贛南地區(qū)巖溶地質(zhì)鉆孔樁技術(shù)研究

劉闊

一、工程概況

贛深鐵路龍南東站站房位于江西省贛州市龍南縣里仁鎮(zhèn)，龍南東站地處江西省龍南縣，站房中心里程DK104+738.4，站房采用線(xiàn)正下式，橋式站臺(tái)。龍南東站建筑面積9998.9m2，站場(chǎng)設(shè)計(jì)為2個(gè)站臺(tái)4條線(xiàn)路，側(cè)式站臺(tái)2座，巖溶區(qū)工程樁188根，樁長(zhǎng)為17.7m～64.9m，主要地質(zhì)為地處巖溶，屬隱伏巖溶區(qū)，鉆孔見(jiàn)洞率高，根據(jù)地質(zhì)勘察探明最大洞高22.48m，樁基采用800mm直徑?jīng)_孔樁，樁端全面進(jìn)入持力層深度20.8m，單柱豎向承載力特征值Ro=400kN,施工時(shí)最小樁長(zhǎng)由持力層深度控制，并保證樁端以下不小于5m范圍內(nèi)無(wú)巖溶夾層、巖溶溶洞分布，在樁基底端部位應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無(wú)巖體臨空。

二、方案選擇

巖溶區(qū)樁基鉆進(jìn)施工穿越溶洞時(shí)，打穿溶洞時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)漏漿、偏錘等現(xiàn)象，溶洞頂部巖層被鉆機(jī)鉆穿后，在上部孔隙水與下部巖溶水間水頭差的作用下，上層軟弱砂層會(huì)隨之流入下層溶洞從而造成塌孔。如溶洞較大，會(huì)引起樁基孔口附近地表塌陷，危及地表施工人員、設(shè)備、建筑物安全，對(duì)樁基施工造成較大難度為保證施工安全及工程質(zhì)量，制定鉆孔灌注樁專(zhuān)項(xiàng)施工方案，并經(jīng)專(zhuān)家評(píng)審。

三、工程方案比選

1.鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案

優(yōu)點(diǎn)為施工簡(jiǎn)單，工期短且施工速度快，樁基質(zhì)量有保障，有效控制混凝土超方；缺點(diǎn)為材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)及能耗均需較高的費(fèi)用，接樁難度較大。

2.拋填片石黏土混合料方案

優(yōu)點(diǎn)為施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好；缺點(diǎn)為需沖擊鉆配合夯實(shí)填充物，加固護(hù)壁，控制混凝土超方方面效果較護(hù)筒跟進(jìn)較差。

3.回填砼方案

優(yōu)點(diǎn)為對(duì)于各種溶洞、斜巖均可處理，適用性強(qiáng)；缺點(diǎn)為由于溶洞普遍非常發(fā)育，回填方量較大，經(jīng)濟(jì)性最差，回填后需等待混凝土凝固時(shí)間，施工速度慢，且存在一定程度的浪費(fèi)。

4.組合方案

采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)及拋填片石組合方案，能充分發(fā)揮鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填片石的各自?xún)?yōu)勢(shì)；對(duì)于樁身穿越高度大于5m的封閉型較大溶洞及部分較大的連通型溶洞，采用護(hù)筒跟進(jìn)措施進(jìn)行處理，發(fā)揮其施工簡(jiǎn)單，有效防止孔壁坍塌，工期短且施工速度快的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于空溶洞或半充填的溶洞，根據(jù)溶洞的大小回填適量的黏土（或黏土坯）和片石混合料，反復(fù)沖砸，如此順利穿越溶洞。

5.推薦方案

綜合以上施工方法來(lái)看，從施工質(zhì)量安全、工程進(jìn)度、工程造價(jià)、等方面推薦采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)及拋填片石組合方案。

四、總體方案確定

1.根據(jù)施工圖紙及工程地質(zhì)柱狀圖的核對(duì)，對(duì)樁基每段溶洞擬定處理方案。

2.在鉆孔穿過(guò)小溶洞、深層溶洞地層時(shí)，處理措施采用拋填法。

3.在鉆孔穿過(guò)大溶洞及串珠溶洞地層時(shí)，尤其穿越高度大于5m的封閉型較大溶洞及部分較大的連通型溶洞，采用護(hù)筒跟進(jìn)措施進(jìn)行處理。為提高成樁效率、保證工程質(zhì)量，巖溶樁采用旋挖機(jī)及沖擊鉆組合施工方案施工。

五、方案實(shí)施

1.工程樁施工

根據(jù)逐樁勘探柱狀圖的地質(zhì)情況選擇護(hù)筒跟進(jìn)、拋填片石+黏土擠壓措施，防止斜孔、彎孔、埋鉆、卡鉆、掉鉆、塌陷等事故的發(fā)生，以便順利成樁，綜合群樁基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)情況優(yōu)先施工長(zhǎng)樁、后施工短樁。分析樁基各個(gè)地質(zhì)區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，采取不同的鉆機(jī)型號(hào)、進(jìn)尺速度。

2.具體施工方案

（1）沖擊鉆鉆孔

開(kāi)鉆時(shí)，適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度，待鉆進(jìn)深度大于鉆頭高度1米后，即可按正常鉆進(jìn)速度施工。施工中注意護(hù)筒的穩(wěn)定性，如護(hù)筒周邊土體有異常，需及時(shí)處理，時(shí)間不宜太長(zhǎng)，防止泥漿不循環(huán)導(dǎo)致塌孔。

由于溶洞的存在，鉆進(jìn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)泥漿有損耗、漏失，要及時(shí)補(bǔ)充。在施工前根據(jù)地質(zhì)情況，準(zhǔn)備足量泥漿，保證漏漿后能及時(shí)補(bǔ)充泥漿。

每鉆進(jìn)1m或地層變化處，撈取鉆渣樣品，查明土類(lèi)并記錄，及時(shí)清除鉆渣，使鉆錐鉆進(jìn)新鮮地層。并與地質(zhì)勘探資料對(duì)比核對(duì)，確保鉆進(jìn)施工安全質(zhì)量可控。

成孔后保持泥漿循環(huán)，保證泥漿穩(wěn)定，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行第一次清孔，檢查孔深、孔徑、垂直度，并簽字確認(rèn)鉆孔深度。

（2）溶洞處理

①鋼護(hù)筒跟進(jìn)：對(duì)于樁身穿越高度大于5m的封閉型較大溶洞及部分較大的連通型溶洞，為了防止孔壁坍塌，采用護(hù)筒跟進(jìn)措施進(jìn)行處理：

鋼護(hù)筒的加工。鋼護(hù)筒訂購(gòu)半成品，護(hù)筒需保證一定的強(qiáng)度，壁厚選取8mm～10mm，長(zhǎng)度每節(jié)6m/4m，護(hù)筒內(nèi)徑1000mm。使用時(shí)依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況在施工現(xiàn)場(chǎng)焊接加長(zhǎng)。護(hù)筒靠下一面外側(cè)增焊加強(qiáng)刃腳，高度大于100mm。

鋼護(hù)筒加工拼接。由于鋼護(hù)筒內(nèi)徑1000，需要多次接長(zhǎng)，故鋼護(hù)筒順直度和連接強(qiáng)度要求較高，尤其是施工焊接質(zhì)量的控制，需加強(qiáng)檢查。為施工方便，采取逐節(jié)焊接，下放鋼護(hù)筒，直至需要沉放高度，一般需要采用打拔機(jī)輔助捶打至最深溶洞底。

護(hù)筒跟進(jìn)。護(hù)筒跟進(jìn)放依據(jù)實(shí)際情況確定拼接長(zhǎng)度；當(dāng)穿過(guò)巖溶溶洞時(shí)低速緩慢鉆進(jìn)，鉆進(jìn)無(wú)明顯卡頓，再用吊機(jī)將鋼護(hù)筒放入孔內(nèi)，需要接長(zhǎng)的需增設(shè)可靠擔(dān)杠，焊接接長(zhǎng)后再進(jìn)行后續(xù)施工；護(hù)筒跟進(jìn)過(guò)程中遇到下沉受阻時(shí)，可采用打拔機(jī)打入輔助打入。

②拋填片石、或拋填黏土片石混合料：穿越溶洞地質(zhì)時(shí)，查看泥漿池漿液量，確保在漏漿后能及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保證施工安全。擊穿溶洞后，根據(jù)溶洞的大小按1∶1的比例回填袋裝黏土（或黏土坯）和片石混合料，進(jìn)行沖砸堵漏，沖砸固壁，直到可正常鉆進(jìn)，反復(fù)操作直到順利穿越溶洞。鉆至離溶洞頂部1m左右時(shí)，準(zhǔn)備足夠的小片石(粒徑為10cm～30cm)和黏土，對(duì)于半充填和無(wú)充填采用沖擊鉆施工時(shí)注意在小于1m范圍內(nèi)減小沖程，防止卡鉆頭、掉鉆頭。

六、沉降觀(guān)測(cè)

因巖溶地質(zhì)極易發(fā)生地面坍塌，故施工過(guò)程需對(duì)施工周邊地面進(jìn)行沉降觀(guān)測(cè)。

1.布點(diǎn)方案

本方案監(jiān)測(cè)樁基周邊土體的豎向位移，防止塌孔，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)以樁基中心1.5m、3m、4.5m布設(shè)，樁基為中心四周布設(shè)。

2.垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

測(cè)點(diǎn)布置在以樁基為中心四周布設(shè)。布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距間隔1.5m、3m、4.5m。埋設(shè)件采用φ16鋼筋，長(zhǎng)度不小于80cm，頂部磨圓。要充分做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)工作，防止施工時(shí)將其破壞。

由于地表為土料，監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)需采用混凝土灌澆，保證樁基施工過(guò)程中的穩(wěn)定性可靠性；監(jiān)測(cè)點(diǎn)上部采用φ10PVC硬質(zhì)管保護(hù)。開(kāi)挖至少50cm深度，將監(jiān)測(cè)埋件打入土體，頂部略低于原地面，灌入混凝土，插搗密實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)同步做好防護(hù)措施，防止受損。

3.數(shù)據(jù)采集

（1）數(shù)據(jù)采集時(shí)間及初始值測(cè)定

場(chǎng)地平整完畢后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)按要求埋設(shè)完成。在樁基施工前至少獨(dú)立采集2次數(shù)據(jù)采用穩(wěn)定數(shù)據(jù)均值作為初始值。

（2）垂直位移數(shù)據(jù)采集與計(jì)算

垂直位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集采用儀器為電子水準(zhǔn)儀；Trimble DiNi03 精度；往返測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中誤差0.3mm/km。

按國(guó)家二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，形成閉合或附和觀(guān)測(cè)路線(xiàn)。

4.儀器選擇及觀(guān)測(cè)方法

沉降觀(guān)測(cè)使用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀及銦鋼水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行沉降觀(guān)測(cè)。放大倍率32倍，1KM來(lái)回測(cè)中差0.3mm，測(cè)距范圍1.5m～100m，所有儀器均經(jīng)檢驗(yàn)，在效期內(nèi)。監(jiān)測(cè)均采取單路往返閉合法。

5.監(jiān)測(cè)周期

開(kāi)挖過(guò)程中及下部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，每日監(jiān)測(cè)1次，當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沉降及位移情況有疑問(wèn)時(shí)，適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率。

七、結(jié)語(yǔ)

1.該工程在施工過(guò)程中，采用組合式方案將每根樁基成樁周期從6-7天縮短至3-4天，極大的提高了成樁效率。

2.鋼護(hù)筒對(duì)溶洞地質(zhì)地表沉降起到明顯效果，地表沉降均未報(bào)警，提高了施工過(guò)程中的安全性。

3.砼超方控制較好，相比相同地質(zhì)類(lèi)似工程明顯減少超方，從而降低成樁成本。

4.工程造價(jià)方面盡可能做到合理的同時(shí)，提高了成樁效率、保證了工程質(zhì)量及安全施工。