巖溶地段鉆孔灌注樁施工控制措施分析

陸立友

摘 要：本文以寧合高速公路湯虎線中橋巖溶地段施工為實(shí)例，對(duì)有效解決復(fù)雜地質(zhì)溶洞鉆孔樁施工的問(wèn)題進(jìn)行分析論述，尤其是上層為淤泥質(zhì)粘土，下層為灰?guī)r地質(zhì)的溶洞地質(zhì)狀況地段鉆孔灌注樁的施工過(guò)程。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);溶洞;鉆孔灌注樁;公路工程

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 工程背景

湯虎線中橋設(shè)計(jì)里程K22+647.740～K22+701.260，全長(zhǎng)53.52 m，左幅單側(cè)拼寬，全寬42 m，左右分幅建橋（右幅箱通拆除后建）;橋梁上部結(jié)構(gòu)采用（3*16）m預(yù)制空心板梁，全橋一聯(lián);下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，樁柱臺(tái)，肋板臺(tái)，灌注樁基礎(chǔ)，兩側(cè)橋臺(tái)處設(shè)D80伸縮縫;橋面橫坡由墩（柱）、臺(tái)（肋）高度形成;橋面采用10.5 cm厚瀝青混凝土+柔性防水層+10 cm厚現(xiàn)澆混凝土鋪裝。

根據(jù)地勘資料揭示，該橋梁所處位置巖溶呈現(xiàn)發(fā)育性較強(qiáng)的特征，屬于灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)范疇，同時(shí)溶洞在該工程橋位區(qū)地層夾內(nèi)較多，并且具有呈現(xiàn)出隨機(jī)性，主要體現(xiàn)在其深度與實(shí)際分布空間這兩方面，基于此情況。該工程地質(zhì)在整體上呈現(xiàn)地質(zhì)變化波幅較高、巖面埋深程度有所差異、巖面強(qiáng)度差異性較強(qiáng)等特性。橋梁樁基礎(chǔ)施工建設(shè)工作，在該工程實(shí)際施工過(guò)程中，遇到一定困難，其作為地下隱蔽工程，溶洞對(duì)其施工效率與施工安全均存在直接影響，在此情況下，若施工人員并未采用恰當(dāng)?shù)姆椒?，容易引發(fā)相關(guān)施工事故，如塌孔、漏漿、斷樁等，在影響工程質(zhì)量安全的同時(shí)，也為施工安全埋下一定隱患。因此在樁基施工前應(yīng)充分了解橋梁各樁基所遇溶洞的發(fā)育規(guī)律、基本形態(tài)、規(guī)模大小、溶穴頂?shù)装鍘r層厚度、完整性、洞內(nèi)充填物形狀等，以采取穩(wěn)妥的處理措施，確定合理的樁基類型和樁底高程。為確保施工安全和工程質(zhì)量，施工前施工單位應(yīng)結(jié)合更詳細(xì)的地質(zhì)資料，核查、確定樁基最終施工處理方案。巖溶區(qū)每根樁的施工方案需經(jīng)多方確認(rèn)后再行施工。

2 主要施工方案

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)交底：在開(kāi)展鉆孔樁施工活動(dòng)前，為確保施工工序能夠達(dá)到工程施工設(shè)計(jì)要求，應(yīng)針對(duì)鉆孔樁施工各項(xiàng)工序，編制相應(yīng)作業(yè)控制要點(diǎn)卡片，作業(yè)指導(dǎo)書(shū)， 并在此基礎(chǔ)上與施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，確保作業(yè)人員能夠及時(shí)掌握相應(yīng)技術(shù)要求與施工規(guī)范內(nèi)容，便于其全面掌握相關(guān)施工工藝內(nèi)容，以及實(shí)際施工控制中的注意事項(xiàng)。

（2）進(jìn)場(chǎng)道路及場(chǎng)地平整：利用現(xiàn)有公路作為材料設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)道路。施工前，先進(jìn)行全封閉圍擋施工，利用渣土車清除多余培植土，整平場(chǎng)地、碾壓。

（3）機(jī)械設(shè)備、材料等的報(bào)驗(yàn)：沖擊鉆機(jī)、電焊機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，檢查其出場(chǎng)后，檢查其出廠合格證（設(shè)備檢驗(yàn)合格證）是否齊全，并向監(jiān)理報(bào)驗(yàn)。本項(xiàng)目灌注樁采用自拌站混凝土，C30 水下配合比試驗(yàn)需提前委托并上報(bào)監(jiān)理，聲測(cè)管、鋼筋原材及焊接試驗(yàn)將通過(guò)外委解決， 所有材料進(jìn)場(chǎng)后需報(bào)經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)后方可使用。

（4）泥漿池場(chǎng)地布置、開(kāi)挖及圍護(hù)：泥漿池設(shè)置在兩墩中間。鉆機(jī)上懸掛鉆機(jī)操作規(guī)程、安全注意事項(xiàng)牌以及鉆機(jī)編號(hào)，每個(gè)泥漿池可至少供一墩位樁基施工。泥漿池開(kāi)挖后，需在底面鋪設(shè)一層厚度約 3 cm 的砂漿封層，并找平，找平后在砂漿頂面鋪設(shè)一層防滲膠布或土工布，鋪設(shè)面需覆蓋泥漿池底面以及磚砌圍墻四周。

（5）探籠制作：探籠的制作根據(jù)樁基直徑制作，探籠外徑不小于設(shè)計(jì)樁徑。長(zhǎng)度為 4～6 倍的樁徑， 一般長(zhǎng)為 6 m，采用Φ22 鋼筋焊接制作，加強(qiáng)箍筋采用Φ22@2 m 鋼筋制作，焊接縫要飽滿， 牢固，采用“十字交叉”Φ20 鋼筋對(duì)箍圈進(jìn)行加固，保證使用時(shí)不變形不脫焊。按照探籠能夠下放至孔底為標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。

（6）探明管線：鉆機(jī)就位前，首先根據(jù)設(shè)計(jì)所給管線圖對(duì)每個(gè)承臺(tái)進(jìn)行核查，凡是樁位或承臺(tái)和管線位置發(fā)生沖突的一律不允許施工;對(duì)設(shè)計(jì)圖紙未明示的，人工用鐵鍬和鎬頭在樁位處橫向開(kāi)挖一條深 30 cm～50 cm的探溝，探明是否有管線，如有則不允許施工該承臺(tái)的任何一根樁基。

2.2 施工放樣

由設(shè)計(jì)院提供的曲線因素，是該環(huán)節(jié)需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行復(fù)核的首要內(nèi)容，即開(kāi)展中線樁復(fù)核工作。在完成復(fù)核后，開(kāi)展樁基中心坐標(biāo)計(jì)算工作，其計(jì)算內(nèi)容以墩臺(tái)里程樁號(hào)及其尺寸為主要參考內(nèi)容。為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，該坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果在經(jīng)過(guò)至少兩人的核對(duì)后，應(yīng)由該工程測(cè)量監(jiān)理工程師對(duì)其進(jìn)行審批。確保其計(jì)算結(jié)果無(wú)誤后，施工人員方可進(jìn)行施工。樁基放樣前，準(zhǔn)備好木樁和小釘子，用 GPS 放樣或全站儀架在控制點(diǎn)上利用極坐標(biāo)法放出樁位，當(dāng)樁位中心坐標(biāo)施測(cè)出來(lái)后，需要打上木樁，一直到木樁穩(wěn)定為止，并需要在樁頂精確放出樁位中心坐標(biāo)后，釘上小釘子。

2.3 護(hù)筒埋設(shè)

本工程灌注樁采用不小于δ=5 mm 壁厚的鋼護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)徑為采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)時(shí)應(yīng)比鉆頭大 20 cm。針對(duì)護(hù)筒施工埋設(shè)工序，在開(kāi)展施工活動(dòng)時(shí)，應(yīng)注意地面與護(hù)筒口的距離（ 應(yīng)保持至少高于地面30 cm的高度差）。并且針對(duì)埋設(shè)深度設(shè)置，為確保護(hù)筒埋設(shè)施工質(zhì)量，應(yīng)采用機(jī)械設(shè)備挖掘與人工挖掘相結(jié)合的模式，將其埋設(shè)在堅(jiān)固的土層中，確保其埋設(shè)深度至少超過(guò)1 m。在此基礎(chǔ)上，測(cè)量標(biāo)定的樁位中心應(yīng)與護(hù)筒中心重合，二者的實(shí)際偏差應(yīng)控制在 5 cm范圍內(nèi)。完成上述工序后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行樁位復(fù)測(cè)和樁機(jī)就位，并結(jié)合施工情況做好加固工作，降低成孔過(guò)程中，出現(xiàn)傾斜或偏位等事故發(fā)生概率，應(yīng)將護(hù)筒傾斜度控制在1%的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.4 泥漿制備、凈化處理

施工時(shí)為了增大泥漿比重，加入優(yōu)質(zhì)粘土。經(jīng)沉淀后循環(huán)再利用的泥漿其比重、粘度、含砂率等指標(biāo)必須滿足相關(guān)規(guī)定要求。一般在粘土中泥漿比重采用 1.1～1.35 左右，根據(jù)樁位具體地質(zhì)情況選用泥漿。

2.5 鉆孔

（1）在啟動(dòng)鉆機(jī)之前，請(qǐng)?jiān)阢@探前檢查所有準(zhǔn)備工作，包括檢查和維護(hù)主要設(shè)備;安裝后，鉆機(jī)的底部和頂部必須保持穩(wěn)定，并且在鉆進(jìn)過(guò)程中不得有移位或下降， 否則應(yīng)花費(fèi)時(shí)間。

（2）通常需要考慮地層變化，并且必須在地層變化的地點(diǎn)采集礦渣樣品，并在識(shí)別后記錄在記錄紙上并通過(guò)地質(zhì)剖面進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)打開(kāi)孔時(shí)，孔的位置必須精確并且鉆孔必須緩慢，并且當(dāng)所有鉆頭都在模具中時(shí)可以加速鉆孔。錐形鋼絲繩與鋼制保護(hù)筒中間位置的偏差不得超過(guò)2 cm。提起錐頭時(shí)，它必須穩(wěn)定并且不與保護(hù)壁和孔壁碰撞。為了避免阻塞孔壁，防止孔塌陷，意外或堵塞，建議在鉆孔過(guò)程中不要用力吹。

（3）如果在施工過(guò)程中確定地質(zhì)條件與初始鉆井?dāng)?shù)據(jù)不符，請(qǐng)立即通知項(xiàng)目，維護(hù)和其他部門，以便他們及時(shí)處理。在巨石表面鉆孔時(shí)，可能會(huì)丟棄硬度類似的碎屑或小卵石，并用高沖擊力或高低沖擊力填充，以將大石頭壓碎到孔壁中。在鉆孔過(guò)程中，必須經(jīng)常檢查樁的直徑，平面的位置和垂直軸的斜率，并且必須隨時(shí)糾正偏差。

（4）在打孔過(guò)程中，每4 m～6 m檢查一次打孔質(zhì)量。當(dāng)它接近預(yù)期的孔深時(shí)，精確控制鏡頭的深度并記錄進(jìn)入軸承層的情況。在施工過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)，準(zhǔn)確，及時(shí)地進(jìn)行成孔。

2.6 巖溶地段處理工藝

針對(duì)溶洞施工處理過(guò)程中的巖溶漏漿，以及坍孔現(xiàn)象。為降低其對(duì)施工的不利影響，施工人員應(yīng)及時(shí)采用適應(yīng)的施工技術(shù)，確保成樁，成孔工作能夠順利進(jìn)行，并且保證其能夠滿足工程設(shè)計(jì)對(duì)其承載力的要求。為此，施工人員在開(kāi)展施工活動(dòng)前，應(yīng)及時(shí)開(kāi)展全面勘察工作，全面掌握施工處的地質(zhì)情況，包括溶洞實(shí)際空洞大小、溶洞地層分布情況、溶洞填充物構(gòu)成等。在掌握上述情況的基礎(chǔ)上，施工人員可結(jié)合工程建設(shè)要求與實(shí)際地質(zhì)情況，選用不同的處理方式。基于目前的溶洞施工處理技術(shù)，可采用的技術(shù)主要有回填素混凝土填充、片石填充、泥漿護(hù)壁等施工方式。依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，8a 層溶洞：部分全填充，充填物為中風(fēng)化灰?guī)r、可塑狀粉質(zhì)黏土，部分無(wú)充填或半充填。且溶洞深度小于 3 ?m，項(xiàng)目部結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)采用回填造壁法處理工藝。

回填造壁法：溶洞內(nèi)無(wú)填充、半填充;溶洞高度不大，一般在 3 m以內(nèi)，但存在嚴(yán)重漏漿;護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持可采用片塊石、粘土和水泥按一定比例回填沖擊。用0.5 m～0.8 m 小沖程，不循環(huán)泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實(shí)，再加漿提高水頭到正常高度，形成人工泥石護(hù)壁。如此反復(fù)多次回填、反復(fù)沖擊直至形成泥石護(hù)壁不在漏漿為止。這是比較成熟和經(jīng)濟(jì)的施工方法，并且施工范圍內(nèi)有大量滿足施工要求的片塊石和粘土， 可就近取材，開(kāi)展施工工序。施工人員也可首先按照常規(guī)成孔工序進(jìn)行施工，行進(jìn)到溶洞鉆至漏漿時(shí)，可將片石與黃土投入其中。并多次投入，借助鉆頭設(shè)備自身的作用力，將投入的材料填充至巖溶裂縫，以及溶洞中，以此提升施工中各孔壁自身的穩(wěn)定性。同時(shí)，施工人員也可結(jié)合實(shí)際施工情況，摻入不同材料提升該工序成效，如鋸末、水泥、燒堿等。

2.7 清孔和驗(yàn)孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，對(duì)孔深、孔徑、孔位、孔形等進(jìn)行檢查，并報(bào)請(qǐng)監(jiān)理驗(yàn)收，并做好相關(guān)記錄，驗(yàn)收通過(guò)后，吊裝鋼筋籠、安裝導(dǎo)管，采用換漿法進(jìn)行清孔。

孔深檢查：用測(cè)繩進(jìn)行量測(cè)，測(cè)繩端部設(shè)置一個(gè)帶釬的測(cè)錘（重 3.5 kg）。量測(cè)前，用鋼尺校核測(cè)繩長(zhǎng)度，合格后方可使用?？咨畈坏眯∮谠O(shè)計(jì)孔深。

孔徑、孔形檢查：采用探籠進(jìn)行孔徑和孔形檢查。按照探籠能夠下放至孔底為標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。

泥漿性能檢查：采用泥漿比重儀、含砂率測(cè)定儀、稠度測(cè)定儀進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無(wú) 2 mm～3 mm 顆粒，泥漿比重不大于 1.1，含砂率小于 2%， 粘度 17 s～20 s。

沉渣厚度檢查：為準(zhǔn)確判定孔底碴是否清完，還得制作一平底測(cè)錘，清孔后采用平底測(cè)錘進(jìn)行孔深量測(cè)，兩次測(cè)孔深的差值即為沉渣厚度。本區(qū)段鉆孔樁設(shè)計(jì)允許沉碴厚度不得大于 15 cm，嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔作業(yè)。清孔后的各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下道工序。

2.8 鋼筋籠以及聲測(cè)管制作和安裝

2.8.1 鋼筋籠吊裝

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，針對(duì)鋼筋籠吊裝環(huán)節(jié)，應(yīng)針對(duì)其配備專門的運(yùn)輸車輛以及托架，避免其在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)損壞。在運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，在正式吊裝環(huán)節(jié)應(yīng)采用16 t標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別以上的車輛進(jìn)行吊放，在吊放時(shí)施工人員應(yīng)對(duì)鋼筋籠的垂直度進(jìn)行檢查，并確保其在對(duì)接時(shí)，上下節(jié)的中心線能夠保持一致。為降低孔口坍塌風(fēng)險(xiǎn)，在吊放過(guò)程中應(yīng)避免鋼筋籠左右旋轉(zhuǎn)，并控制其下放速度，禁止出現(xiàn)強(qiáng)制下落或迅速提起下放的現(xiàn)象。檢查完畢后由為了保證鋼筋籠骨架不變形，宜采用兩點(diǎn)起吊。鋼筋籠下放至標(biāo)高后，檢查鋼筋籠的中心是否偏位，使之滿足要求。焊接 4 根φ16 吊筋，吊筋端部制作成 O 形，以便穿鋼管固定于護(hù)筒頂，同時(shí)在相應(yīng)護(hù)筒頂位置焊接 O 形卡環(huán)，以防止砼灌注過(guò)程中的鋼筋籠上浮。施工隊(duì)?wèi)?yīng)配備足夠熟練的操作工進(jìn)行鋼筋籠的套筒對(duì)接，確保在 2.5 h內(nèi)完成安裝， 為成孔節(jié)約時(shí)間，防止沉渣過(guò)多或縮徑。

2.8.2 聲測(cè)管安裝

本橋段樁基均需安裝聲測(cè)管，待樁身混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行超聲波檢測(cè)成樁質(zhì)量，檢測(cè)合格后進(jìn)行下道工序的施工。根據(jù)目前已出圖紙所示，樁基需布置 3 根聲測(cè)管。聲測(cè)管的連接采用D70*6.0 mm 套管，底部與樁底等齊;在埋設(shè)過(guò)程中，應(yīng)檢查聲測(cè)管是否暢通，并事先灌滿清水，做好管底封閉、管口加蓋等工作。由于樁基檢測(cè)需要 3 根聲測(cè)管必須等高齊平，同時(shí)管頂高出設(shè)計(jì)樁頂面不少于 450 cm（送至原地面，承臺(tái)圍護(hù)開(kāi)挖前先檢測(cè)），施工安裝時(shí)必須考慮預(yù)留長(zhǎng)度，詳見(jiàn)下圖1所示：

2.9 混凝土灌注

2.9.1 導(dǎo)管安裝

一旦將鋼籠升起，必須立即安裝導(dǎo)管。導(dǎo)管應(yīng)使用直徑30 cm的快速卡口垂直提起，標(biāo)準(zhǔn)切口長(zhǎng)度為3 m，將上部調(diào)整為1 m和1.5 m，下部應(yīng)大于4 m。安裝管道時(shí)，戴上密封圈并擰緊電弧。降低過(guò)程中，將管子保持在直線軸的中心，然后逐漸降低，以免鋼筋籠和碰撞孔被困住。

在鋼筋籠吊裝完成后，應(yīng)立即組織導(dǎo)管安裝;導(dǎo)管采用直徑宜為 30 cm 的快速卡口垂直提升，標(biāo)準(zhǔn)分節(jié)長(zhǎng) 3 m，頂節(jié)采用 1 m 和 1.5 m 調(diào)節(jié)，最下節(jié)長(zhǎng)大于 4 m。導(dǎo)管安裝時(shí)要放設(shè)密封圈，擰緊箍圈;下放過(guò)程中保持導(dǎo)管位置居中，軸線順直，逐步沉放，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔。

2.9.2 混凝土制備

原材料的儲(chǔ)備：根據(jù)水下砼設(shè)計(jì)配合比，計(jì)算砼原材料用量，按照不少于 1.5 倍的理論用量進(jìn)行儲(chǔ)備，同時(shí)，進(jìn)場(chǎng)的原材料按照設(shè)計(jì)和公路工程高性砼的規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，保證原材料的質(zhì)量滿足要求。

2.9.3 混凝土灌注

在混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)灌注前，由試驗(yàn)人員按規(guī)定對(duì)混凝土的坍落度、入模溫度、含氣量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并做好相關(guān)記錄，對(duì)于砼質(zhì)量不符合規(guī)范要求的，予以退場(chǎng)處理; 同時(shí)按規(guī)范規(guī)定制作養(yǎng)護(hù)試件。砼灌注擬采用罐車直接進(jìn)行灌注。澆筑水下混凝土之前，再次檢測(cè)孔底泥漿沉淀厚度，如沉碴厚度大于 15 cm 時(shí)，對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行二次清孔，確?？椎壮敛旰穸确弦?guī)定要求。

2.10 樁基檢測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用超聲波投射法進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行下道工序的施工。

3 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果

在施工過(guò)程中，按照下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，每道工序完成后，質(zhì)檢員按照規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)，自檢合格后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收通過(guò)后，方可進(jìn)入下道工序施工。同時(shí)，在施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員進(jìn)行全過(guò)程施工記錄，記錄包括泥漿比重、地質(zhì)情況、不同地質(zhì)的鉆進(jìn)速度及施工過(guò)程中的意外事件和檢查驗(yàn)收情況。

4 結(jié)語(yǔ)

以上樁基鉆孔施工中存在的問(wèn)題及處理措施在寧合高速湯虎線中橋的施工中取得了較好的成效，使樁基順利通過(guò)了溶洞區(qū)。 在施工中沒(méi)有出現(xiàn)一例安全、 質(zhì)量事故，施工結(jié)束后，經(jīng)超聲波檢測(cè)，全部樁基合格，I 類樁率達(dá)到 100%。

參考文獻(xiàn)：

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