淶水冀東水泥廠樁基工程機械成孔施工技術的應用

莫 凡，張秀麗

華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021

0 引言

淶水冀東水泥有限責任公司日產4000t新型干法水泥生產線（配套9mW純低溫余熱電站）工程樁基工程，按照設計要求，樁基采用人工挖孔施工工藝，后來由于地層原因，改用機械成孔施工工藝，本文對該樁基工程成孔施工技術的應用進行相應的探討。

1 導前鉆施工

按照建設單位要求，樁基施工前對窯尾、窯中、窯頭等場地部分樁位進行導前鉆施工試驗，以探明樁基下面溶洞情況。勘察結果顯示，場地總體溶洞發育率33%，只有生料庫和窯尾的一小部分處于花崗巖地區，其它部位都處于灰巖地區，且灰巖地區溶洞比較發育，對人工挖孔樁施工增加了很大的施工難度和安全隱患。導前鉆施工過程中，漏漿和掉鉆嚴重，上層止水和裂隙水較大。

2 人工挖孔試驗樁施工

2.1 溶洞處理

首先，由設計、勘察、建設和施工單位共同商定在溶洞分布較多的窯中場地先挖3根試驗樁，在施工過程中發現，樁孔在溶洞段范圍，溶洞內的填充物（填充物均為粘土含碎石，碎石含量30%，粒徑2cm～10cm）由于受地下水的寢泡，土質為流塑狀態，工人站在安全帽上，用安全帽掏漿施工，且孔周圍的泥土流入孔內，每次護壁最多30cm，施工進度非常緩慢。由于孔壁的土質為流塑狀態，當挖下一節樁時，流塑的土質會從上一節的樁周流入孔內，造成護壁后形成空殼，存在很大的安全隱患。為確保施工安全，采用1.2m長Φ18的鋼筋布滿孔側四周，減少泥土流入孔內。

2.2 地下水處理

在窯尾和生料庫地區，孔深一般都在24m～29m，地下靜水位在11m處，受水壓影響，孔內出水量較大，個別孔用一臺水泵不停抽水都無法抽干，如果下兩臺水泵抽水，孔內施工工作面不夠。經過研究決定，采取分段分區施工方法，對于出水量大的孔先進行抽水的同時對四周孔進行施工；當大出水量孔內水量變小時，再進行開挖施工，這樣施工速度較慢，但能夠滿足正常施工要求。

2.3 爆破影響控制

由于現場地質情況較復雜，大部分樁提前進入中風化巖層，單樁中風化巖層爆破厚度在1m～14m，部分樁為確保穩定持力層還須穿透灰巖、花崗巖互層面，所以爆破量非常大。在爆破施工過程中，制定并采取了有效的應急預案，使人工挖孔樁施工安全快速地進行。

2.4 試驗結果分析

通過人工挖孔試挖施工，說明在本場區復雜的地質條件下，人工挖孔施工的安全風險較大，施工難度高，速度緩慢。經各方商討研究決定，該工程不適合人工挖孔樁施工，應先進行溶洞處理再改為機械成孔，能有效解決地下水和溶洞對人身及機械安全造成的影響，也消除了爆破對人工挖孔施工的不安全因素，工期上也得到保證。

3 機械沖擊成孔施工

3.1 埋設護筒

在樁基定位并經復查位置無偏差后，可開始埋設護筒，護筒中心的定位要足夠準確，且確保其傾斜度嚴格控制在允許范圍內。護筒長度應根據具體的地質條件變化情況而定（最小長度不短于3.0m），頂面需高于地面至少0.5m，以便適當抬高樁孔內水頭壓力，護筒周圍應采用粘土填充密實。為最大程度地減輕機械成孔施工過程中鉆機底座振動及其偏壓力對孔壁穩定性的影響，應采用鋼軌或木料支架墊起鉆機將底座沖擊力分散均勻。

3.2 泥槳制備

鉆孔泥槳主要由水、膨脹性粘土和添加劑組成，具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具、清洗鉆渣、提升孔內靜水壓力，沾附在孔壁上形成泥皮隔斷孔、內外地下水滲流，保護孔壁、防止坍孔的作用。鉆孔泥漿應選用水化速度快、造漿能力強的膨脹性粘土材料，成品泥漿的稠度、含砂率、失水率均應按規范要求嚴格控制，配合比比重取值應滿足相關規范要求，該工程實際取值為1.2～1.4。

3.3 覆蓋層鉆進

覆蓋層鉆進成孔時，每鉆進1.5m～2.0m應進行一次沖砸固壁，填料選用片石與粘土即可。上、下層的填料搭接長度不應短于0.3m。鉆進施工過程中采用1.5m～2.0m中小沖程進行，并適當提高泥漿的比重和稠度，多次反復沖擊確保孔壁堅實牢固。鉆進至離溶洞頂部附近覆蓋層時，在距離溶洞頂部約1m范圍處應調整沖程逐漸將洞頂鑿穿，同時防止卡鉆、掉鉆。

3.4 擊穿溶洞頂板

1）擊穿溶洞頂板后，樁孔內水頭壓力會迅速下降，此時應立刻提起鉆頭將其移置到距離樁孔位置較遠的地面上；同時安排專職人員將大水管拖入孔內對樁孔補水，待樁孔內水頭高度相對穩定后，快速向樁孔內填拋土石混合料，土石比例應適當，回填高度至少應高出溶洞頂部位置2m。若樁孔仍然存在漏水現象，應繼續回填土石，直至水位相對穩定。回填一定時間后觀察地面有無塌陷跡象，若沒有安全隱患則可開始后續施工；

2）鉆機重新開始沖孔施工，當孔內漏水比較嚴重時開始第二輪回填、沖砸施工，多次反復循環施工，直到樁孔沖砸施工后水位穩定性能滿足要求為止；

3）樁孔內不漏水不能說明溶洞范圍孔壁能承受混凝土灌注施工時的強大壓力。實踐經驗表明，當完成第（2）步堵漏施工工序后，還需反復多次進行回填土石、沖砸施工3次以上，以提高孔壁的抗壓能力，滿足灌注混凝土施工要求。

鉆進施工穿越溶洞范圍后，可按正常工藝繼續鉆進施工直到設計樁底。

3.5 終孔檢查

終孔樁端全巖面現場應結合以下方面綜合判斷：1）從樁孔實際見巖高程開始計算，至進尺0.5m～1.0m后，可申報終孔檢驗；2）觀察井口鋼絲繩的擺動情況，錘頭觸巖面時會出現輕微的反彈現象；3）通過采用細網篩撈取挖孔雜物，巖渣巖屑含量若達到50%～70%，且砂、泥含量小于3%時，判定已入巖。

3.6 清孔

采用換槳法進行清孔施工，通過向孔底壓注相應配合比的泥漿，讓孔底鉆渣上浮并伴隨泥漿流出。為加快清孔施工的速度，可安排專職施工人員用濾網撈出鉆渣。

4 溶洞處理及質量控制措施

1）該地區地質情況上部為軟弱土層（具有一定的失陷性），下部為中風化硬質巖石（溶洞較發育）。根據設計要求及現場實際地質實際情況，大部分樁基需進入中風化巖石10m以上，而施工過程中因上、下土質軟硬不均，持續沖擊下部較硬巖石時的強振動會導致上部土層坍塌，易造成埋鉆和塌孔，平均每個孔的反復成孔次數為2～3次；

2）巖溶發育導致漏漿、塌孔現象嚴重，如不及時補充水頭及多次拋填粘土及塊石等填充物及時堵塞溶洞、裂隙帶的漏漿空洞，抬高水頭以增加孔壁側壓力，易造成護筒底部坍塌及埋鉆現象，護筒以下地面大面積坍塌的現象也較易發生。所以，在溶洞區域鉆孔施工時，要充分準備好水、粘土、石料等材料，并準備好足夠的優質泥漿，確保意外情況出現時能及時補救處理。在鉆進成孔施工過程中，鉆進沖程及泥漿配合比應隨著地層變化進行調整，在上部土層鉆進時應采用1m～1.5m小沖程及低稠度泥漿；當沖至溶洞頂板1m處時要加大泥漿比重和稠度，采用小沖程逐漸鑿透溶洞頂板，同時準備好泥漿泵及水泵，以及粘土、塊石等填充物，待水頭急劇下降時快速填充以保持水頭穩定。回填物必須高出溶洞頂一定距離，采用鉆頭以小沖程反復沖砸堵漏，確保水頭位置穩定，保證成孔質量；

3）在部分現場地質條件不穩定的施工部位，還要準備8m～10m的鋼護筒進行施工，對好樁位，將護筒下正至巖面，要嚴格控制對接質量及其垂直度，避免鉆頭掛到護筒底面及漏漿現象的發生。

5 結論

采用機械成孔施工技術進行溶洞地區的樁基鉆孔施工，有效消除了溶洞對人工挖孔施工造成的施工難度，也順利解決了地下水和溶洞對人身安全造成的影響，消除了爆破施工中的不安全因素，工期上也進一步得到了保證，取得了較好的經濟效益和社會效益。

[1]章鴻祥.巖溶地區鉆孔樁成孔施工技術[J].科技傳播，2009，7.

[2]姚軍軍，姚輝.鉆孔樁穿越溶洞地層的施工[J].鐵道建筑，2005，5.