采空區(qū)內(nèi)鉆孔灌注樁常見問題及預(yù)防措施

閆 旭 杜麗文

(1.山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250098； 2.濟(jì)南鐵路局，山東 濟(jì)南 251100)

地下采空區(qū)內(nèi)常伴隨塌陷及裂隙，地質(zhì)結(jié)構(gòu)薄弱且復(fù)雜。鉆孔灌注樁隱蔽性大，地質(zhì)的多變將加大鉆孔難度。施工過程中若沒有采用適合的施工技術(shù)，采空區(qū)內(nèi)鉆孔很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，導(dǎo)致工期延誤、經(jīng)濟(jì)損失。本文根據(jù)工程實(shí)踐，針對(duì)采空區(qū)內(nèi)鉆孔灌注樁常遇到的問題及預(yù)防措施進(jìn)行論述。

1 工程概況

本工程地處山東南部，橋長520 m，跨徑組合為13×40 m，采用樁基礎(chǔ)。該橋跨越某煤礦采空區(qū)，該煤礦距今已有120年的歷史，現(xiàn)已荒廢。起初由政府組織開采(露天開采)，后由日本侵略軍接手。開采殆盡后，當(dāng)?shù)鼐用耖_始私自無規(guī)則開采(礦洞開采)，地下礦道遍布，走向無法確定。經(jīng)尋訪當(dāng)?shù)卮迕?，了解到部分礦道得到回填，但仍有部分保持原狀，地層環(huán)境極其復(fù)雜。本橋2號(hào)～8號(hào)樁所處區(qū)域便為當(dāng)時(shí)清政府露天開采區(qū)域，現(xiàn)已積水成湖，根據(jù)墩高、水深本橋采用2.5 m樁基礎(chǔ)。

2 鉆孔歪斜

橋梁樁基施工過程中，容易出現(xiàn)鉆孔傾斜的情況，除鉆機(jī)鉆桿磨損不均、鉆桿歪斜等原因外，筑島的密實(shí)、平整成為鉆孔豎直的關(guān)鍵保證。

2.1 導(dǎo)致原因剖析

采空區(qū)內(nèi)多塌陷地，地下水上涌、露天雨水沉積形成湖，淺水區(qū)域一般通過填筑圍堰進(jìn)行施工平臺(tái)搭建，運(yùn)輸過程會(huì)破壞土原有的密實(shí)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土與土顆粒之間間距拉大，土體密實(shí)度下降。鉆機(jī)施工過程中施工平臺(tái)沉降不均，若不及時(shí)糾正，將會(huì)引發(fā)鉆孔歪斜，對(duì)橋梁的穩(wěn)定性帶來一些不利的影響。

2.2 處理及預(yù)防措施

針對(duì)此情況則要求在平臺(tái)填筑時(shí)，對(duì)出水的平臺(tái)用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程。填筑過程中嚴(yán)格把控填筑材料的粒徑，針對(duì)超大粒徑的孤石進(jìn)行剔除處理，防止鉆孔過程中對(duì)鉆孔產(chǎn)生影響，導(dǎo)致傾斜。鉆機(jī)下鋪設(shè)鋼板，加大鉆機(jī)和地面的接觸面積，亦能達(dá)到減少不均勻沉降的目的。另外，針對(duì)地質(zhì)發(fā)生改變的地層，鉆孔過程中要注意控制鉆速及鉆壓，能有效防止鉆頭打滑，從而避免鉆孔歪斜的發(fā)生。

3 樁基漏漿超方

鉆孔過程可能會(huì)遇到完全貫通的巷道，若巷道與鉆孔孔壁相切，則不宜被發(fā)覺。灌注過程中會(huì)引發(fā)樁基漏漿超方。樁基漏漿超方嚴(yán)重時(shí)，對(duì)樁基的質(zhì)量保證提出很大的挑戰(zhàn)。

3.1 導(dǎo)致原因剖析

混凝土供給不足，會(huì)延長灌注時(shí)間，上層混凝土流動(dòng)性降低逐漸凝固，引發(fā)鋼筋籠上浮、導(dǎo)管堵塞等問題，嚴(yán)重則引發(fā)斷樁等質(zhì)量事故。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示地下無空洞，本大橋在施工過程中按照正常施工工藝采用旋挖鉆鉆孔作業(yè)(干作業(yè)法)。施工過程中未出現(xiàn)任何的異常情況，探籠探孔也未發(fā)現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。但在實(shí)際灌注過程中，隨著混凝土灌入孔內(nèi)，混凝土液面停留在某個(gè)高度始終無法繼續(xù)上升。經(jīng)分析為遇到采空區(qū)內(nèi)荒廢的巷道，混凝土通過巷道流失。項(xiàng)目部立馬采取應(yīng)急措施，多拌合站調(diào)撥混凝土，加大灌注的速度及罐車供混凝土效率，同時(shí)要求吊車不停上下抽動(dòng)導(dǎo)管，防止上層混凝土凝固。歷時(shí)2個(gè)多小時(shí)，經(jīng)過10余車(約160 m3)混凝土灌入孔內(nèi)，混凝土液面才逐漸開始繼續(xù)上升。本樁樁徑為2.5 m，深度為43 m，設(shè)計(jì)混凝土方量為210 m3，實(shí)際混凝土灌注量為460 m3，超方超過1倍，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10余萬元。

3.2 處理及預(yù)防措施

樁位處原位探孔可發(fā)現(xiàn)地層中空洞，可使樁基漏漿超方發(fā)生的概率大幅降低，但又因探孔孔徑有限，無法將此問題徹底消除。

事后分析，面對(duì)此問題采取的應(yīng)急措施稍有不妥，緊急調(diào)撥混凝土為正確做法，當(dāng)發(fā)現(xiàn)持續(xù)加大灌注速度仍無明顯效果時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低灌注混凝土的速率，留給混凝土初凝的時(shí)間，使混凝土能逐漸封閉漏漿區(qū)域。

另外，采空區(qū)內(nèi)即使地質(zhì)良好也應(yīng)采用濕作業(yè)法，利用泥漿進(jìn)行護(hù)壁，使孔內(nèi)泥漿高于孔外1.0 m以上，保持孔內(nèi)外泥漿的液面差。若在鉆孔過程中，出現(xiàn)泥漿液面快速下降，則可初步判定遇到地下縫隙，應(yīng)立即回填低標(biāo)號(hào)混凝土，等混凝土初凝后，再進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔過程中如若再次發(fā)生快速泥漿泄露，則重復(fù)以上操作。如此反復(fù)可徹底消除混凝土漏漿超方事故。若較淺區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，反復(fù)使用回填再成孔的方式則會(huì)使工期延長，經(jīng)濟(jì)性降低。針對(duì)較淺區(qū)域則可使用全護(hù)筒進(jìn)行跟進(jìn)，將漏漿范圍限制在護(hù)筒區(qū)域內(nèi)，此方法較為便捷。

4 塌孔

廢棄巷道的封填，通常采用水撼砂的方式，此封堵方式省時(shí)省力，快捷便利。但遇到此種地質(zhì)則極易引發(fā)塌孔，嚴(yán)重將導(dǎo)致斷樁。地質(zhì)報(bào)告顯示本大橋某小樁號(hào)樁基所處區(qū)域?yàn)橹酗L(fēng)化巖層，自穩(wěn)效果良好。加之場內(nèi)區(qū)域受限無處設(shè)置泥漿池，于是采用旋挖鉆干作業(yè)法進(jìn)行鉆孔作業(yè)。灌注過程中出現(xiàn)混凝土超方現(xiàn)象，采取補(bǔ)發(fā)混凝土處理。灌注完成后進(jìn)行超聲檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)該樁27 m～35 m均無波形反饋，于是對(duì)該樁進(jìn)行取芯處理(取芯圖片如圖1，圖2所示)，27 m～35 m芯樣均為不完整小顆粒。項(xiàng)目部會(huì)同業(yè)主、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理研究決定，根據(jù)該樁設(shè)計(jì)類型對(duì)該樁采取原位破除后進(jìn)行重新澆筑處理，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)90萬元。

4.1 導(dǎo)致原因剖析

通過搜集斷樁區(qū)域渣樣后觀察發(fā)現(xiàn)，斷層部位并非為混凝土而是表觀類似砂漿的無強(qiáng)度粗砂；考慮該樁在灌注過程中超方約90 m3。基于以上幾點(diǎn)判斷是遇到用砂封填的巷道或砂質(zhì)軟層，造成此問題是因?yàn)榧扔械貙咏Y(jié)構(gòu)松散且不密實(shí)，受到外界擾動(dòng)后便坍塌而形成斷樁夾層，見圖3，圖4。除此之外，鉆孔灌注樁產(chǎn)生斷樁的原因主要有以下幾個(gè)方面：

1)拌制混凝土和易性較差，水泥漿與粗細(xì)骨料分離，整體性較差；

2)灌注時(shí)導(dǎo)管內(nèi)漏水，導(dǎo)管內(nèi)混凝土配比發(fā)生改變，漿液與骨料分離；

3)灌注混凝土中途因故中斷，停頓時(shí)間過長，不得不將導(dǎo)管提離混凝土面造成斷樁。

4.2 處理及預(yù)防措施

針對(duì)塌孔的成因，可采取以下預(yù)防措施:1)不管地質(zhì)是否良好，均應(yīng)采用泥漿護(hù)壁配合鉆孔作業(yè)，選用合適的泥漿比重、泥漿粘度和鉆孔速度。2)如遇砂層時(shí)，可提高泥漿稠度并適當(dāng)降低鉆進(jìn)速度。3)不具備灌注混凝土條件時(shí)，暫時(shí)不要清孔，避免降低泥漿比重。4)保證混凝土的和易性，確?；炷临|(zhì)量滿足施工要求。5)根據(jù)施工安排，合理配置混凝土罐車的數(shù)量，運(yùn)輸過程中應(yīng)保持料斗不停轉(zhuǎn)動(dòng)，灌注前應(yīng)加大油門攪拌1 min左右，灌注過程中要一灌到位，灌注前要對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行嚴(yán)密性檢查，按照編號(hào)連接，準(zhǔn)確記錄每節(jié)導(dǎo)管的長度，不可混用，避免灌注混凝土的過程中發(fā)生漏水漏氣。6)雨季施工應(yīng)采取相應(yīng)措施，避免暴雨淋入管內(nèi)。

發(fā)現(xiàn)塌孔情況后，應(yīng)查明原因，針對(duì)不同情況采取相應(yīng)的處置措施，根據(jù)嚴(yán)重情況可采取以下三種方法:1)發(fā)生輕微塌孔時(shí)，可加大泥漿比重，提高泥漿水頭。2)塌孔深度不大時(shí)，可加大護(hù)筒埋設(shè)深度，夯實(shí)基礎(chǔ)后重新開鉆。3)若塌孔嚴(yán)重，應(yīng)立即采用粘土回填，必要時(shí)移走鉆機(jī)，待回填穩(wěn)定后再重新開鉆。

針對(duì)已發(fā)生斷樁事故的樁基，應(yīng)根據(jù)樁基設(shè)計(jì)類型進(jìn)行處理。若為摩擦樁應(yīng)采用在斷樁樁基兩側(cè)分別鉆孔，采用“扁擔(dān)樁”形式進(jìn)行補(bǔ)救；若為端承樁則可對(duì)原樁進(jìn)行破碎后重新灌注，鉆孔過程中應(yīng)注意斷層區(qū)域內(nèi)土體穩(wěn)定保護(hù)及孔底沉渣的清理。

5 結(jié)語

對(duì)采空區(qū)內(nèi)樁基施工中遇到問題進(jìn)行研究，加強(qiáng)筑島平臺(tái)密實(shí)度管理對(duì)鉆孔垂直度的保證極為有效，利用泥漿配合鉆孔作業(yè)對(duì)空洞預(yù)警及塌孔預(yù)防具有良好效果。綜合來說，采空區(qū)內(nèi)鉆孔施工與其他地質(zhì)內(nèi)樁基施工基本類似，采用常規(guī)施工工藝輔助鉆孔即可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)判、預(yù)警提醒、質(zhì)量把控，從而將采空區(qū)內(nèi)鉆孔灌注質(zhì)量事故杜絕。