復(fù)雜地質(zhì)巖溶橋梁鉆孔樁施工技術(shù)

胡舟

重慶賽迪工程咨詢有限公司，中國·重慶 400013

1 工程概況

蒙華鐵路岳陽至吉安段DK1596+550～DK1627+467.08段位于湖南省長沙市瀏陽市境內(nèi)，該段地質(zhì)情況復(fù)雜，巖溶發(fā)育，主要表現(xiàn)形式為溶溝、溶槽、溶洞，同時(shí)巖溶水量豐富。

本標(biāo)段有5 座橋梁位于巖溶區(qū)域，分別是小港特大橋、馬家特大橋、三口河特大橋、晏家?guī)X特大橋和官渡特大橋。小港特大橋共有26 個(gè)墩臺、133 根樁，樁徑有?1.0 和?1.25兩種，其中2 號、4 號-13 號、16 號-18 號、21 號、22 號和24 號墩共有88 根樁基穿過巖溶地層。馬家特大橋共有42 個(gè)墩臺、154 根樁，樁徑有?1.0 和 ?1.25 兩種，其中4 號-10號、12 號、19 號、20 號、22 號、25 號、28 號、30 號-34號和36 號-41 號墩共有124 根樁基穿過巖溶地層。三口河特大橋共有42 個(gè)墩臺、214 根樁，樁徑有?1.0 一種，其中3 號-17 號、19 號-23 號、25 號-28 號和32 號-41 號墩共173 根樁基穿過巖溶地層。晏家?guī)X特大橋共有36 個(gè)墩臺、195 根樁，樁徑有?1.0 和?1.25 兩種，其中11 號-26 號墩共86 根樁基穿過巖溶地層，樁長平均45m。

官渡特大橋共有93 個(gè)墩臺、526 根樁，樁徑有?1.0、?1.25 和?1.5 三種，其中78 號、84 號、86 號和88 號墩共28 根樁基穿過巖溶地層。由于本標(biāo)段共有499 根樁基在巖溶地層上，且樁長較長，同時(shí)地質(zhì)情況復(fù)雜，給橋梁樁基施工帶來了非常大的難度，如何制定有效的施工方法和預(yù)防措施，已成為蒙華鐵路施工質(zhì)量和確保按期交工的關(guān)鍵因素。

2 巖溶地層特性

①本標(biāo)段地質(zhì)地表以下一般為人工填土，粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、含礫粉質(zhì)黏土、殘坡積粉質(zhì)黏土。

②巖溶地層可溶巖為石炭系、泥盆系中統(tǒng)淺海相沉積的白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r。經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動，且受地下水運(yùn)動長期侵蝕影響。巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶溶腔最大高度28m。溶槽、半填充溶洞和全填充為巖溶主要存在形式。溶洞填充形式主要為：水、粉質(zhì)粘土、圓礫土、無填充，溶洞大量在垂直方向上分布，水平方向上也與相鄰墩臺樁基串通。

3 巖溶地區(qū)樁基鉆孔措施及方法

3.1 主要技術(shù)措施

巖溶地區(qū)鉆孔樁施工的難點(diǎn)主要是由于同一個(gè)水平面的巖層軟硬極不均勻造成了成孔難度的增大，一般情況下選取沖擊鉆成孔。鉆孔中遇到巖溶地層時(shí)，主要采取以下幾項(xiàng)技術(shù)措施：鋼護(hù)筒跟進(jìn)、拋填片石、黏土和稻草或鋸木屑做成泥球（?15～20cm）和巖溶注漿（一般情況下不使用）。

3.2 主要施工方法

3.2.1 粗圓礫土層溶洞處理

本標(biāo)段晏家?guī)X特大橋表層土為粗圓礫土地層（該地段以前為河床），粗圓礫土層厚達(dá)到14m 深，前期由于沒有相關(guān)地層施工經(jīng)驗(yàn)，在鉆進(jìn)18 號橋墩樁基時(shí)由于鋼護(hù)筒跟進(jìn)不及時(shí)，措施處理不到位造成孔口和地表下粗圓礫土層坍塌。18-3 號樁基樁長設(shè)計(jì)為43m，當(dāng)鉆進(jìn)至40m 時(shí)，遇到孔底溶洞頂擊穿造成孔內(nèi)泥漿面急劇下降，補(bǔ)漿不及時(shí)，上層粗圓礫土失水后松散坍塌。

晏家?guī)X特大橋巖溶區(qū)整體地層相似，針對上述情況，項(xiàng)目部采取了相應(yīng)措施進(jìn)行處理，具體做法如下：先使用大鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，然后用大護(hù)筒及時(shí)跟進(jìn)，鉆進(jìn)跨越粗圓礫土層后，采用砂礫土回填，最后采用與設(shè)計(jì)孔徑尺寸大小一致的鉆頭鉆孔，采用小護(hù)筒二次成孔工藝，保證成孔質(zhì)量。跟進(jìn)的鋼護(hù)筒直徑和加工數(shù)量，根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑和地質(zhì)鉆探資料來確定；現(xiàn)場鋼護(hù)筒焊接高度，根據(jù)施工能力和現(xiàn)場條件確定，一般情況下為2～4m 為宜。同時(shí)鋼護(hù)筒在加工時(shí)，焊接縫必須符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)鋼護(hù)筒在施工過程中出現(xiàn)傾斜時(shí)應(yīng)立刻停止作業(yè)，查明原因并進(jìn)行糾偏[1]。

3.2.2 串通型溶洞處理

根據(jù)鐵四院提供的地質(zhì)資料，本標(biāo)段串通型溶洞在同一墩位的樁與樁之間相互串通。個(gè)別溶洞充填水具有流動性，其溶洞發(fā)育方向、容積不易于計(jì)算。采用雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行施工。先使用大鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，然后用大護(hù)筒及時(shí)跟進(jìn)，鉆進(jìn)跨越粗圓礫土層后，采用砂礫土回填，最后采用與設(shè)計(jì)孔徑尺寸大小一致的鉆頭鉆孔，采用小護(hù)筒二次成孔工藝，保證成孔質(zhì)量。

3.2.3 一般溶槽、小溶洞處理

鉆孔施工過程中，在巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)外的溶槽和小溶洞，在鉆進(jìn)過程中要判斷準(zhǔn)確，并做出相應(yīng)處理，減少不必要的損失。例如晏家?guī)X特大橋25 號墩在鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)泥漿面緩慢下降，根據(jù)情況初步判斷為樁底有普通溶槽或小溶洞。因此需立即拋填小直徑片石和黏土，同時(shí)向孔內(nèi)不斷補(bǔ)充泥漿，直至孔內(nèi)泥漿面趨于穩(wěn)定，然后進(jìn)行緩慢鉆進(jìn)，穿過溶洞后再正常鉆進(jìn)。25 號墩樁基由于判斷準(zhǔn)確且處理及時(shí)，保證了混凝土灌注的質(zhì)量。

4 施工注意事項(xiàng)

巖溶地區(qū)的鉆孔樁施工由于地質(zhì)情況的特殊性和復(fù)雜性增大了鉆孔樁的施工難度，在施工過程中除了嚴(yán)格遵守正常情況下的鉆孔樁的施工原則外，還應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面的問題。

4.1 加強(qiáng)施工前的地質(zhì)資料研究

制定周密細(xì)致的技術(shù)方案，并做好應(yīng)急措施。

巖溶樁基施工中常常會發(fā)生泥漿面急劇下降、塌孔、卡鉆、埋鉆和偏孔等現(xiàn)象。因此，在施工前必須根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)研究，掌握溶洞頂板厚度、溶洞的大小范圍以及填充物性質(zhì)等，預(yù)先編制溶洞處理方案，做好應(yīng)急措施準(zhǔn)備工作以及相應(yīng)物資材料[2]。

4.2 加強(qiáng)泥漿護(hù)壁質(zhì)量

一般區(qū)域橋梁樁基成孔的關(guān)鍵，大多由泥漿護(hù)壁質(zhì)量的好壞所影響。由于巖溶區(qū)溶洞內(nèi)填充物種類多且性質(zhì)復(fù)雜，大多為塑性或流塑性。在巖溶地區(qū)除正常地加強(qiáng)泥漿護(hù)壁外，還存在造壁問題。所以還需要根據(jù)溶洞內(nèi)填充物的不同，在配置優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同情形，按一定的比例分別加入水泥、木屑、草袋、片石或碎石等混合材料。

4.3 巖溶區(qū)斜面偏孔

偏孔在巖溶區(qū)施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)，在施工中采取以下措施：在孔內(nèi)回填片石和黏土塊2m 左右，同時(shí)把沖擊鉆的沖程調(diào)整至0.6m 左右，然后進(jìn)行反復(fù)沖孔作業(yè)，經(jīng)過反復(fù)沖孔過程，使樁孔內(nèi)形成高出斜巖面處有一個(gè)較為堅(jiān)硬的填料柱體，能有效地傳遞沖錘的沖擊能，最終達(dá)到破碎原樁孔內(nèi)斜巖面。如果斜面傾斜角度較大或樁位置于溶洞邊緣時(shí)，在沖孔過程中，如鉆頭偏向軟土一側(cè)，用上述辦方法不能有效解決偏孔的問題時(shí)，則一般采用填充水下混凝土的方法解決，齡期3d 后再進(jìn)行重新鉆孔。

4.4 卡鉆和掉鉆

巖溶地區(qū)的鉆孔樁施工，由于地質(zhì)情況復(fù)雜且特殊，并且具有不確定性，在一般情況下鉆孔速度都較慢，在施鉆過程中由于施工不當(dāng)，經(jīng)常會發(fā)生卡鉆和掉鉆情況。在下列情況下可能會發(fā)生卡鉆和掉鉆：

①經(jīng)過焊補(bǔ)后鉆錘直徑變大，重新進(jìn)行沖孔時(shí)又使用高沖程錘擊，特別容易造成卡鉆。

②遇到溶洞時(shí)，鉆機(jī)操作人員操作不規(guī)范，在穿越頂板時(shí)發(fā)生卡鉆現(xiàn)象或者由于孔內(nèi)失漿嚴(yán)重，造成孔內(nèi)壓力失去平衡，引起塌孔埋鉆等現(xiàn)象。為減少這種情況發(fā)生，可在鉆進(jìn)接近擊穿溶洞頂板前，在溶洞頂板上孔內(nèi)回填混合料1.5m 左右。在使用小鉆錘施工的同時(shí)，減小沖孔的沖程，然后再用原鉆頭擴(kuò)孔成樁。

③卡鉆或埋鉆后強(qiáng)拉，操作不當(dāng)使鋼絲繩斷裂造成掉鉆。

④斷樁，巖溶區(qū)樁基灌注水下混凝土?xí)r，容易發(fā)生混凝土擠穿孔壁流入溶洞內(nèi)的現(xiàn)象。使導(dǎo)管端口脫離混凝土，造成斷樁。因此，在施工大溶洞時(shí)原則上使用護(hù)筒跟進(jìn)法，并在灌注過程中，灌注至溶洞處時(shí)，加大導(dǎo)管埋深，確認(rèn)安全后，在提升導(dǎo)管。

4.5 巖溶區(qū)樁基嵌巖深度

本標(biāo)段橋梁為重載鐵路橋梁，按設(shè)計(jì)院要求巖溶樁基需嵌巖1-3 m，因此正確判斷終孔后樁端全巖面成為成孔質(zhì)量的關(guān)鍵。由于巖溶區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和特殊性，主要從以下幾方面對全巖面進(jìn)行判斷：

①以樁基實(shí)際入巖的高程為主要依據(jù)。

②查閱鉆孔施工記錄，檢查在進(jìn)入巖層后每小時(shí)的鉆進(jìn)速度，一般弱風(fēng)化硬質(zhì)巖層其沖擊進(jìn)尺：4t 錘，其6h 進(jìn)尺約在0.2m 左右；5t 錘，其6h 進(jìn)尺約在0.3m 左右；6t錘，其6h 進(jìn)尺約在0.25～0.4m 左右，7t 錘，其6h 進(jìn)尺約在0.25～0.45m 左右，弱風(fēng)化層的施工進(jìn)程一般4～6m；

③通過觀察孔口處鉆錘鋼絲繩的擺動情況，錘頭觸巖面時(shí)會出現(xiàn)輕微晃動；

④查看反循環(huán)沖出或人工開挖取出的巖碴顆粒大小、顏色、巖性。一般情況巖屑含量在50%～70%，且含泥、含砂量小于4%時(shí)，認(rèn)為入巖完整。

5 巖溶樁基施工心得體會

5.1 提前做好施工預(yù)案

巖溶樁基施工中常常會發(fā)生泥漿面急劇下降、塌孔、卡鉆、埋鉆和偏孔等現(xiàn)象。如果在施工過程中處理措施不當(dāng)會造成成樁困難。在施工前必須讓每一位操作工人都熟悉地質(zhì)柱狀圖，項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)過分析柱狀圖，掌握樁基通過溶洞的層次、溶洞頂板厚度、溶洞的大小范圍以及填充物性質(zhì)，從而做好溶洞處理方案的編制，并且向每一位操作工人及現(xiàn)場技術(shù)人員交底[3]。

5.2 根據(jù)施工情況，提出變更設(shè)計(jì)

巖溶地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，溶洞發(fā)育不規(guī)則，設(shè)計(jì)提供的鉆探資料與實(shí)際情況不一定相符，蒙華鐵路業(yè)主和設(shè)計(jì)要求巖溶樁基每根樁必須進(jìn)行地質(zhì)核查，根據(jù)現(xiàn)場核查情況，如發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)資料不符時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加長樁長。

5.3 水下混凝土灌注過程中的異常

在施工過程中不能忽視小溶洞的處理，小溶洞一般用拋填片石法處理，往往這種樁基成孔后灌注混凝土?xí)r，混凝土從發(fā)育的小溶洞周邊流失。在沖擊終孔后，抓緊時(shí)間清孔、下鋼筋籠、灌注混凝土盡量縮短時(shí)間。

6 結(jié)語

巖溶地區(qū)的鉆孔樁施工，由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性和特殊性，不可預(yù)見的因素太多，因此在施工過程中要根據(jù)施工實(shí)際情況具體問題具體分析，由于此條線路為單線重載鐵路，業(yè)主和設(shè)計(jì)加強(qiáng)了地質(zhì)核查工作，在施工過程中對地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析，并采取相應(yīng)的處理措施和施工方法使得巖溶樁基順利施工。