超長溶洞樁基施工技術(shù)的探討

魏志強

(中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000)

圍繞超長溶洞樁基施工中形成穩(wěn)定孔壁難;鉆進進度慢，周期長;在清孔及灌注水下混凝土過程塌孔、穿孔風(fēng)險大的三大施工難度。我們對上述問題作了仔細研究并取得了一定成果，為同類型鉆孔樁的施工提供了有益參考。

1 工程概況

滬昆客專是國家規(guī)劃建設(shè)的“四縱四橫”鐵路客運專線網(wǎng)的主骨架，是一條線路里程最長、影響范圍最大、經(jīng)過省份最多的東西向客運專線。跨譚邵高速公路特大橋主跨距譚邵高速韶山出口約2 km，跨譚邵高速公路特大橋主墩基礎(chǔ)按照上下游分體式設(shè)計，17號，17’號位于高速公路東側(cè)，18號，18’號位于高速公路西側(cè)，每個橋墩均設(shè)置8根直徑1.8 m鉆孔樁，上部結(jié)構(gòu)為90 m中承式異型拱。

17號，17’號，18號，18’號共4個主墩樁基礎(chǔ)均位于巖溶發(fā)育地區(qū)，設(shè)計樁樁長100 m～125 m，平均樁長120 m。17號墩粘土覆蓋層較厚，最大達到37 m。樁基溶洞呈連珠形式，平均需穿過15層溶洞，最多為20層，平均累計溶洞高度43.5 m，最大累計溶洞高度58.4 m。大部分溶洞無填充物，含有巨型溶洞，最大溶腔高度為17.5 m。溶洞在墩位處基本為全連通，在地質(zhì)勘探時還發(fā)現(xiàn)與600 m外的獅山村水井連通，溶洞內(nèi)有探頭石。

2 超長溶洞樁基施工難點

1)樁基溶洞多，各溶洞無填充且互相連通，同時墩位臨近高速公路，形成穩(wěn)定孔壁確保鉆進不塌孔，確保成孔質(zhì)量難度大;2)樁基最長樁長達125 m(孔深135 m)，加快鉆進進度控制成樁周期難度大;3)成孔后清孔及灌注水下混凝土過程中不塌孔確保成樁質(zhì)量難度大。為此，我們對上述問題作了仔細研究，為同類型鉆孔樁的施工提供參考。

2.1 形成穩(wěn)定孔壁確保成孔質(zhì)量

下放鋼護筒對松散的覆蓋層通過自身剛度形成穩(wěn)定孔壁;水玻璃注漿體通過固結(jié)填充等形式對無填充和半填充溶洞形成有一定強度的人工護壁;片石黃泥填充擠壓對全填充溶洞形成較穩(wěn)定的人工護壁。具體敘述如下:

本工程臨近高速公路，樁基距離高速公路最近為8.5 m，鉆孔樁形成穩(wěn)定的孔壁不僅是鉆孔的需要，同時也能確保高速公路不會因孔壁坍塌造成路基下沉。因此我們采用了綜合處理方式:

1)開鉆前，在承臺周圍及樁身鉆孔對無填充或者半填充溶洞預(yù)注水玻璃漿，可以有效隔斷溶洞，固結(jié)樁周土體，形成穩(wěn)定孔壁。2)所有鉆孔樁在開孔后，采用護筒跟進至嵌入穩(wěn)定的巖層2 m。可避免因鉆孔樁泥漿流失后形成孔壁負(fù)壓造成局部坍塌，防止高速公路路基局部下沉。3)鉆進過程中采用片石、黃土回填處理部分全填充或者局部漏漿的溶洞。采用片石、黃土回填后反復(fù)沖砸至擠密孔壁，可進一步加強孔壁穩(wěn)定。

2.2 加快超長溶洞樁基沖擊鉆，縮短成孔周期

施工過程中采用泥漿分離器等設(shè)備加快泥漿循環(huán)清渣以提高進度;采用自動操作裝置代替人工提高效率，減少誤操作，提高進度。

常規(guī)沖擊正循環(huán)鉆機在鉆進超長溶洞樁基時成孔慢的主要原因有以下幾點:

1)配套泥漿泵等設(shè)備對于泥漿浮渣的作用有限，造成清渣慢，孔底易板結(jié)。

2)孔深后主繩難以有效使鉆頭轉(zhuǎn)動靈活，容易形成十字槽卡鉆。

3)全填充溶洞處巖石軟硬不均，易造成沖擊鉆頭偏孔，嚴(yán)重時卡鉆。半填充和無填充溶洞處易發(fā)生卡鉆，有時還會因空打斷繩后掉鉆。

針對這些問題，我們從改善換漿設(shè)備，控制沖程，加快沖擊頻率等方面進行改進:

1)配置ZX200型泥漿分離器，在鉆孔過程中及時清渣，同時設(shè)置配漿池，有效提高了循環(huán)清渣的進度。

2)對鉆機安裝自動操作裝置。微機控制的自動操作裝置通過檢測和控制鋼絲繩的松弛量實現(xiàn)自動沖擊。在沖擊開始前，首先設(shè)置鉆機沖程和松弛量，然后由微機發(fā)出閉合液壓離合器控制信號，使卷揚機開始正轉(zhuǎn)，并記錄轉(zhuǎn)筒初始轉(zhuǎn)角位置，在轉(zhuǎn)筒不斷轉(zhuǎn)動的過程中，不斷采集記錄轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)角位置，當(dāng)鋼絲繩拉緊時微機將此時轉(zhuǎn)角信息與初始轉(zhuǎn)角信息比較，修正鉆頭提升量。當(dāng)鉆頭提升達到提升量后微機控制將離合器打開，在沖程達到設(shè)定沖程后離合器閉合進行下次沖擊。在主繩達到?jīng)_程仍未出現(xiàn)松弛時系統(tǒng)會自動鎖死停機，防止鉆頭下落過大。在實際操作中，我們設(shè)定1.2 m沖程，沖擊頻率達到15次/min，比常規(guī)沖擊鉆機7次/min～8次/min，沖擊效率有了極大的提高。使用自動控制后，主繩松弛量極小，主繩基本處于收緊狀態(tài)，鉆頭擺動小，擴孔率小。在擊穿溶洞頂面后未出現(xiàn)松繩過多而卡鉆。鉆頭在孔底停頓時間極短，使鉆頭及孔底段泥漿保持轉(zhuǎn)動狀態(tài)，也避免了出現(xiàn)十字槽。

2.3 優(yōu)化配合比

選擇高性能混凝土;鋼筋籠對應(yīng)溶洞處外包鋼筋網(wǎng)片，有效減小混凝土對孔壁側(cè)壓力，避免孔壁壓穿，確保成樁質(zhì)量。

混凝土配合比優(yōu)化后，在保證強度和耐久性的前提下，和易性優(yōu)良，緩凝時間12 h滿足灌注要求。

在鋼筋籠加工時，針對超大溶洞，在對應(yīng)鋼筋籠位置外包一層3 cm×3 cm網(wǎng)眼的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片包裹外徑同樁徑。外包網(wǎng)片按鋼筋籠分節(jié)設(shè)置，施工方便，有效減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側(cè)壓力，避免孔壁擊穿。

3 樁基施工方案

3.1 總體施工安排

由于橋位巖溶形態(tài)復(fù)雜，溶洞互相連通，孔深最大達到135 m，采用10 t以上的卷揚機，鋼絲繩采用φ28鋼絲繩。本地區(qū)巖石強度較高，鉆頭重量應(yīng)保證在6 t以上。開孔時根據(jù)地質(zhì)資料確定合理開孔順序。針對樁基臨近韶山高速公路，覆蓋層厚，溶洞多的難點，采用承臺四周注漿封閉預(yù)處理，鋼護筒防護跟進至巖面，片石、黃泥過程處理相結(jié)合的綜合處理技術(shù)，確保成孔質(zhì)量，也確保臨近高速公路的施工安全。針對樁基為超長樁，尤其是溶洞樁基，孔深后泥漿比重較大，沖擊能低，進尺緩慢，磨損鋼絲繩;鉆頭轉(zhuǎn)動不靈活，容易形成十字槽、卡鉆的難點采用加重鉆頭及自動控制裝置保證成孔進度。在超大溶段對應(yīng)鋼筋籠位置外包一層3 cm×3 cm網(wǎng)眼的鋼筋網(wǎng)片，減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側(cè)壓力，確保成樁質(zhì)量。

3.2 溶洞樁基施工關(guān)鍵工序

3.2.1 溶洞注漿預(yù)處理

水玻璃注漿可以加固溶洞填充物和填滿溶洞空間，防止鉆孔樁施工時泥漿流失及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆筑等施工工序的順利完成。在鉆孔樁施工時，在承臺四周及樁間布置壓漿孔進行灌注水玻璃漿，樁身四周孔距按照6 m～8 m布置灌漿孔。注漿時多層溶洞從最上層溶洞開始注漿作業(yè)，逐層鉆探逐層注漿。注漿時注漿管伸入溶洞底部，邊注漿邊緩慢上提，對超大溶洞及串通溶洞采用間隔壓漿以減少用漿量。

3.2.2 護筒跟進

17號，17’號墩距離高速公路較近，采用鋼護筒穿透覆蓋層后跟進至穩(wěn)定巖面以下1 m～2 m的穩(wěn)定層可以有效起到孔壁防護的作用，也可以避免因鉆孔樁孔壁坍塌造成高速公路路面塌陷。

首先利用3 m高，直徑2.4 m的護筒開孔，加大鉆頭直徑至2.05 m鉆至穩(wěn)定巖面以下1 m～2 m，采用直徑2 m的護筒跟進至孔底。護筒跟進完成后將鉆頭改成1.8 m把護筒底口沖砸密實，同時內(nèi)護筒與外護筒間隙用黃土填塞密實后正常鉆進至設(shè)計標(biāo)高。

3.2.3 鉆進過程中溶洞處理

鉆進過程中溶洞處理主要采用片石、黃土回填，反復(fù)沖砸至溶洞擠密孔壁，彌補加固注漿處理薄弱段，有效形成穩(wěn)定孔壁。

回填時針對不同地質(zhì)情況采用不同比例片石、黃土回填，按先堵后擠的方式處理，控制漏漿，保持孔內(nèi)水頭，再分層回填反復(fù)沖砸至不漏漿。

3.2.4 鋼筋籠外包網(wǎng)片

在鋼筋籠加工時，在超大溶段對應(yīng)鋼筋籠位置主筋焊網(wǎng)片支撐筋，外包一層3 cm×3 cm網(wǎng)眼的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片包裹外徑同樁徑，有效減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側(cè)壓力。

3.2.5 自動操作裝置安裝調(diào)整

微機控制的自動沖擊鉆機減輕操作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。施工時在幾臺鉆機上設(shè)置1 m～2 m沖和松弛量進行鉆進，比較各地質(zhì)情況下鉆進情況，調(diào)整設(shè)置最合適沖程。

4 結(jié)語

本工程超長溶洞樁基通過一系列的技術(shù)手段，達到了安全優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)，采用自動化操作裝置降低施工人員勞動強度，達到了高效的目標(biāo)。該項目對于類似項目施工具有一定的借鑒意義。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.跨譚邵高速公路特大橋〈長昆客專(長玉段)施橋—52A〉設(shè)計圖[Z].2009.

[2] 《公路施工手冊》編寫組.公路施工手冊——橋涵[M].北京:人民交通出版社，2010.

[3] 任立濤.樁基施工小結(jié)[J].山西建筑，2010，36(17):121-122.