溶洞\\裂隙地層鉆孔樁基礎施工技術分析

摘 要:結合鄱陽湖特大橋鉆孔樁基礎施工中的實例，介紹了溶洞、裂隙鉆孔樁施工技術及施工難點處理方法。

關鍵詞:溶洞;裂隙;鉆孔樁;施工

中圖分類號:TV 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0309-02

1 工程地質概況

新建鐵路銅陵至九江線鄱陽湖大橋全長5500m，橋址位于鄱陽湖入長江通道的九江市湖口地段，距長江口約6km。全橋共145個墩臺，867根樁基。其中1.5m鉆孔樁618根，2.0m鉆孔樁210根，2.5m鉆孔樁39根。

本區域地層分布較全，除侏羅系地層缺失外，其它地層自元古界至第四系均有出露。

橋址區覆蓋層主要為第四系沖湖積物，除1#-8#墩和132#-144#墩覆蓋層較薄，為1.00-17.90m，大部地段厚20.00-40.80m，局部厚43.70-59.30m;巖性為淤泥、粘土、淤泥質粉質粘土、粉土、粉-礫砂、圓礫土和卵石土，局部揭露有厚幾厘米-2.50m的砂礫膠結層，大橋兩端山前分布有少量坡殘積角礫土。

基巖主要為下古生界寒武系-志留系砂巖、頁巖和灰巖，局部為粉砂質泥巖。勘察結果表明，橋址區有7條較大規模斷裂通過，其中影響最大的一條為北東向張家村斷裂(F1)，另一條為北北東向湖口——鞋山隱伏斷裂(F2)。張家村斷裂(F1)及其影響帶寬約1.8公里，分布于28#墩-98#墩地段;湖口——鞋山隱伏斷裂(F2)寬約70米，分布于9#墩附近;F3斷裂分布于130#-132#墩地段，帶寬約100米。其余地段小型斷裂十分發育。

2 鉆機選型及鉆孔方法的確定

采用小扭矩回旋鉆機不能有效地穿越卵石、漂石層;大扭矩回旋鉆機自重太大，需要大型起重設備，安裝周期太長，無法滿足多工點的需要。回旋鉆機處理工勘遺留物困難，在地質巖層破裂帶施工難度大。采用沖擊鉆可有效地處理工勘遺留物，沖擊鉆施工的孔壁比回旋鉆機施工的孔壁穩定，處理溶洞和裂隙漏漿時，更能防止塌孔，且移位、安裝均比較快。

從上述思路出發，決定在溶洞區采用深埋護筒，正循環、沖擊鉆機成孔。施工時，各墩位6根護筒之間澆注混凝土形成整體，防止護筒不均勻下沉，影響鉆孔平臺安全，鉆機主要參數如表1所述。

表1 鉆機主要參數鉆架

類型卷揚機鉆頭泥漿泵起重能

力(t)功率

(kW)型式高度

(m)直徑

(m)重量

(t)流量

(m3/h)功率

(kW)扒桿式1075十字型21.486.8-754-151223 鉆孔樁施工

平臺法工藝流程為:導向船定位→測設樁位中心→插打鋼護筒→安裝鉆機對中就位→投泥、開孔造漿→沖孔至設計標高→驗孔深→換漿清孔→下檢孔器檢孔→下鋼筋籠及灌注導管→二次清孔→灌注水下砼→樁基檢測。

筑島法工藝流程為:筑島→平整場地→測設樁位中心→插打鋼護筒→安裝鉆機對中就位→投泥、開孔造漿→沖孔至設計標高→驗孔深→換漿清孔→下驗孔器檢孔→下鋼筋籠及灌注導管→二次清孔→灌注水下砼→樁基檢測。

3.1 泥漿指標

鉆孔過程中，泥漿起著極其重要作用:保護孔壁，防止塌孔;懸浮鉆渣，加快鉆進速度。要充分發揮泥漿的作用，其指標的選取致關重要:(1)埋設護筒深水施工時，既要保護孔壁，防止坍孔;又要不使泥漿反串。(2)既要能懸浮鉆渣，又要使鉆渣在泥漿池中循環時迅速下沉。尤其是在本橋鉆孔樁施工中，完全采用泥漿循環(或泥漿分離器)進行清渣，泥漿指標顯得更為重要。我們嚴格控制不同地層中的泥漿指標，見表2。

表2 泥漿主要指標地層

泥漿指標 淤泥、粘土細砂粗砂、礫砂卵石、漂石、巖石比重1.1-1.21.05-1.181.2-1.41.4-1.5粘度(秒)19-2118-2021-2425-28靜切力(Pa)1.0-2.52-43-5含砂率(%)<6膠體率(%)>903.2 主要施工工序

(1)鋼護筒埋設。鋼護筒外徑1.8米，入土深度15-20米。水中墩鋼護筒通過導向船導向，采用DZ160型震拔機插打，要求水中墩鋼護筒上端高出水面1.5米以上，鋼護筒中心偏位≤5cm，豎直度≤1%。鋼護筒插打完畢，在鋼護筒之間澆注混凝土，將6根鋼護筒連成整體，防止鉆孔過程中平臺塌陷。

(2)泥漿循環系統的設置。泥漿循環系統主要由泥漿池、高壓泥漿泵、出漿管和進漿管四大部分組成。泥漿從孔口經由出漿管進入泥漿池，經過沉淀，再由泥漿泵將泥漿經由進漿管送回孔底。進漿管的下管口是一節長約0.6米的特制鋼管，鋼管上焊接一個圓環，套在鉆頭頂部鋼絲主繩上，上下用卡環夾住，使鋼管不致上下移動，又能繞鋼絲主繩轉動，避免在鉆孔過程中進漿管與鋼絲主繩纏繞在一起。含渣泥漿再從孔底上翻至孔口，經出漿管進入泥漿池。通過泥漿循環，孔底的鉆渣即可在泥漿池中沉淀下來，再人工將鉆渣清除，達到清渣的目的。本泥漿循環系統不需掏渣筒取渣，節約了清渣時間，提高了鉆孔效率。

(3)鉆孔施工。開孔時，直接向孔內投入狗頭石與粘土1:1的混合物，以鉆頭沖擊造漿。開孔時采用2米以下的小沖程。特別是在護筒底口以下3米以內，須反復投入狗頭石與粘土的混合物，采用小沖程沖砸密實，防止縮孔或塌孔。孔內水位應保持高于孔外水面1.5米。對于水中樁，在鉆過護筒底口以下3米之前，孔內水位應適當降至高于孔外水面1米左右，以防孔內泥漿反竄。鉆孔過程中，須密切注意泥漿的濃度和鉆孔進度，以此決定是否需要投粘土造漿。

(4)清孔。采用換漿法或泥漿分離器清孔。清孔分兩次進行，第一次，鉆孔深度距設計孔底標高1米左右時，將泥漿池中的泥漿全部放掉，向孔中投入約10m3粘土重新造漿替換原來的泥漿;孔深達到設計孔底標高后，鉆頭在孔底1.5米范圍內上下緩慢活動，泥漿繼續循環約2小時，并適當加入清水降低泥漿比重。泥漿指標滿足要求:相對密度1.05-1.2、粘度17-20s、含砂率<4%之后，再將鉆頭提出，下檢孔器，檢查合格后，即可下鋼筋籠和砼灌注導管，然后進行第二次清孔。第二次清孔時，先將泥漿管從砼灌注導管中插入孔底，然后蓋上悶頭，開動泥漿泵，讓泥漿循環，直到孔底檢測沉渣厚度滿足規范要求。

(5)鋼筋籠的制安。

(6)灌注水下砼。

(7)樁基檢測。

4 主要技術難點的處理

橋址區覆蓋層主要為第四系沖湖積物，鉆孔樁范圍內覆蓋層厚20.00-40.80m，局部厚43.70-59.30m;巖性為淤泥、粘土、淤泥質粉質粘土、粉土、粉-礫砂、圓礫土和卵石土，局部揭露有厚幾厘米-2.50m的砂礫膠結層。在淤泥、粘土、淤泥質粉質粘土范圍內鉆孔時易形成縮孔和塌孔;在粉-礫砂、圓礫土和卵石土深度范圍內鉆孔時孔內泥漿易從護筒底口向外翻，孔壁易坍塌。

橋址區基巖斷裂構造發育，巖體強度軟硬不均，層間和巖石分界處多形成強弱風化破碎巖夾層，在鉆孔時孔內泥漿易從護筒底口向外翻，孔壁易坍塌;易形成斜孔而卡鉆頭。

鄱陽湖特大橋多個墩位于溶洞區，且樁長長，成孔難度大。

4.1 溶洞的處理

(1)技術人員及鉆機機組人員充分掌握地質資料情況。每個孔位的地質柱狀圖都單獨列出，發給有關人員，讓他們知道溶洞的位置、大小、充填情況。

(2)鉆至離溶洞頂部1米左右時，準備足夠的小片石或狗頭石(直徑10-20CM)粘土(水泥)，粘土參合水泥做成泥球(15-20CM大小)。對于半充填和無充填物的溶洞要組織足夠的水源。

(3)鉆至離溶洞頂部1米左右時，在1-1.5米范圍內變換沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。

(4)對于空溶洞或半充填的溶洞，在擊穿洞頂之前，要有專人密切注意護筒內泥漿面的變化，一量泥漿面下降，應迅速補水，然后根據溶洞的大小按1:1的比例回填粘土和片石，進行沖砸堵漏，只有當泥漿漏失現象全部消失后才轉入正常鉆進。如此反復使鉆孔順利穿越溶洞。

(5)對于溶洞內填充物為軟弱粘性土或淤泥的溶洞，進入溶洞后也應向孔內投入粘土、片石混合物(比例1:1)，沖砸固壁。

(6)鉆頭穿越溶洞時要密切注意大繩的情況，以便判斷是否歪鉆。若歪鉆應按1:1的比例回填粘土和片石至彎孔處0.5米以上，重新沖砸。

4.2 裂隙漏漿的處理

鄱陽湖特大橋橋位基巖內斷層、節理裂隙十分發育。裂隙貫通性好，延伸遠，張開寬度達1-5cm，無填充。裂隙對鉆孔樁施工造成的主要困難是漏漿，漏漿極易引起孔壁坍塌。但由于我們采用的施工方法得當，除少數孔外，塌孔事故基本上得到了抑制。

主要處理措施為:

(1)入巖前，準備充足的水源和一至二臺水泵。

(2)準備足夠的粘土、水泥，并將粘土(參混水泥)做成泥球，直徑15-20CM。

(3)準備一定數量的小片石或狗頭石，直徑10-20CM。

(4)密切注意護筒內泥漿面的變化情況，當泥漿面迅速下降時，證明在漏漿，首先要趕快補水，然后將泥球往下投，如此即可將漏漿堵住，之后，將粘土和片石按大約1:1的比例往下投約2米，再重新開鉆，這樣砸碎的片石和大顆粒土可將裂隙填充一定的距離(阻礙裂隙寬度變化)，即可鉆進一定深度而不漏漿。當再次漏漿時，仍按上述方法處理，即可逐步鉆至設計孔底標高。

5 主要施工事故的預防和處理

5.1 掉鉆

掉鉆事故多由主繩斷裂所引起。因此，要經常檢查主繩的破損情況，及時更換已破損的主繩。遇有鉆頭提不上來的情況時，不能強行提拉，要摸清情況，采取相應對策。鉆頭一定要裝上保險繩，保險繩安裝要牢固。掉鉆之后，應及時打撈上來，以免時間過長，鉆頭被沉渣埋住。

5.2 埋鉆

埋鉆主要有兩種情況:一是沉渣埋鉆，其次是坍孔埋鉆。要避免沉渣埋鉆，鉆頭不能長時間停留在孔底不動，萬不得已的情況下，一定不能停止向孔底輸送泥漿，使泥漿繼續循環。預防坍孔埋鉆，在于防止塌孔。如果沉渣埋鉆不太嚴重，可不停地將鉆頭一提一松，逐漸將鉆頭松動，然后拔出。如果沉渣埋鉆比較嚴重，則需采用其它方法。例如，65-79#墩有多個孔鉆孔至50-60m時，突然掉鉆，后來被8-15米深的沉渣埋于孔底，采用前述方法無法拔出。用泥漿泵從上至下逐步將沉渣清除，再用鉆機提拔，仍然無效。最后采用微量爆破:先探清鉆頭四個刃腳的位置，然后在刃腳處放入電雷管和微量炸藥。爆破后將刃腳處沉渣震松、震散，最后用鉆機將鉆頭提出孔底。如果發生坍孔埋鉆，最要緊的是將主繩保住，讓主繩上端露出地面以上。坍孔后，要檢查護筒情況，如果護筒傾斜或偏位不符合要求時，必須將護筒扶正或拔出重新插打，其次要將坍塌處重新回填碾壓密實。再采用回旋鉆機掃孔至埋鉆位置，然后通過提拔或“反沖”法將鉆頭拔出。掃孔過程中要注意保護大繩。

5.3 卡鉆

發生卡鉆有兩種情況:其一是在比較軟弱的地層由于縮孔產生卡鉆;另一種是在比較硬的地層中由于鉆頭傾斜或探頭物等而產生卡鉆。對于縮孔卡鉆，一般只要不停上下提動鉆頭即可解決。第二種卡鉆的情況，處理起來就困難得多，必要時需采用爆破方法，有時甚至不得不把鉆頭埋在孔底。

5.4 十字槽

十字槽問題是沖擊鉆相比于旋轉鉆的一大缺點。但只要措施得當，是比較容易避免的。產生十字槽的主要原因另面視前一篇情況可加可不加

作者簡介:陳秋明，男，華僑大學經濟與金融學院2007級碩士研究生，研究方向為區域經濟學;茍娟，女，華僑大學經濟與金融學院2007級碩士研究生，研究方向為國際貿易學。是鉆頭沒有轉動，可分為三種情況:其一是由于泥漿濃度太太阻礙了鉆頭旋轉，其次是鉆頭沖程沒有變化，另外就是孔內有探頭物。針對這些原因，充分控制泥漿指標，不停變換沖程，再加上前面所介紹的“環箍檢查法”，十字槽基本可避免發生。如果出現十字槽，可分兩種情況進行處理:其一，如果十字槽發生在比較軟弱的地層中，而且又不太長的話，可通過在鉆頭周圍加焊豎向鋼板進行修孔處理;其二，如果十字槽發生在較硬地層或十字槽很長的話，則只有回填碎石或砼重新沖砸。

5.5 坍孔

從鄱陽湖特大橋的情況來看，采用沖擊鉆，正常情況下(保持泥漿濃度和泥漿面高度)，不太容易發生塌孔。主要是遇到空溶洞或裂隙漏漿而補水不及時，就有可能塌孔。因此保持泥漿濃度和泥漿面高度是防止塌孔的主要措施。塌孔發生后，我們均是采用加深護筒，然后回填重新沖砸的方法處理。

6 總結

6.1 關于技術難點處理的問題

對于每項基礎工程，施工過程中都會遇到各種技術難題，要使施工順利進行，關鍵在于找對處理方法。前面所述的那些難點的處理方法，是我們經過一段時間的摸索總結出來的，也是行之有效的。遇到類似地質情況下的類似難題，可考慮采用該方法進行解決。

6.2 關于修孔的問題

沖擊鉆頭容易磨損，要及時加焊，及時修孔。進入巖層之前，要將鉆頭修補一次，要避免在巖層中修孔，如果巖層中孔徑不夠，應將巖層部分回填重新沖砸。

6.3 關于孔中爆破

在比較軟弱的地層中應該嚴禁孔中爆破。在較硬地層中，可采用微量爆破，對于處理埋鉆、卡鉆等幫助很大。但在裂隙和溶洞發育的巖層中應該小心，應防止爆破之后，引起裂隙漏漿。

從整體來看，鄱陽湖特大橋樁基施工方法是成功的，將為今后處理類似的技術難題提供可借鑒的經驗。