淺析巖溶地質(zhì)條件下的樁基施工

尹小香

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

1 工程概況

清遠(yuǎn)北江大橋?yàn)榍暹h(yuǎn)第一城側(cè)跨越北江的一座特大橋。全橋長(zhǎng)993.97m，有0#～28#共29個(gè)墩臺(tái)。其上部結(jié)構(gòu)組成為：2×20m+11×30m+（50+2×90+50）+11×30m=980m，包含2孔20m的預(yù)應(yīng)力砼空心板梁，22孔30m的預(yù)應(yīng)力砼T梁，以及4孔一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)。其下部結(jié)構(gòu)為?1.8m～?2.2m直徑的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。其中0#、1#墩為?1.8m鉆孔灌注樁，共計(jì)8根；14#、15#、16#三個(gè)主墩為?2.0m鉆孔灌注樁，每墩10根，共計(jì)30根；其余各墩均為?2.2m鉆孔灌注樁，共計(jì)54根。除0#、1#、2#三墩臺(tái)的10根摩擦樁外，其余82根樁均為處于溶巖及裂隙較發(fā)育地帶的支承樁[1]。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

大橋范圍內(nèi)地層分成四組，表層為第四系松散沉積層，以灰色、灰白色和黃色沖洪積粗砂、礫砂、卵石和粉質(zhì)黏土為主，厚度2.0～12.9m。第二組為第四系殘積層，主要分布在橋南，為黏粒占主要成分的粉質(zhì)黏土。第三組為老第三系沉積物，呈紫紅色、紅褐色強(qiáng)風(fēng)化礫砂巖，該層厚度0.5～7.5m。第四組泥盆系上統(tǒng)石灰?guī)r，巖層頂面高程－49.92～-12.5m，石灰?guī)r頂面溶蝕裂隙與節(jié)理裂隙較發(fā)育，橋位中部、北部發(fā)育程度高于南部，地質(zhì)勘察鉆孔中多數(shù)發(fā)現(xiàn)有溶洞。主橋位溶洞分布廣而多。在橋位方案論證中，第一方案，28個(gè)鉆孔，有12個(gè)發(fā)現(xiàn)了溶洞；第二方案，28個(gè)鉆孔，有17個(gè)發(fā)現(xiàn)溶洞；第三方案，28個(gè)鉆孔，有11個(gè)發(fā)現(xiàn)溶洞，最大的溶洞約16m。溶洞按其填充狀態(tài)可分為空的、半填充的和完全填充的三類(lèi)：按其填充物的性質(zhì)可分為黏性土、沙礫和稀土三類(lèi)；按其漏水情況可分為漏水和不漏水兩類(lèi)。溶洞的走向與河流的流向相同。根據(jù)上述地質(zhì)條件，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面經(jīng)過(guò)比較，選擇了靜壓化學(xué)灌漿法、套內(nèi)護(hù)筒法等施工技術(shù)配合使用處理溶洞，取得預(yù)期的效果，推介如下[2]。

3 主橋樁基對(duì)溶洞的處理

主橋樁基精確放樣后，在樁基施工平臺(tái)上用地質(zhì)鉆于樁中心進(jìn)行超前鉆，必要時(shí)增加鉆位。根據(jù)超前鉆的結(jié)果，確定護(hù)筒的打入深度。有溶洞的樁位，護(hù)筒沉至風(fēng)化巖層，置于強(qiáng)風(fēng)化巖面上，這樣可穿過(guò)土洞。護(hù)筒的底部即為巖層或溶洞的頂部。沒(méi)有溶洞的樁，護(hù)筒沉放要穿過(guò)淤泥質(zhì)亞黏土、黏礫層，置于沙礫質(zhì)亞黏土層至少2m深。根據(jù)溶洞的不同類(lèi)型，最后決定兼用兩種不同的施工方案。

方案A：當(dāng)溶洞內(nèi)有填充物填滿或有流沙的，或當(dāng)溶洞為空洞或填充物不滿（水洞）且深度在3m以?xún)?nèi)的，在鉆孔樁施工前先進(jìn)行預(yù)處理，采用靜壓化學(xué)灌漿法固結(jié)填充物和流沙，或用此法填滿溶洞，在固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度以后再鉆孔施工。

方案B：當(dāng)溶洞為空洞，且深度在3m以上的，擬用套內(nèi)護(hù)筒法施工，即用內(nèi)護(hù)筒穿過(guò)溶洞的施工方案。

方案A（靜壓化學(xué)灌漿法）施工方法。

圖1 基坑防護(hù)圖

3.1 技術(shù)要求

溶洞預(yù)處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達(dá)到一定的強(qiáng)度（20MPa以上），防止鉆孔樁施工時(shí)泥漿流失、流沙及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆筑等一系列施工工序的順利完成。溶洞預(yù)處理施工，在鉆孔樁施工之前進(jìn)行，相當(dāng)于在樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，于鉆孔樁施工工序之前加入一道預(yù)處理工序，與樁基施工的各工序一起形成流水作業(yè)。

3.1.1 處理方法選擇由于溶洞埋藏較深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法處理，有效的處理方法是灌漿法。而在眾多的灌漿法中，因溶洞的不規(guī)則性，決定了其處理的最有效和比較經(jīng)濟(jì)的方法是靜壓化學(xué)灌漿法。因此，采用靜壓化學(xué)灌漿法，同時(shí)也可兼用噴射灌漿法，促進(jìn)填充物強(qiáng)度的加強(qiáng)。

3.1.2 靜壓化學(xué)灌漿的加固特點(diǎn)漿材可在幾秒或在幾十秒內(nèi)瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內(nèi)且不流失，材料的利用率高，比較經(jīng)濟(jì)。漿材的結(jié)石率為100%，即1m3體積漿材可得1m3結(jié)石體。對(duì)溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過(guò)滲透作用板結(jié)砂和礫的；對(duì)于溶洞中的稀土、亞黏土等土體，漿液是通過(guò)劈裂、擠密作用加固土體的；對(duì)于無(wú)填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過(guò)充填作用填滿溶洞的。漿液在土體中的滲透擴(kuò)散方向是往小主應(yīng)力面方向，漿液固化后，小主應(yīng)力面得到加固，而原次小主應(yīng)力面變成小主應(yīng)力面。這樣，通過(guò)對(duì)小主應(yīng)力面反復(fù)不斷的加固，一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙，充填溶洞的空間，在樁體周?chē)纬煞浪∧唬乐沽魃澈捅ＷC護(hù)壁泥漿不流失；另一方面，提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻，防止坍孔。靜壓化學(xué)灌漿的關(guān)鍵在于漿材的配方和工藝。

3.1.3 工藝設(shè)計(jì)布孔：在超前鉆有溶洞的樁位四周均布4個(gè)灌漿孔。鉆孔：孔徑80mm，孔深要求達(dá)到最深溶洞的底部。 材料：普硅425＃水泥（新標(biāo)準(zhǔn)為普硅32.5MPa水泥）與化學(xué)漿。工藝：采用雙液灌漿系統(tǒng)進(jìn)行全孔灌漿，要求少量多次、反復(fù)灌漿。

3.2 主要施工機(jī)械設(shè)備

主要機(jī)械設(shè)備有：BW250泥漿泵，BW150泥漿泵，100型鉆機(jī)，泥漿攪拌機(jī)和貯漿槽，高壓灌漿管及其配件。

方案B（套內(nèi)護(hù)筒）施工方法

3.2.1 內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度的確定護(hù)筒長(zhǎng)度L＝h＋3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度）

3.2.2 內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑的確定。內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)大于Φ220cm，同時(shí)外徑應(yīng)小于外護(hù)筒內(nèi)徑5cm左右，如果只下一次內(nèi)護(hù)筒（一層溶洞），內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑選用233cm，壁厚為1cm，則外徑為235cm（主橋外護(hù)筒內(nèi)徑為240cm）。當(dāng)遇到第二層溶洞時(shí)，第二層溶洞的內(nèi)護(hù)筒（即第三次護(hù)筒）選用220cm內(nèi)徑。

3.3 溶洞頂部沖孔

根據(jù)超前鉆的資料，當(dāng)鉆孔施工接近溶洞頂部時(shí)，用沖擊鉆沖孔，要求輕錘慢打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，提升高度一般不超過(guò)50cm。所有卡扣及鋼絲繩必須先經(jīng)測(cè)試檢查，其他施工工藝及注意事項(xiàng)與常規(guī)相同。

3.4 內(nèi)護(hù)筒的沉放方法

3.4.1 當(dāng)沖擊穿過(guò)溶洞頂部時(shí)要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻礙，說(shuō)明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時(shí)用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)管，用吊機(jī)（或沖機(jī)自吊）把內(nèi)護(hù)筒放入外護(hù)筒內(nèi)至孔底。到孔底后，內(nèi)護(hù)筒不會(huì)靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。

3.4.2 將內(nèi)護(hù)筒進(jìn)行下沉，直到溶洞的底部。

3.5 內(nèi)、外護(hù)筒間空隙及內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理

3.5.1 在內(nèi)護(hù)筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)回填砂、碎石，中部回填中砂。

3.5.2 用高壓噴射灌漿法（施噴法）對(duì)回填體進(jìn)行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護(hù)筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)度要求達(dá)到30MPa，其抗?jié)B系數(shù)可達(dá)10～7m/s。灌漿處理后，即可重新沖孔。

3.5.3 在內(nèi)護(hù)筒頂部及底部100cm范圍內(nèi)回填小碎石素水泥混凝土，內(nèi)護(hù)筒中部回填砂，同樣能起到堵塞空隙的目的。

3.5.4 對(duì)于需要處理多層溶洞的樁基，一般仍采用上述灌漿法填充固結(jié)空隙進(jìn)行施工。目的是為了增加溶洞底部（同時(shí)有可能是下層溶洞的頂部）附近填充物的密度和強(qiáng)度，并且增加內(nèi)、外護(hù)筒間的膠合力。

3.5.5 重新沖鉆，直至嵌入完整基巖。當(dāng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，經(jīng)監(jiān)理工程師同意即可終孔，此樁即成孔。成孔后的工序工藝與常規(guī)相同，并不贅述[3]。

4 施工過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題及技術(shù)措施

4.1 鉆孔漏漿

在施工過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，尤其在鉆孔過(guò)程中的漏漿現(xiàn)象更是十分常見(jiàn)。一旦出現(xiàn)鉆孔漏漿，很容易引起碎石層、強(qiáng)風(fēng)化層的坍孔現(xiàn)象，甚至對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員人身安全帶來(lái)極大的威脅。為了能夠解決這一問(wèn)題，在出現(xiàn)鉆孔漏漿中，應(yīng)當(dāng)盡快借助應(yīng)急預(yù)案迅速對(duì)樁孔進(jìn)行回填處理，以反復(fù)沖砸的方式解決鉆孔漏漿問(wèn)題。

4.2 卡鉆

出現(xiàn)卡鉆的原因可能是碎石層護(hù)壁牢固質(zhì)量不足的緣故，導(dǎo)致部分大孤石塊出現(xiàn)滾落以引起卡鉆現(xiàn)象。在這種情況下，需要結(jié)合鉆進(jìn)記錄進(jìn)行分析、推斷孔位位置的孤石，如卡鉆位置與偏孔位置一致的情況，則需要采取應(yīng)急預(yù)案來(lái)利用鋼軌制小鉆頭進(jìn)行反復(fù)沖擊，以砸碎大孤石塊，有效解決卡鉆現(xiàn)象。

4.3 清孔漏漿

在鉆孔結(jié)束后的清孔處理環(huán)節(jié)中，也有可能出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，針對(duì)清孔漏漿現(xiàn)象，可以應(yīng)用向孔內(nèi)補(bǔ)充漿液的方式進(jìn)行處理。然而在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中可以顯然看到，泥漿面與護(hù)筒頂部位置距離相對(duì)比較穩(wěn)定，因此需要從孔內(nèi)進(jìn)行回填以堵漏處理，在反復(fù)沖砸中嘗試減少泥漿面與護(hù)筒頂部位置的距離。如果不成功的情況下，可以結(jié)合設(shè)計(jì)要求、監(jiān)理同意后，從鋼筋籠位置埋設(shè)壓漿管，待灌注結(jié)束數(shù)日后從樁底壓入水泥漿的方式解決漏漿問(wèn)題。

圖2 清孔漏漿圖

5 結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)灌漿法對(duì)溶洞的預(yù)處理可達(dá)到預(yù)期目的，有效防止了鉆孔樁施工時(shí)泥漿流失、流沙及坍孔現(xiàn)象，可保證成孔及水下水泥混凝土澆筑等工序順利完成。套內(nèi)護(hù)筒法要求對(duì)施工過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)（從確定內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度、內(nèi)徑到沉放方法乃至內(nèi)外護(hù)筒間空隙、內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理）都必須落實(shí)到位，便可順利成孔。只要施工程序合理，施工過(guò)程嚴(yán)格把好技術(shù)關(guān)，可有效縮短工期，保證了工程質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。