地區(qū)樁基施工中常見的問題進(jìn)行了介紹，并對(duì)這些施工問題給出了解決方法。石振明、沈丹祎等[2]以吉安永和大橋樁基施工為例，總結(jié)了溶洞對(duì)樁基的影響，結(jié)合工程實(shí)際建設(shè)要求，采用“鋼護(hù)筒跟進(jìn)+片石、黃泥回填”的方案進(jìn)行技術(shù)處理，取得了良好的效果，確保了成樁的質(zhì)量。叢偉[3]介紹了溶洞樁基施工中的溶洞造壁技術(shù)、鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)和密閉壓漿施工技術(shù)，并給出了橋梁樁基施工中常見故障處理手段。王林山[4]結(jié)合廣樂高速公路坪石至樟市段地處粵北山區(qū)段橋梁樁基施工，依據(jù)溶洞處理方法和原則，介紹了大型溶洞分類處理方案。歐陽柱,潘殿琦等[5]結(jié)合深圳巖溶地區(qū)樁基施工技術(shù)難題，針對(duì)性地提出了解決土洞、溶洞復(fù)雜地層鉆孔灌注樁施工技術(shù)方案。采用片石黏土回填、注漿或素混凝土回填技術(shù)，解決了溶洞復(fù)雜地層灌注樁施工難題，取得了較好的效果。

綜上所述，樁基溶洞施工難題解決方法都是相似的，不同的地段適用不同的施工方法，但是大多數(shù)研究者并沒有給出各個(gè)施工方案的適用性以及優(yōu)缺點(diǎn)，本文通過介紹不同地質(zhì)條件下樁基溶洞處理技術(shù)，并給出各個(gè)施工方案的局限性及適用情況，方便施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況快速選擇施工方案。通過分析溶洞施工常見難題及其發(fā)生原因，論述了針對(duì)這些工程問題的解決方案。

1 多溶洞樁基地區(qū)施工方案及其局限性

1.1 拋填片石處理法

拋填處理方法適用于填筑小規(guī)模的溶洞，并且具有施工快捷、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。拋填片石法就是在發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)的泥漿出現(xiàn)流失時(shí)，在溶洞用拋填材料進(jìn)行回填，一般可采用片石、黏土、磚塊等，采用鉆頭沖擊將它們緊密的擠入溶洞中，直到回填材料接近溶洞頂部。填充后用鉆頭進(jìn)行慢速?zèng)_擊，保證泥漿能充分?jǐn)D入溶洞縫隙內(nèi)，使溶洞內(nèi)部形成泥漿護(hù)壁。在施工過程中，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降需再次進(jìn)行回填和沖擊，直至溶洞不再出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

局限性：拋填片石法適用于較小溶洞，當(dāng)溶洞面積較大，深度較深時(shí)。一方面拋填材料不容易運(yùn)輸至溶洞內(nèi)部，拋填難度較大，施工周期較長(zhǎng)。另一方面由于填充物處于松散狀態(tài)，施工質(zhì)量難以控制，施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)于一些面積較大的溶洞，應(yīng)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法，防止在施工過程中出現(xiàn)泥漿流失現(xiàn)象，保證孔壁不會(huì)坍塌。

1.2 灌注砂漿法

溶洞層數(shù)較多，為避免漏漿引起溶洞塌方，常采用灌注砂漿法填充溶洞空間，使其凝固成堅(jiān)實(shí)的固結(jié)體，在壓注24 h后進(jìn)行鉆進(jìn)，可有效防止漏漿、塌孔。

壓漿材料采用普通硅酸鹽水泥，為了避免灌注時(shí)砂漿堵塞管道，灌注的砂要選擇潔凈的中粗砂。在注漿前鉆進(jìn)4個(gè)孔，其中一個(gè)中心孔用來壓漿，另外三個(gè)樁周孔用來排水以及檢查砂漿高度。在注漿的過程中，中心孔灌砂、注漿輪流進(jìn)行。灌砂過程要分為幾次，將砂注入溶洞高度約為4 m～5 m時(shí)，停止灌砂，然后開始灌注水泥漿。在灌注時(shí)注漿管插入砂中一定深度，以免砂和水泥漿灌注不均勻。在灌注完成后用清水沖洗注漿管，避免水泥漿凝結(jié)在管壁上。等到溶洞內(nèi)水泥漿凝固后，反復(fù)進(jìn)行灌砂、壓漿操作直至灌滿溶洞。

局限性：若溶洞空間較大，混凝土使用量較多，施工成本較高。在灌注砂漿時(shí)，一部分溶洞有向周邊及下邊發(fā)育的跡象，并且溶腔內(nèi)部裂隙較多，在灌注砂漿時(shí)，混凝土可能會(huì)隨著裂隙流向地下暗河，混凝土?xí)S著大量流失，導(dǎo)致施工成本過高。

1.3 旋噴帷幕法

旋噴帷幕法主要針對(duì)高度大于8 m的溶洞，適用于樁周附近易塌土層預(yù)加固處理。采用單管水泥砂漿注漿。在旋噴樁位放樣后，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)。成孔后，拔出巖芯管，換上帶有特制噴嘴的噴管插入指定深度。按照設(shè)計(jì)參數(shù)配備好水泥砂漿后，利用高壓脈沖泵從噴嘴噴出水泥漿液破壞溶洞周圍土體，同時(shí)將噴桿旋轉(zhuǎn)、提升，將漿液與溶洞四周崩落的土混合。等到它們凝固后，便形成圓柱狀固結(jié)體。通過旋噴樁的相互咬合搭接，使之搭接成閉合的帷幕，起到阻截地下水和支護(hù)溶洞的作用。

局限性：旋噴帷幕法施工過程較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的要求較高。調(diào)配的泥漿稠度要合適，稠度過大容易堵塞管道，稠度過低噴射效果不好。在現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)有專業(yè)人員經(jīng)常測(cè)試水泥泥漿比重，噴漿作業(yè)中，還需要及時(shí)了解地層情況，施工人員適當(dāng)調(diào)整水泥漿和水灰比來調(diào)整漿液性能，保持漿液的可噴性。施工過程還需要經(jīng)常檢查、記錄注漿壓力、注漿深度、漿液流量及噴機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法

對(duì)于較大型溶洞，且洞內(nèi)無填充物或有少量填充物，漏水情況比較嚴(yán)重，采用其他方法仍無法形成泥石護(hù)壁，一旦處理不當(dāng)將會(huì)出現(xiàn)泥漿迅速流失現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)斷樁風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)這種情況，可采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法。該方法是在鉆孔時(shí)將鋼護(hù)筒跟進(jìn)下放至溶洞底部巖層，可隔絕溶洞內(nèi)流塑狀填充物或水的活動(dòng)，有效防止溶洞頂板大量漏漿使地面層塌陷，防止塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

在施工過程中，施工人員先通過振動(dòng)打樁錘將孔壁打壓嚴(yán)實(shí)，在沖擊過程中要隨時(shí)掌握孔內(nèi)地層情況，并且勻速、輕緩的提升沖錘，以免護(hù)壁失穩(wěn)坍塌。之后提起鉆頭，將鋼護(hù)筒吊起，并將其插入外鋼護(hù)筒內(nèi)，緩慢下放至巖面，在接近溶洞時(shí)，向其中拋入填充片石，若鋼護(hù)筒出現(xiàn)下沉困難的情況，可輕緩振動(dòng)輔助其下沉。對(duì)外護(hù)筒進(jìn)行固定后，開始對(duì)頂板進(jìn)行沖鉆，反復(fù)提升沖錘。當(dāng)沖錘感受不到明顯障礙物時(shí)，說明溶洞內(nèi)已經(jīng)成功成孔。在此過程中要不斷拋填片石及黏土塊，對(duì)回填的片石進(jìn)行反復(fù)沖砸，并隨時(shí)注意孔內(nèi)情況，及時(shí)補(bǔ)充泥漿至孔內(nèi)。通過對(duì)回填材料反復(fù)沖砸，使孔樁旁邊形成護(hù)壁，然后將內(nèi)鋼護(hù)筒放入其中。

局限性：鋼護(hù)筒在施工過程中要嚴(yán)格遵守工藝流程，在鉆孔和下放鋼護(hù)筒時(shí)要確保其垂直度滿足要求，避免出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。施工結(jié)束后，由于鋼護(hù)筒難以回收造成其成本較高。鋼護(hù)筒施工法適用于大型溶洞或者地層有深厚淤泥質(zhì)等復(fù)雜土層。

2 溶洞樁基施工常見問題

2.1 漏漿、塌孔

漏漿問題是溶洞樁基施工中重點(diǎn)監(jiān)視的問題，由于巖溶地段地層中有很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的縫隙、空洞、溝壑等，并且在鉆孔施工時(shí)溶洞內(nèi)未填充密實(shí)，在灌漿的過程中泥漿會(huì)流失，造成漏漿，嚴(yán)重時(shí)孔內(nèi)液面會(huì)快速降低，孔內(nèi)外產(chǎn)生巨大的壓力差而塌孔。

塌孔多由漏漿產(chǎn)生，也有可能由于施工操作不當(dāng)，比如在提鉆頭或者下放鋼筋籠時(shí)觸碰破孔壁，或者是護(hù)筒附近放置太多重物造成塌孔。塌孔主要分為孔內(nèi)塌孔和孔口塌孔兩種，一般孔內(nèi)塌孔更難處理。塌孔問題影響較嚴(yán)重，甚至可能造成樁孔報(bào)廢，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)并能有效解決塌孔問題在巖溶地段樁基施工中是非常重要的。

2.2 偏孔

偏孔是指在成孔施工過程中，樁孔出現(xiàn)傾斜，其傾斜程度不符合施工和規(guī)范要求。偏孔產(chǎn)生的主要原因是巖層風(fēng)化程度不均或者樁孔內(nèi)部底層巖石軟硬不均，當(dāng)沖錘沖到此處時(shí)，鉆桿突然偏向一側(cè)。此外，鉆孔過程中，樁基平臺(tái)由于支撐不好、機(jī)器被移動(dòng)以及出現(xiàn)儀器故障等原因也會(huì)導(dǎo)致偏孔現(xiàn)象。

2.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆

當(dāng)鉆孔施工時(shí)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)、孔壁不規(guī)則或者機(jī)器故障會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致卡鉆、掉鉆、埋鉆等事故的發(fā)生。事故發(fā)生的主要原因有卡鉆時(shí)強(qiáng)行提升，導(dǎo)致鉆桿或者鋼絲繩發(fā)生斷裂；在黏土層中黏土添加過多導(dǎo)致埋鉆；鋼絲繩。轉(zhuǎn)向環(huán)等儀器老舊或者損壞，沒有及時(shí)更換；鉆孔前地質(zhì)探查不明，鋼護(hù)筒沒有跟進(jìn)到足夠深度位置?？ㄣ@和掉鉆如果沒有處理被埋沒，就會(huì)造成埋鉆。從以上因素可以看出，導(dǎo)致卡鉆、掉鉆、埋鉆事故的主要原因有機(jī)器設(shè)備故障和人為操作不當(dāng)。

2.4 鋼筋籠被卡住

在鉆孔完成后吊放鋼筋籠被卡住，說明鉆孔是彎曲的或“蛇形孔”。彎孔或蛇形孔出現(xiàn)的原因主要是由于鉆進(jìn)速度過快，鉆頭在鉆進(jìn)過程中避開堅(jiān)硬的巖層，沿著松軟的土層鉆進(jìn)導(dǎo)致的。

3 溶洞樁基施工事故處理方法

3.1 漏漿、塌孔處理

在巖溶地區(qū)的樁基施工，施工前期要做好防護(hù)工作，施工后期要做好補(bǔ)救措施。在施工中要準(zhǔn)備好足量的片石、黏土和水，以便出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時(shí)能及時(shí)補(bǔ)救。針對(duì)施工過程中出現(xiàn)的塌孔現(xiàn)象，為了保護(hù)鉆機(jī)，施工之前在鉆機(jī)底部墊上鋼板，擴(kuò)大承重面積，防止鉆機(jī)因土層塌陷而損壞，保證現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全。

3.2 偏孔處理

針對(duì)偏孔問題，在施工過程中可采用片石和黏土進(jìn)行回填，這是最方便也是最經(jīng)濟(jì)的處理措施?；靥钇靥钪疗? m以上位置，用鉆頭將片石沖砸密實(shí)，施工人員要隨時(shí)注意鉆頭是否保持水平，一旦出現(xiàn)偏孔，馬上糾正。若在施工過程中出現(xiàn)較堅(jiān)固的探頭石，采用回填片石方法仍然處理不好時(shí)，可以采用高標(biāo)號(hào)混凝土回填，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后繼續(xù)鉆孔。

3.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆處理

現(xiàn)場(chǎng)人員要經(jīng)常檢查鉆桿、鋼絲繩和聯(lián)結(jié)裝置。對(duì)有損壞的設(shè)備及時(shí)更換。在鉆頭上裝備保險(xiǎn)繩方便掉錘后的打撈。面對(duì)卡鉆的情況開始要輕提鉆頭，如果提拉不上鉆頭，可采用沖擊的方法使鉆頭周圍的土石松軟后再提出。在拋填片石黏土?xí)r，要對(duì)泥漿稠度和鉆頭進(jìn)尺深度進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)已糊鉆，應(yīng)立即改用小沖程緩慢施工，并回填部分砂和礫石以降低泥漿稠度。

3.4 鋼筋籠被卡住處理

鉆孔驗(yàn)收合格后才能下放鋼筋籠，如果吊放鋼筋籠被卡住，立即停止下放，避免鋼筋籠被卡死，先嘗試能否將鋼筋籠提上來，提上來后就重新下鉆掃孔，并檢測(cè)鉆孔垂直度。如鋼筋籠提不上來也放不下去，此時(shí)應(yīng)下放兩個(gè)吊鉤用起重機(jī)提升鋼筋籠，提升完成后對(duì)該孔位再次驗(yàn)收合格后才可重新下放鋼筋籠。

4 結(jié)語

多溶洞地區(qū)橋梁樁基施工是橋梁施工中的難點(diǎn)，本文介紹了4種常見的溶洞樁基施工技術(shù)，并論述了各個(gè)施工方法的適用情況、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)以及缺點(diǎn)，討論了各個(gè)方法的適用情況。多溶洞地段地質(zhì)條件復(fù)雜，樁基處理一旦處理不當(dāng)容易造成大的安全事故。面對(duì)這些施工難題，針對(duì)性的提出解決漏漿、塌孔、偏孔、掉鉆和鋼筋籠被卡住等問題的方法，為類似溶洞處理提供了參考依據(jù)。