錨固樁技術在石灰巖地區鉆孔灌注樁施工中的應用

盛漢洋

（中南建設集團有限公司，湖南 長沙 410015）

0 前言

湖南省衡山縣龍蔭港大橋位于衡山至萱洲縣道上，該縣道是國道107線交通分流線。該橋原為4×15 m石拱橋，年久失修，經鑒定為危橋。湘江大源渡庫區航電樞杻建成后，原橋梁將被淹沒，為此擬在原橋下游30 m處新建一座5×20 m預應力混凝土空心板梁橋，共設4座橋墩8根樁，2座橋臺8根樁，其中橋墩樁基直徑為150 cm，樁臺樁基直徑為80 cm。橋址位于石灰巖地區，巖層溶蝕十分嚴重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞，地下水十分豐富，地表覆蓋層為填土（橋臺處）、砂礫土、流砂，厚度不一，最厚為15 m，最薄為3 m。設計要求樁基入巖為2倍樁徑以上，即橋墩樁基至少要嵌巖3 m，橋臺樁基至少要嵌巖1.6 m，基巖強度要大于800 kPa。由于設計過程中勘察孔位不足，施工時發現實際地質與設計描述的地質有很大差異，而且橋梁施工前橋頭的改線路基已經施工完畢，橋位不宜另行變更。為此，業主決定對各個樁位重新詳細勘探，每個樁位布置3點進行鉆探。鉆探結果表明各個樁，同一個樁的不同位置勘測點的見巖標高相差很大，下面的溶洞、裂隙十分發育，有的樁基下部半邊是基巖，另半邊卻泥土，有的樁基落在“石筍”上，尤其是有的溶洞處在2倍樁徑以外一點點（即溶洞上面有2倍樁徑的完整持力層）。如果設計被溶洞上面的持力層迷惑，那么樁基豈不是坐在“蛋殼”上！為保證工程質量、安全和工期（蓄水影響），經綜合考慮，決定對橋墩的鉆孔灌注樁采用錨固樁處理技術。通俗地講，即在大樁（設計中的鉆孔灌注樁）中再增加幾個小樁，錨入基巖底部一定的深度。

1 工藝原理

對于巖層溶蝕十分嚴重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞等石灰巖地區的樁基，盡管可對每個樁位的不同位置進行詳勘，并因此對每根樁單獨設計。但終孔后，對持力層的地基情況還不一定有十足的把握（詳勘時的位置可能取得完整的巖石，但若位置稍偏一點則情況有可能大變）。為了確保樁基安全，搶進度，降低工程造價，可以考慮采用錨固樁技術。其工藝原理為：按正常方法灌注樁基（需預設3根φ160～200 mm鋼管或PVC管，否則要在樁基上取芯），待樁基達到一定的強度后，在預設的孔位對樁基底部基巖進行鉆探，深度6 m以上，進一步探測樁基持力層情況，然后進行高壓水切割、清孔，在孔內放入一個小鋼筋籠，再進行壓漿，從而達到處理樁底溶洞、裂隙，增強持力層強度，處理灌注樁沉渣、錨固樁基，增加樁基抗剪強度的目的。如果采用取芯的方法來做錨固樁，還可以起到檢查樁基質量及處理樁基灌注質量事故的作用。

2 施工工藝流程及操作原理

主要施工工序為：鉆孔（大樁）→扎鋼筋籠（此鋼筋籠除按設計的鋼筋加工外，另在鋼筋籠內部按等距離布設3根φ160～200 mm鋼管或PVC管，下部封口，固定在鋼筋籠上，同布超聲波檢測管一樣，此管也用作聲測管，不要另設）→吊放鋼筋籠→灌注水下混凝土（上述步驟同鉆孔灌注樁步驟一樣，本文不一一詳述）→檢測灌注樁質量→鉆孔（錨固，小孔）→高壓水切割→清孔→下小鋼筋籠（即錨固鋼筋籠）→壓漿。參見圖1、圖2所示。

圖1 錨固樁平面示意圖

圖2 錨固樁立面示意圖

2.1 樁基施工

樁基按正常的施工方法和工藝進行，只是把聲檢鋼管的管徑加大至160～200 mm，也可用PVC管代替鋼管，如果想對樁基進行抽芯檢查或者對灌注的缺陷進行處理時，也可不設鋼管，直接在樁基混凝土強度達到設計強度時鉆3個直徑160～200 mm的孔，既可當聲檢管用，也可作錨固用，還可用作樁基補強的壓漿孔。

2.2 布孔

每個樁基布孔3個（也可以布置多個），三孔連線基本為等邊三角形形式（就是聲測管的位置），方法同2.1節。

2.3 鉆孔

基巖鉆進：樁基強度達到設計強度80%時，進行灌注樁超聲波檢測，然后在樁頂架設鉆機平臺，于預設鋼管孔內開鉆。循環水應用清水，如遇巖層破碎或構造帶使鉆進困難時，可采用泥漿循環，但終孔前用清水沖洗，直至返清。鉆進時注意巖溶空洞會出現掉鉆具的危險，應量測空洞的深度、大小，以及充填物的情況。

如果超聲波檢測樁基灌注有質量問題，則需要在樁基另布三孔（即抽芯）按本文所述方法對樁進行處理。

終孔：鉆至基巖面下6 m終孔（約4倍樁徑），如遇溶洞，再鉆至溶洞底板以下3.0 m，按要求做注水試驗；自檢合格；請監理工程師驗孔后，擰上孔口蓋。

做好鉆孔原始記錄，根據規定要求進行鉆孔巖芯取樣和巖溶發育記錄、統計，以便制定壓漿措施。

2.4 高壓水切割

高壓水切割是將壓漿機噴管伸入孔底，利用高壓泵產生的高壓水流對持力層部分的溶溝、溶槽、裂隙及溶洞（當然也包括對樁底的沉渣）自上而下、自下而上反反復復進行切割，以沖洗樁底及溶溝、溶槽、裂隙及溶洞內的泥砂。高壓水切割的主要技術參數為：壓力25～30 MPa，排量 60～65 m3/min，切割時間要充分保證。

2.5 清孔

采用氣舉反循環法清孔，利用高壓氣流將沉渣排出孔口。清渣時間要充分保證，最后效果要達到“水清砂凈”之要求，施工主要參數為：壓力0.8～1.2 MPa，排量 8～10 m3/min。

2.6 下錨固鋼筋籠

按孔徑大小制作一個小鋼筋籠。制作方法與樁基鋼筋籠一樣，設主筋5～7根，主筋直徑同樁基主筋直徑，長度為樁基長度加持力層鉆孔長度，即鋼筋籠要下到錨固底部。

2.7 壓漿工藝和技術措施

壓漿施工按照《注漿技術規程》(YBJ44-92)有關規定與設計要求進行，壓漿設備主要為HJ800型攪拌機、Gzjb型液壓雙液壓漿泵。

設攪拌站：在樁基就近選取用地，盡量選取在少占地、地勢高、平坦、環境影響小、運輸方便的位置設置攪拌站。盡量減少耗費、壓力損失。

備料：按設計要求，備足PO32.5號普通硅酸鹽水泥，38～43Be’、模數2.4～3.0的水玻璃、機制砂、小石子，以及壓漿管材等。

壓漿前準備：根據錨樁孔巖溶發育程度，做好漿液配比用料。檢查攪拌機、壓漿泵等設備運轉情況；壓漿孔孔口蓋換上混合器(法蘭盤)，對管路進行試壓、檢查管路、接頭的連接、密封質量。

注水試驗：選取代表性孔進行注水試驗，確定單位長度吸水量。

壓漿：先稀后濃，依吸漿情況逐步加濃漿液，水灰比控制在1∶1～0.8∶1；灰巖中壓漿壓力應在0.2～0.4 MPa，樁基界附近逐步加大至0.4～0.6 MPa。

當連續壓漿單孔超過設計單孔壓漿量2倍不見升壓或吸漿量下降時，采用提高漿液濃度或雙液壓漿措施。雙液壓漿時采用水泥漿與水玻璃之體積比1∶0.08。

如遇巖溶通道、較大溶洞和裂隙處視情況先灌注機制砂（或小石子）或稀的水泥砂漿（灰砂重量比1∶3～1∶6）對溶腔進行充填，再采用粉煤灰水泥漿液或雙液壓漿。稀的水泥砂漿水灰比與壓漿水灰比保持一致（0.8∶1～1∶1）、灰砂重量比采用 1∶3～1∶6。

壓漿后期，可在孔內適量投入一些小石子。

3 壓漿監測與測試

3.1 監測

為了對壓漿施工的質量進行宏觀控制，避免施工造成環境的影響。施工時安排專人進行質量、環境的監測。

調查施工區的井、泉、坍坑，以及民居的生活水源分布，定期或日常進行水量、水質的觀測、訪問，確保生活用水的質量，農田用水無污染。

3.2 測試

3.2.1 試驗

施工進場落實壓漿材料源后，即進行不同水灰比的小樣配比試驗，確定0.8∶1～1∶1的材料用量，以及雙液壓漿時，水玻璃與不同水灰比的水泥漿配比，和緩凝劑的摻量，便于施工工藝控制。

對壓漿中出現異常的壓漿孔，采用注水試驗，或水位傳遞、指示劑、氣體傳遞等方法確定巖溶通道連通性和壓漿質量。

3.2.2 工程效果測試

鑒于巖溶的復雜性，鉆孔取芯僅能以點帶面的推斷。為客觀、快速、整體地檢測與評價巖溶地基加固效果，采用經多年來工程實踐證明行之有效的綜合物探與注水相結合的測試方法。

3.2.2.1 鉆孔檢查

可在樁基外一定距離鉆孔檢查，根據取芯漿液充填情況直觀判斷壓漿效果。裂隙巖溶、洞穴等必須干鉆取芯，巖芯采取率大于90%。

3.2.2.2 注水試驗

在注水試驗前，量測孔內穩定水位后，進行孔內定量注水，觀測單位長度吸水量變化幅度，壓漿后試驗的單位長度吸水量應小于壓漿前吸水量的3%～5%，且不存在明顯漏漿現象，即可判定達到壓漿效果。

3.2.3 綜合物探測試

壓漿前、完工后采用瞬態面波和四極電測深兩種方法為主進行探測。瞬態面波法能快速、有效地對巖溶地基進行整體評價。檢測點位置以壓漿孔為準，波檢距為0.5～1 m；炮檢距5～10 m；四極電測深法采用點距為5 m。前后兩次在同樣的位置采用兩種方法進行2～4個剖面的探測，然后進行對比：瞬態面波VR特征的變化；四極電測深頻散曲線特征的變化；電阻率ρs值特征的變化。

壓漿測試結果評價內容及評定見表1所列。

表1 壓漿測試結果評價內容及評定表

4 壓漿工程質量保證措施

施工進場落實壓漿材料源后，即進行不同水灰比的小樣配比試驗，確定0.8∶1～1∶1的材料用量，以及雙液壓漿時，水玻璃與不同水灰比的水泥漿配比，還有緩凝劑的摻量，便于施工工藝控制。施工時因受水文地質條件的影響，應及時調整混合比例。

壓漿過程中嚴格按照試驗配比控制水泥漿及水玻璃漿液比例，以免發生堵孔現象，影響壓漿質量。

壓漿前后，要及時進行物探資料對比，檢查壓漿效果，對于未達到要求的，進行補充壓漿。

5 機具、器具及材料

主要機具器具有：地質鉆、高壓泵、漿液攪拌機、空壓機、高壓管及鋼筋加工設備等。

材料有：鋼筋，PO32.5號普通硅酸鹽水泥，38～43Be’、模數 2.4～3.0的水玻璃、機制砂、小石子等。

6 錨固樁的主要作用及優點

（1）繼續探測樁底持力層狀況，若下部有裂隙、溶洞，可壓漿處理，增加地基強度，提高地基抗剪強度，保證樁基持力層絕對安全，特別是避免了樁基支承于“蛋殼”上的情況發生。

（2）處理樁基沉渣超標問題。對于支承樁，設計上一般規定沉淀厚度不能大于5 cm，由于多種原因的影響，實際沉淀厚度都有可能超標，這就影響了工程質量，但一般又沒有辦法補救，若采用錨固樁技術，可以對沉渣進行高壓水切割，并壓漿處理，這樣可徹底處理沉渣問題。

（3）加固了地基，增加了樁的抗傾覆能力，調整錨固樁的長度，可縮短同一墩臺不同樁基的長度，使之合符規范要求（這里所指和長度是錨固樁的長度）。

（4）如果施工是樁基灌注出現了質量問題（比如斷樁），可以在樁基混凝土強度達到設計要求后，在樁項布設三個錨固，按上述方法可有效地處理灌注質量問題。

7 技術特點及適用范圍

（1）錨固樁技術用于巖層溶蝕十分嚴重，下有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞且樁底標高相差較大的，石灰巖地區的樁基礎處理，效果明顯，施工工期縮短，樁基持力層的強度有保證。

（2）與加長樁基相比，該方案投資省、安全性高、經濟效益較明顯。

（3）對施工環境沒有什么影響。

8 結語

在石灰巖地區的樁基礎持力層，會遇到各種情況，可能有溶溝、溶槽、石芽、裂隙及溶洞，也有可能部分樁基位于堅石上，另一部分樁基位于軟土上，還有可能各樁底標高相差有很大的懸殊等等。如果要把上述問題徹底解決，常規方法是加深樁基，顯然這是不經濟的，也是不必要的。一是樁基標高較高的樁如果加深以求縮短同其它樁的長度懸殊，既破壞了堅固的持力層，又增加了工程造價（φ150 cm樁基成樁每m至少要5 000元成本）；二是延長了工期；三是即便加長了樁基，也不知道下部的持力層又如何。龍蔭港大橋采用錨固樁的實踐證明，對于橋址位于石灰巖地區的樁基地基處理，該項技術確是一種非常有效的方法。對于處于其它類型地質的樁基處理也有十分重要的借鑒意義。