丹通高速和平大橋樁基溶洞處理

朱光業(yè)

中鐵十四局集團(tuán)有限公司青島工程分公司 山東青島 266061

丹通高速和平大橋樁基溶洞處理

朱光業(yè)

中鐵十四局集團(tuán)有限公司青島工程分公司 山東青島 266061

對(duì)丹通高速公路桓仁新開嶺至丹東古城子段和平大橋樁基溶洞的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了合理的處理方案。實(shí)踐表明，該方案不僅有效地節(jié)約了成本，更加快了施工進(jìn)度，還為類似的樁基溶洞處理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程簡(jiǎn)介

和平大橋位于桓仁縣向陽鄉(xiāng)和平村，為跨越鄉(xiāng)道雅和線及大荒溝河設(shè)置。第二孔跨越雅和線，雅和線公路現(xiàn)狀為寬3.5m砂石路，凈高不小于4.5m。雅和線規(guī)劃寬度：路面7.0m，路基8.5m。大荒溝河橋位處設(shè)計(jì)流量Q1%=568.5m3/s，設(shè)計(jì)流速4.81m/s，設(shè)計(jì)水位293.340m。左線中心樁號(hào)K54+746.90，孔徑13～25m,交角45°，橋長331.10m；右線中心樁號(hào)YK54+747.65，孔徑13～25m,交角45°，橋長332.40m。上部構(gòu)造采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；肋板臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、淺基礎(chǔ)。橋址場(chǎng)地地勢(shì)起伏較大，橋孔布置已經(jīng)盡量避讓了陡坡。在K54+641.630之前為整體式路基，K54+641.630之后為分離式路基，但由于左右線相距較近，故仍按整體式路基設(shè)計(jì)，橋面凈寬2×10.50m。

2 地質(zhì)及水文資料

本橋橋位區(qū)地貌為剝蝕丘陵、沖洪積平原地貌，其中在小樁號(hào)橋臺(tái)位置為剝蝕丘陵地貌，基巖裸露，地勢(shì)較陡，其他地段為沖洪積平原地貌，地勢(shì)較平緩。地下水類型為第四系松散孔隙水。橋址處無可液化土層存在，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，但原線初勘時(shí)部分鉆孔揭露巖溶發(fā)育，標(biāo)準(zhǔn)凍深1.2m。

3 設(shè)計(jì)要求

本工程所有樁基全部為嵌巖樁，據(jù)不完全勘察鉆探統(tǒng)計(jì)，有60%的樁基礎(chǔ)存在不同程度的巖溶發(fā)育，設(shè)計(jì)原則是：“樁底存在弱風(fēng)化巖石應(yīng)不小于5m，嵌巖深度不小于2倍的樁徑”，樁頂豎向力為5300kN。

4 成孔工藝總結(jié)

4.1 代表性地質(zhì)柱狀圖

圖1 代表性地質(zhì)柱狀圖

4.2 鉆機(jī)的選擇

選擇鉆機(jī)的主要指標(biāo)是基巖的可鉆性，即灰?guī)r呈中風(fēng)化或弱風(fēng)化較為破碎狀態(tài)時(shí)，可以選擇沖擊鉆成孔。選擇卷揚(yáng)機(jī)帶沖擊鉆較為經(jīng)濟(jì)合理，且事故率低；

沖擊鉆沖擊弱風(fēng)化灰?guī)r1d（12h）進(jìn)尺一般在0.3m左右;

工程初期，共進(jìn)場(chǎng)8臺(tái)鉆機(jī)施工，在鉆孔樁開工初期，也曾經(jīng)嘗試過用3.5t的錘頭沖擊1.40m樁基，但由于功效較低，加之工期緊迫，隨即更換鉆頭，使用5t的錘頭沖擊，功效明顯提高。

4.3 造漿

因施工地點(diǎn)位于山區(qū)內(nèi)，當(dāng)?shù)睾铀Y源較豐富，故造漿采用河水造漿；石灰?guī)r地區(qū)一般都有優(yōu)質(zhì)的黏土，這樣就地取材，利用河水和當(dāng)?shù)氐募t黏土造漿。具體做法是使用濾網(wǎng)直接過濾出泥漿中的碎石屑，泥漿進(jìn)入循環(huán)池，或者再利用泥沙分離器，充分提高泥漿的利用率，減少泥漿損失。這樣就避免了多次使用挖掘機(jī)清渣，使泥漿池內(nèi)的泥漿損失過大。

5 溶洞處理

5.1 該地區(qū)溶洞的特點(diǎn)

該地區(qū)屬于中等海拔地區(qū)，鉆孔樁施工范圍有巖溶發(fā)育的位置均在灰?guī)r地層，鉆探資料顯示，絕大多數(shù)的溶洞內(nèi)都有黏土，角礫等充填物，個(gè)別存在空洞或半填充狀態(tài)；從逐樁鉆孔揭示，樁身與溶洞的交匯形式復(fù)雜多樣，有的貫穿整個(gè)樁身，有的切入樁身一部分，有的則半邊為石崖半邊為溶洞；有的溶洞漏漿嚴(yán)重，有的漏漿不明顯。

5.2 施工工藝探討與總結(jié)

5.2.1 鉆機(jī)選擇

根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和地質(zhì)特點(diǎn)，選擇帶卷揚(yáng)機(jī)的沖擊鉆成孔（正循環(huán)），優(yōu)點(diǎn)是操作手可及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)溶洞，可根據(jù)不同地質(zhì)情況控制提錘高度，成孔速度快，擴(kuò)孔系數(shù)較小，護(hù)壁效果好；另外，勘察孔未必能揭示真實(shí)地質(zhì)情況，其他鉆機(jī)在遇到溶洞時(shí)，不一定能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，容易發(fā)生處理不及時(shí)而造成孔內(nèi)事故。

5.2.2 鉆孔遇到溶洞時(shí)易發(fā)生的幾個(gè)問題

（1）漏漿

在石灰?guī)r溶洞發(fā)育區(qū)內(nèi)施工，出現(xiàn)地下暗河及空洞可能性較大，根據(jù)逐樁鉆探資料反映的情況，溶洞內(nèi)一般的填充物是黏土、礫石夾黏土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r和水，容易出現(xiàn)漏漿的是填充礫石夾黏土和水的溶洞。通常鉆進(jìn)過程中泥漿的比重為1.2～1.3，在壓差作用下，溶洞中的水通過裂隙或其他方式排出，造成漏漿，漏漿速度快來不及補(bǔ)充時(shí)，容易造成孔口塌陷，甚至造成埋鉆的事故。

（2）錘頭傾斜

溶洞與樁身交匯形式多種多樣，容易形成孔底傾斜，有的會(huì)出現(xiàn)半邊為巖石半邊為溶洞的情況，因此在沖孔過程中易出現(xiàn)錘頭傾斜的現(xiàn)象，操作手可以通過作業(yè)手感和觀察鋼絲繩在孔口的偏移情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如不及時(shí)處理，會(huì)發(fā)生偏孔，甚至?xí)斐煽ㄥN（見圖2所示）。

（3）混凝土漏失

混凝土灌注時(shí)，因混凝土的容重是孔內(nèi)泥漿容重的2～2.1倍,原來相對(duì)穩(wěn)定的壓力平衡被破壞，混凝土?xí)霈F(xiàn)漏失現(xiàn)象，這也是造成混凝土超灌的主要原因之一。

圖2 示意圖

5.2.3 溶洞的處理

根據(jù)這種地質(zhì)與水文情況的特點(diǎn)，該工程的樁基溶洞處理概括起來主要有以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)溶洞的初步判斷和施工準(zhǔn)備

對(duì)溶洞的定性判斷的依據(jù)是勘察地質(zhì)資料，包括逐樁鉆孔記錄資料，以及周圍相近樁基的地質(zhì)資料。因?yàn)槿芏吹陌l(fā)育并不是呈點(diǎn)狀，而是呈線型或面型分布，如果周圍樁基地質(zhì)鉆探紀(jì)錄中溶洞沒有漏水的紀(jì)錄或者是全充填狀態(tài)，基本可以判斷該樁基的溶洞不會(huì)漏漿，在鉆孔過程中不必采取特殊的處理措施，可按常規(guī)施工正常埋設(shè)護(hù)筒；反之，本樁及相近樁位的地質(zhì)鉆探紀(jì)錄中都有漏水現(xiàn)象，就應(yīng)該重點(diǎn)防范，具體做法是：先正常埋設(shè)護(hù)筒，備足黏土、片石、生石灰、水泥及少量速凝劑，當(dāng)鉆進(jìn)到指定深度后，投入混合物對(duì)溶洞進(jìn)行封堵；漏漿特別嚴(yán)重僅投入混合物難以解決時(shí)，再二次下設(shè)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒內(nèi)直徑比樁徑大1～3cm，如果受阻，可用錘頭打入至穩(wěn)定土層，目的是防止漏漿而造成的孔口塌陷。

（2）遇到溶洞時(shí)的鉆進(jìn)施工

①漏漿處理

按照地質(zhì)資料所揭示的溶洞位置，不論大小都應(yīng)加強(qiáng)鉆進(jìn)過程中的觀測(cè)，畢竟勘察孔只能揭示一小部分，就是說即使地質(zhì)圖中標(biāo)明的是小溶洞，也有可能是大溶洞或與大溶洞相聯(lián)通。當(dāng)孔底接近溶洞時(shí)，應(yīng)減小提錘高度，注意觀察，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿漏失，應(yīng)立即提錘，迅速往孔內(nèi)拋投粘土、片石、生石灰、少量水泥混合物，拋填厚度不易過大，超過溶洞頂2.5m即可，以免多做無用功，粘土、片石、生石灰、水泥比例控制在40：50：9：1左右（質(zhì)量比），片石粒徑不大于50cm，生石灰及水泥在混合物中起到填充溶洞后進(jìn)一步擠密固化作用，效果明顯，提高功效；混合物填充完畢后，觀測(cè)連續(xù)10小時(shí)沉降小于0.5米時(shí)可落錘復(fù)沖，這樣經(jīng)過一次或幾次回填復(fù)沖的循環(huán)處理，漏漿就可以控制，即可恢復(fù)正常沖孔。

②偏錘處理

當(dāng)遇到如圖2的地質(zhì)情況時(shí)，易發(fā)生偏錘，如不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)生偏孔，甚至卡錘。操作手操作時(shí)可以通過作業(yè)手感和觀察鋼絲繩在孔口的偏移情況，斷定錘頭出現(xiàn)偏移，可以采取往孔內(nèi)拋投片石的方法，補(bǔ)充孔底繼續(xù)沖孔，這樣通過多次循環(huán)處理，通過該地層后，即可恢復(fù)正常沖孔。

③混凝土漏失的處理

對(duì)于較大的溶洞或漏漿嚴(yán)重的溶洞，為防止混凝土灌注時(shí)發(fā)生漏失，可以采取下鋼護(hù)筒封堵的方式解決，下鋼護(hù)筒關(guān)鍵是確定鋼護(hù)筒的直徑和下入位置。根據(jù)本工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，錘頭直徑比設(shè)計(jì)裝徑小2～3cm，擴(kuò)孔系數(shù)可控制在1.15左右，鋼護(hù)筒的內(nèi)直徑則按比設(shè)計(jì)樁徑大2cm加工，這樣既可保證擴(kuò)孔系數(shù)控制在合理范圍之內(nèi)，又可以保證鋼護(hù)筒順利安放。這種鋼護(hù)筒采用8～10mm厚的鋼板卷制較為經(jīng)濟(jì)合理，因?yàn)槌煽讜r(shí)孔壁已被片石、粘土、生石灰混合物擠密，不必?fù)?dān)心鋼護(hù)筒會(huì)被混凝土壓壞。下鋼護(hù)筒可根據(jù)溶洞所處的位置和大小來確定，不必整個(gè)孔壁都用鋼護(hù)筒進(jìn)行封堵，本著節(jié)約的原則，可以選擇懸掛于孔口或者焊接到鋼筋籠上安放到指定位置。

對(duì)于小的溶洞或漏漿輕微的溶洞，灌注混凝土前可以不考慮下鋼護(hù)筒，就是說允許混凝土小部分漏失，因?yàn)?t鋼護(hù)筒約為15m3混凝土的成本。但是，在不下鋼護(hù)筒的情況下，灌注完成后不要急于拔導(dǎo)管，注意觀察孔內(nèi)混凝土頂面標(biāo)高是否有變化，如果25min內(nèi)沒有明顯變化，即可拔出導(dǎo)管；如果孔內(nèi)混凝土頂面標(biāo)高在緩慢下降，應(yīng)繼續(xù)補(bǔ)灌，以免造成接樁。

6 總結(jié)

在工藝研究階段，通過不斷的資料收集和工藝逐步改革，不僅有效地節(jié)約成本，更加快了施工進(jìn)度，還積累了豐富的樁基溶洞處理經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）

[2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JTJ94-2008）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.028

朱光業(yè)（1977.2-），男，山東德州人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：土木工程施工有關(guān)方面研究工作。

樁基；溶洞；處理措施