采用水泥土混合料用于溶洞止?jié){試驗(yàn)性研究

廖玉倉(cāng) 楊彥詩(shī) 劉德新

溶洞樁基施工中，一旦將溶洞打通，泥漿液面將驟然下降，導(dǎo)致樁內(nèi)護(hù)壁兩側(cè)應(yīng)力差增加，進(jìn)而導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象發(fā)生，此外溶洞位置處理難度大。尤其針對(duì)串珠狀溶洞，若采取護(hù)壁措施不當(dāng)，塌孔現(xiàn)象將反復(fù)發(fā)生，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。本文通過采用水泥、黏土、片石組成不同的配合比進(jìn)行回填，收集數(shù)據(jù)，分析不同配合比情況下的填充效果，為溶洞樁基沖擊成孔提供參考。

復(fù)雜溶巖發(fā)育地質(zhì)條件下的樁基施工存在巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)嚴(yán)重制約著施工進(jìn)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在不采取預(yù)防手段即應(yīng)急措施的情況下，溶洞樁基施工發(fā)生塌孔、卡錘、埋鉆等一系列事故的概率較正常地質(zhì)段落大3-5倍，極端情況下還將導(dǎo)致地面大范圍塌陷及鉆機(jī)傾覆等事故。本文主要為溶洞樁溶洞回填提供理論分析依據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，以期解決溶洞樁施工中根治塌孔的技術(shù)難題，進(jìn)而保證現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。

一、工程概況

廣西荔玉高速公路TJ17 標(biāo)巖溶地質(zhì)樁基分布在院垌分離立交4#-15#墩之間，多為串珠狀溶洞，溶洞洞徑0.4-14.3m，平均洞徑2.99m，溶洞發(fā)育頂深度11.2-37.0m 不等，溶洞底深度12.1-39.3m 不等，未見明顯溶蝕基準(zhǔn)面，巖溶發(fā)育等級(jí)為強(qiáng)烈發(fā)育。溶洞內(nèi)呈粘性土、碎石全填充、半填充及無填充。護(hù)壁方法為片石粘土筑壁法。護(hù)壁材料選用水泥、黏土及片石混合物?？勺鳛槿芏礃妒┕さ牡湫桶噶?。

二、研究目的

在溶洞樁施工過程中，通過采用不同的水泥、黏土、片石混合料填充試驗(yàn)，研究防止軟弱層坍塌及溶洞區(qū)封閉所采用的最合理的護(hù)壁效果，得出混合料最優(yōu)摻填配合比，并為后續(xù)施工提供借鑒，從而達(dá)到加快施工效率、節(jié)約施工成本的目的。

三、研究方案

1.方案擬定

樁基施工中突然遇到溶洞時(shí)，其塌孔原因主要有兩點(diǎn)：其一是由于樁基在施工過程中突然打通溶洞孔壁引發(fā)漏漿，帶動(dòng)泥漿液面驟然降低致使周邊護(hù)壁失穩(wěn)，從而引發(fā)塌孔等事故；其二是溶洞位置受長(zhǎng)期侵蝕，其臨空面異常脆弱，是發(fā)生二次塌孔的敏感點(diǎn)。尤其是串珠狀溶洞，在同一斷面上存在多個(gè)獨(dú)立封閉的溶洞，施工中由于其護(hù)壁受力變化劇烈，采用單一片石回填無法根治塌孔現(xiàn)象。因此需要選用一種帶有膠凝材料的混合物進(jìn)行回填。

圖1 溶洞樁試驗(yàn)研究流程圖

2.準(zhǔn)備階段

溶洞樁基施工前需根據(jù)溶洞大小計(jì)算所需回填材料方量，初次施工，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分類儲(chǔ)備片石2000m3、黏土2000m3(清表后粉黏土質(zhì)即可）、P032.5 水泥的材料數(shù)量300t。現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備卡特320 型挖機(jī)2 輛，自卸車2 輛，現(xiàn)場(chǎng)試制混合料摻填配合比，確定水下初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、混合物護(hù)壁強(qiáng)度等試驗(yàn)參數(shù)。

此外場(chǎng)內(nèi)需完成三通一平，泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置，周邊排水情況設(shè)置，人員施工前培訓(xùn)交底等準(zhǔn)備工作。

3.施工要求

樁基施工過程中，操作手應(yīng)全程觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停鉆。其中，在施工至溶洞頂一定范圍內(nèi)（1 ～3m），要求操作手減小沖程進(jìn)行施工；現(xiàn)場(chǎng)安排挖機(jī)1 輛，并要求挖機(jī)司機(jī)原地待命，保證出現(xiàn)異常后，應(yīng)急處置及時(shí)展開。

隨著泥漿液面的迅速降低，其塌孔風(fēng)險(xiǎn)將迅速增大，但仍然給操作人員留有一定的應(yīng)變時(shí)間，此時(shí)則需立即展開應(yīng)急處置措施，首先一旦發(fā)現(xiàn)液面降低應(yīng)立即停止鉆機(jī)鉆進(jìn)，并迅速提鉆，以防鉆機(jī)被埋。其次，挖機(jī)就位，按指定比例依次迅速填投片石、黏土、水泥等材料，同時(shí)注入泥漿液作為拌和用水，盡快恢復(fù)至原液面，盡可能降低塌孔概率。

圖2 溶洞群地質(zhì)縱斷面圖

表1 土壓力計(jì)算對(duì)比表

表2 漏漿情況及處理時(shí)間與塌孔的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.試驗(yàn)研究及數(shù)據(jù)收集

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，水田內(nèi)飽和土體密度在約18g/cm3，現(xiàn)場(chǎng)配置泥漿比重1.4，計(jì)算可塑～硬塑黏土最大厚度30m，靜止土壓力及泥漿護(hù)壁下土壓力對(duì)比如表1。

本工程溶洞樁地區(qū)，周邊環(huán)境為水田軟基等地段，地表層為可塑～硬塑黏土（平均深度大于8m），其護(hù)筒長(zhǎng)度設(shè)置平均6m，根據(jù)施工統(tǒng)計(jì)，當(dāng)泥漿液面下降5m 以內(nèi)，受護(hù)筒保護(hù)，其樁頂基本不出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，一旦超過5m 塌孔率顯著提升，一般首次塌孔時(shí)間在泥漿面下降后0-30min 內(nèi)發(fā)生概率很小，在此期間內(nèi)完成溶洞填充，并迅速注入泥漿將液面恢復(fù)至護(hù)筒底1.5m 以上是防止塌孔的關(guān)鍵點(diǎn)之一。具體統(tǒng)計(jì)如表2。

表3 配合比調(diào)試記錄

一旦發(fā)生塌孔現(xiàn)象，最為明顯的特征是原地面明顯沉降，此外鉆機(jī)設(shè)備在發(fā)生塌孔后明顯異常。此時(shí)樁內(nèi)護(hù)壁異常脆弱，隨著時(shí)間的推移將持續(xù)塌陷，需立即測(cè)定塌孔部位，補(bǔ)充泥漿及回填片石等材料，修復(fù)塌孔孔壁。由于首次塌孔后泥漿護(hù)壁已遭到破壞，只采用片石回填存在兩個(gè)問題：其一是無法保證塌孔處填充物密實(shí)，且單一片石回填，缺乏粘結(jié)性，護(hù)壁效果差，樁孔結(jié)構(gòu)尺寸控制不理想；其二是片石成本較大，回填后沖擊施工效率較片石結(jié)合黏土填充較慢。此外為保證軟弱結(jié)構(gòu)面的護(hù)壁強(qiáng)度，需在回填材料中摻入一定比例的水泥，當(dāng)沖擊鉆二次沖孔后，帶動(dòng)片石、黏土及水泥有效混合，隨著水泥混合物終凝完成，其護(hù)壁效果將大大提升，當(dāng)再次遇到串樁溶洞后，已凝結(jié)成形的孔壁可有效保證不塌孔，進(jìn)而解決身施工質(zhì)量、節(jié)約回填材料及縮短工期。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)初始配合比確定為水泥：黏土：片石=250kg：850kg：1050kg，實(shí)際施工過程對(duì)回填效果進(jìn)行觀察檢測(cè)，并進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)情況如表3。

5.總結(jié)及成果

本文通過水泥土混合料用于溶洞止?jié){試驗(yàn)性研究，總結(jié)出一套在中小型溶洞樁基施工的技術(shù)成果，以指導(dǎo)項(xiàng)目施工，進(jìn)而保證施工質(zhì)量，提高施工效率。具體如下：

（1）漏漿最佳處理時(shí)間；漏漿后0 ～30min；

（2）在洞徑≤5m 無填充溶洞內(nèi)，水泥：黏土：片石=110：1170kg：950kg；

（3）在洞徑為5 ～9m 無填充溶洞內(nèi)，水泥：黏土：片石=120：1150kg：950kg；

（4）在洞徑≤5m 填充溶洞內(nèi)，水泥：黏土：片石=180kg：820kg：1150kg；

（5）在洞徑為5 ～9m 填充溶洞內(nèi)，水泥：黏土：片石=200kg：700kg：1250kg。

四、結(jié)語

巖溶地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造特殊，在其施工前必須掌握詳細(xì)的地質(zhì)報(bào)告資料，在鉆孔過程中遇到的情況也復(fù)雜多變，且往往具有綜合特征及連鎖效應(yīng)。因此溶洞樁的處理必須全面考慮，針對(duì)實(shí)際施工過程中突出存在的問題采取相應(yīng)的解決措施，做好施工技術(shù)方案比選，綜合考慮各類處置措施的優(yōu)劣，一般而言采用泥漿筑壁法僅適用于中小溶洞的樁基施工，如遇到超大溶洞宜采用護(hù)筒跟進(jìn)法等進(jìn)行處置，施工中應(yīng)準(zhǔn)確判斷，從而在保證施工質(zhì)量的情況下給項(xiàng)目帶來施工效益。