串通溶洞地質(zhì)鉆孔樁施工技術(shù)

摘要：武廣客專線流溪河特大橋部分地段串通溶洞、砂層、流塑狀黏土共存，且因溶洞串通，施工時極易大量漏漿且部分溶洞連通既有河流導(dǎo)致地下水位隨潮汐變化而變化。本文介紹了武廣客專線流溪河特大橋串通溶洞地質(zhì)條件下鉆孔樁施工的處理方法和施工要點。

關(guān)鍵詞：鉆孔樁 串通溶洞 砂層

1、工程概況

本文以流溪河特大橋原駿威客車廠地段為例，176#承臺的地質(zhì)情況是流溪河特大橋原駿威客車廠地段具有代表性的地質(zhì)，詳見圖1176#承臺地質(zhì)展示及承臺樁位圖。

圖1176#承臺地質(zhì)展示及承臺樁位圖單位：cm

原駿威客車廠地段的地質(zhì)從上而下可歸納為以下幾個地質(zhì)層：

1）、人工填土層，有雜填土、素填土、填筑土

2）、海陸交互相沖洪積層，有淤泥、黏土、粉土、粉砂、中砂、粗砂、礫砂等

3）、基巖為石炭系灰?guī)r，溶洞分布廣而多，巖層面溶溝、溶槽及裂隙發(fā)育，連通性極強(qiáng)，巖面起伏較大，上部殘積碎石土覆蓋層較松散，偶有土洞。

2、溶洞分類及施工時溶洞種類的判斷

溶洞按有無水可分為有水溶洞和無水溶洞；溶洞按規(guī)模，即溶洞高度及溶腔體積可分為溶槽、溶溝、小裂隙、小型溶洞、串珠狀溶洞、大型溶洞。有水溶洞在鉆孔過程中一般不漏漿或緩慢漏漿，泥漿比重下降導(dǎo)致泥漿內(nèi)砂子下沉，沖孔時樁錘落錘無力進(jìn)尺極慢。無水或填充少的溶洞施工時情況較為復(fù)雜，描述如下：

1）溶槽、溶溝、小裂隙表現(xiàn)為不穩(wěn)定漏漿，漏漿緩慢且漿液面下降較小高度后孔底裂隙處壓力減小漿液面變穩(wěn)定不再下降。

2）小型溶洞、串珠狀溶洞

一般小溶洞及串珠狀溶洞在鉆孔穿越溶洞時漏漿較快且漿液面下降高度視溶腔的容積大小而定，施工時很難判斷漏漿會何時停止，此時需及時反循環(huán)泥漿并回填粘土以控制漏漿。

3）大型溶洞

大型溶洞在擊穿溶洞頂時鉆孔樁泥漿會在瞬間流空，若土層內(nèi)有較厚砂層及流塑狀黏土層時將極有可能導(dǎo)致鉆孔樁附近地面塌陷，危及機(jī)械、人員安全。

3、串通溶洞地區(qū)各類溶洞鉆孔樁施工處理方法

若土層內(nèi)無砂層及流塑狀淤泥層時，串通溶洞地區(qū)鉆孔時漏漿一般不伴隨塌孔等危及施工安全的地質(zhì)災(zāi)害。若土層內(nèi)含有砂層及流塑狀淤泥層時，鉆孔時護(hù)壁泥漿的漏失將會導(dǎo)致孔位附近砂層和流塑狀黏土的流失，極易導(dǎo)致塌孔等地質(zhì)災(zāi)害。

1）有水溶洞的處理方法

鉆孔樁施工時難以察覺到漏漿現(xiàn)象，若溶洞較小時在進(jìn)尺上也很難發(fā)現(xiàn)，此時每兩小時測定泥漿比重非常關(guān)鍵。當(dāng)鉆孔樁進(jìn)入巖層后泥漿比重明顯下降時，需要及時回填膨潤黏土在孔內(nèi)造漿，以保證泥漿比重達(dá)到施工要求。

2）溶槽、溶溝、小裂隙的處理

對于一些溶槽、溶溝、小裂隙地段，巖層在同一水平面上強(qiáng)度差異大，可能造成斜孔、卡鉆等問題，沖孔時可采取投放片石小沖程糾偏處理。

若有輕微漏漿可回填碎石夾黏土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過巖溶區(qū)。

3）小型溶洞、串珠狀溶洞的處理方法

對于地質(zhì)鉆探時確定的比較小的溶洞和串珠狀溶洞，采取壓力注漿措施，使之達(dá)到填實之目的，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿或直接灌注砼;若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時，直接注漿固結(jié)即可；若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時，則可以直接沖孔，但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。

用注漿泵注漿，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa范圍，注漿速度15～20Ｌ/min，滲透最小直徑保證3.0m，以保證沖鉆成孔時溶洞內(nèi)有足夠的固結(jié)體。注漿時注漿管必須插入填充物的底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定，應(yīng)使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。漿液選用水泥漿，水泥漿配合比為水∶水泥=0.8∶1.0。若需用水泥砂漿，則配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8，需要用雙液漿時，水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

采用單花管注漿，管頭花管段長度為100cm，孔眼直徑和間距根據(jù)現(xiàn)場試孔后確定，注漿管外徑為70mm，比鋼套管內(nèi)徑要小。

為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費，采用間歇注漿方式，間歇時間≥6h時，使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。注漿工藝流程可參照下圖：圖2注漿工藝流程圖

圖2注漿流程示意圖

當(dāng)?shù)刭|(zhì)鉆探臨近樁有溶洞而本樁無溶洞時，鉆孔施工接近臨近樁溶洞頂標(biāo)高位置時，用小沖程鉆進(jìn)，要求輕錘慢打，使孔壁圓滑堅固，沖程不大于0.5m，嚴(yán)密監(jiān)視卡鉆及護(hù)簡內(nèi)泥漿下沉等異常現(xiàn)象，出現(xiàn)偏斜歪鉆現(xiàn)象，及時拋填片石，然后鉆進(jìn)，復(fù)填復(fù)沖。若遇到未鉆探到的溶洞，樁錘進(jìn)入溶洞時一定要將入口沖擴(kuò)好，不能貿(mào)然將鉆頭沉入溶洞內(nèi)，防止掉卡鉆。開溶洞頂板時，適當(dāng)將鉆頭直徑加大5～l0cm，待開孔完畢，則將鉆頭直徑恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)值。

在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)過程中無漏漿現(xiàn)象則采用鋼筋籠外包鋼板法施工，直接用加大5～10cm的鉆頭沖擊至溶洞底2m處再換標(biāo)準(zhǔn)鉆頭沖擊成孔，制作及安裝鋼筋籠時在樁身有溶洞部分上下2m的范圍內(nèi)的鋼筋籠保護(hù)層外側(cè)包裹3mm厚鋼板同時在鋼板外側(cè)用Φ6mm的圓鋼制作螺旋筋裹住鋼板并點焊牢固以防止灌注混凝土?xí)r混凝土漏入溶洞難以成樁。詳見下圖：圖3鋼筋籠外包鋼板斷面圖

圖3鋼筋籠外包鋼板斷面圖

在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)過程中有漏漿時則需采取拋填碎石、袋裝水泥及少量黏土，然后放樁錘將拋填物擠入溶洞，靜置15～20小時以后再鉆孔施工。若仍無效果則分層多次灌注混凝土，待強(qiáng)度足夠時再鉆孔施工。

串珠溶洞為有兩層及以上的溶洞，存在互相之間串孔漏漿，極易造成卡鉆、鋼筋籠不易就位現(xiàn)象。同時由于成孔周期較長，上層溶洞已成型的孔壁易遭到損壞，故可采取灌注底標(biāo)號混凝土填充的辦法將上層溶洞填充滿，待其凝固具備一定強(qiáng)度后，再接著鉆進(jìn)施工，這樣就將串珠溶洞變成單層溶洞，然后按一般單層溶洞處理方案進(jìn)行施工即可。

4）大型溶洞的處理方法

在一排墩柱中，應(yīng)優(yōu)先施工長樁后施工短樁，也就是要先施工地質(zhì)條件差或有大溶洞的樁。先施工地質(zhì)條件差或有大溶洞的樁有利于改善樁身周圍地質(zhì)條件也有利于臨近的其他樁的成樁。

大型溶洞一般不采取注漿填充溶洞的處理措施，由于溶洞太大注漿填充的質(zhì)量和效果難以達(dá)到預(yù)期。施工時可采用下導(dǎo)管分層多次灌注混凝土填充堆積法，每次灌注前須等上次混凝土已初凝，不會流淌，混凝土適當(dāng)摻加促凝劑。這樣多次灌注后，在大溶洞內(nèi)樁位處形成一個混凝土柱，然后再進(jìn)行沖擊成孔。若溶洞填充情況較好，鉆孔時無漏漿情況時采用前文所述的鋼筋籠外包鋼板法施工防止灌注混凝土?xí)r混凝土漏入溶洞難以樁。

5）、地下水位不穩(wěn)定時的施工方法

個別樁連通既有河流，孔內(nèi)水位受潮汐影響而不穩(wěn)定，退潮時孔內(nèi)漏漿，漲潮時孔內(nèi)漿液面上升。

此類鉆孔樁施工時因為孔內(nèi)泥漿比重難以控制，首先鋼護(hù)筒跟進(jìn)至巖面防止泥漿比重過低或漏漿導(dǎo)致孔壁坍塌，再采用對一般溶洞的處理方法施工即可。

4.控制措施及注意事項

1）若土層內(nèi)含有砂層和流塑狀黏土層且地質(zhì)鉆探時已明確巖層內(nèi)有溶洞則需將鋼護(hù)筒跟進(jìn)至巖層面以防止鉆孔時漏漿導(dǎo)致塌孔等危及施工安全的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

為確保鋼護(hù)筒震動下沉?xí)r的剛度和強(qiáng)度要在每節(jié)連接處四周加焊400mm×300mm×10mm的加強(qiáng)板，并在護(hù)筒底口處加設(shè)50cm高鋼帶制作的刃腳，焊接采用坡口雙面焊。鋼護(hù)筒跟進(jìn)采用250Kw振動錘震動下沉，下沉過稱中掛垂球控制其傾斜度不超過1%。

2）溶洞注漿填充法施工時須監(jiān)控注漿施工中各個工序中的間隔時間、注漿量、配合比等關(guān)鍵控制點，否則注漿效果難以保證。

3）防止漏漿、卡鉆、掉鉆及溶洞內(nèi)已沖孔形成的護(hù)壁坍塌是安全把握方面的幾個要點。一旦出現(xiàn)以上任何一方面的安全問題，將造成樁位的廢除及工期拖延的巨大損失。

4）施工中難免不出現(xiàn)意外，因此必要的預(yù)防應(yīng)急措施是要重視的。一是足夠泥漿的儲備，穿越溶洞施工的泥漿池容積要大，并至少備l臺泥漿泵攪拌循環(huán)泥漿，保持泥漿濃度比重。二是準(zhǔn)備一定數(shù)量的片石、膨潤黏土及袋裝水泥，隨時對少量漏漿、斜孔現(xiàn)象進(jìn)行處理。

5．結(jié)束語

由于施工前期對施工中可能出現(xiàn)的情況考慮周密，施工過程中對一些關(guān)鍵技術(shù)做到較好控制，同時在施工中組織嚴(yán)密，技術(shù)措施到位，施工方法得當(dāng)，該工程取得了較好的效果。本工程施工的大量復(fù)雜地質(zhì)情況下的鉆孔樁均按工期要求施工完成且所有鉆孔樁的第三方檢測均符合設(shè)計要求，綜上所述此施工方法可為同類工程施工提供借鑒。