永和大橋巖溶地區(qū)鉆孔樁施工

陳天霄

摘 要：永和大橋約80%橋梁長(zhǎng)度位于灰?guī)r區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶發(fā)育程度高，巖溶成串出現(xiàn)，基巖內(nèi)鉆孔長(zhǎng)度大，樁基礎(chǔ)施工是大橋質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：永和；灰?guī)r；溶洞；鉆孔樁；壓漿

1 工程概況

吉安永和大橋新建工程為105 國(guó)道吉安中心城區(qū)改道跨越贛江、溝通青原區(qū)與吉安縣永和鎮(zhèn)的一座特大橋梁。橋位位于京九鐵路吉安贛江大橋上游約680 米，橋梁走向與京九鐵路橋平行。全長(zhǎng)2.419km，起訖里程為K1937+307～K1939+726。整個(gè)工程包括吉安永和大橋（1.481Km）及吉安岸引道道路工程（0.936Km）。

吉安永和大橋自東向西分為東引橋、跨贛江通航孔主橋、西引橋三部分。

大橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁及T梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、承臺(tái)及鉆孔樁基礎(chǔ)。

2 主要技術(shù)難題

本橋約80%橋梁長(zhǎng)度位于灰?guī)r區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶發(fā)育程度高，巖溶成串出現(xiàn)，基巖內(nèi)鉆孔長(zhǎng)度大，樁基礎(chǔ)施工是大橋質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。本文重點(diǎn)講述巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝。

3 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝

3.1 溶洞統(tǒng)計(jì)

永和大橋所處場(chǎng)地巖溶極發(fā)育，溶洞大小0.30～37.00m，溶洞呈無(wú)充填、半充填，充填物為碎石，位于灰?guī)r區(qū)鉆孔大部分揭示有溶洞，見(jiàn)洞率95%以上。

3.2 主要施工工藝

3.2.1關(guān)鍵技術(shù)

巖溶地區(qū)鉆孔樁施工的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證成孔過(guò)程中不漏漿、或雖漏漿但不發(fā)生塌孔，保證樁孔成孔順利，并滿足承載力要求。

鉆孔樁基礎(chǔ)施工前，除根據(jù)設(shè)計(jì)提供的初勘、施勘地質(zhì)資料外，還進(jìn)行補(bǔ)勘、電磁波層析CT探測(cè)等多層次勘察，根據(jù)各墩不同地質(zhì)條件，鉆孔施工時(shí)先考慮拋填片石、回填砂及粘土，沖擊鉆將回填物擠入孔壁，溶洞如較大，拋填片石并壓充水泥漿。施工時(shí)注意孔內(nèi)水頭保持，防止塌孔。

3.2.2主要施工方法

3.2.2.1對(duì)溶蝕發(fā)育輕微、空洞不大、施工時(shí)漏漿量小的樁基施工

采用正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)，反復(fù)投入粘土和片石，利用鉆頭沖擊將粘土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，增大孔壁的自穩(wěn)能力。

⑴施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→埋設(shè)護(hù)筒→移動(dòng)鉆機(jī)、定位→護(hù)筒內(nèi)投入粘土、片石等→鉆孔→抽碴→ 吸泥清碴。

⑵主要施工要點(diǎn)

①開(kāi)孔時(shí)用小沖程沖擊鉆孔，要打得準(zhǔn)、打得穩(wěn)，間斷沖擊，少抽碴。

②加入小于15cm片石，反復(fù)沖擊2-4次，擠密護(hù)筒底部周圍土層。

③密切注意觀察鉆機(jī)工作情況，周圍地表沉降和護(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情況發(fā)生。

④根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，在接近溶洞時(shí)勤觀察、勤檢查，憑手握沖擊主繩的手感，鉆頭沖擊巖層的響聲，抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。

⑤接近巖溶時(shí)，主繩松繩量應(yīng)為1-2cm，防止擊穿巖殼時(shí)卡鉆。

⑥鉆穿巖溶地層上殼時(shí)，一旦漏漿，要及時(shí)投放粘土塊、片石并補(bǔ)水，保持孔內(nèi)水位高度。

3.2.2.2空洞較大且充填物為軟塑狀的單層溶洞條件下的樁基施工

采用振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒到基巖，然后沖擊鉆孔至溶洞頂板，利用沖擊鉆鉆穿溶洞頂板后，灌注低標(biāo)號(hào)混凝土，使混凝土面高于溶洞頂面，混凝土灌注時(shí)采取間歇方式，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再繼續(xù)鉆孔，穿過(guò)低標(biāo)號(hào)混凝土成孔。

⑴施工工藝流程

⑵施工要點(diǎn)

反循環(huán)沖擊鉆機(jī)：采取沖擊成孔時(shí)，為防止沖擊振動(dòng)使鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注的混凝土凝固，待鄰孔混凝土灌注完畢24H后開(kāi)鉆。

鋼護(hù)筒下到巖面后，即開(kāi)始對(duì)覆蓋層和頂板機(jī)械沖鉆。在覆蓋層中采用正反循環(huán)鉆進(jìn)，沖鉆方法與一般沖擊鉆孔相同；在巖石地層中以十字型鉆頭沖擊基巖成孔，鉆進(jìn)方式為泵吸反循環(huán)。巖層中鉆進(jìn)時(shí)，泥漿濃度控制在1.15-1.20.當(dāng)鉆穿巖溶頂板時(shí)暫停鉆孔，拆移鉆頭，進(jìn)行溶洞區(qū)水下混凝土的灌注。

3.2.2.3充填物為流塑狀或空洞較大的多層溶洞條件下的樁基施工

⑴施工要點(diǎn)

采用雙護(hù)筒跟進(jìn)方式?jīng)_擊成孔

①外護(hù)筒直徑較設(shè)計(jì)樁徑大20cm，內(nèi)護(hù)筒直徑較設(shè)計(jì)樁徑大5cm.

②施工程序：根據(jù)地質(zhì)鉆探資料提供的溶洞分布情況，按照先短后長(zhǎng)，先易后難，先外后內(nèi)的原則確定各樁施工順序。

③外護(hù)筒下沉到巖面后，開(kāi)始對(duì)覆蓋層和頂板機(jī)械沖鉆，其鉆孔方法與傳統(tǒng)的沖擊鉆方法相同，但成孔的樁徑比設(shè)計(jì)樁徑大7cm，以便內(nèi)護(hù)筒順序通過(guò)頂板。

④當(dāng)鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過(guò)溶洞到下一層巖面時(shí)，為使開(kāi)孔堅(jiān)實(shí)、豎直、圓順和對(duì)繼續(xù)鉆孔起導(dǎo)向作用，在鉆孔前拋0.5-1.0m3的小片石和適量粘土，借鉆頭沖擊力把泥漿、石塊擠向孔壁，以加固護(hù)筒刃腳。

⑤當(dāng)內(nèi)護(hù)筒下沉到位后，在內(nèi)外護(hù)筒間進(jìn)行拋石壓漿處理，以增加護(hù)筒的整體剛度。之后進(jìn)行內(nèi)護(hù)筒的排泥和穩(wěn)固巖面的鉆孔。

⑥雙護(hù)筒沖擊鉆孔采用吸泥法清孔。為使鉆孔樁混凝土與孔底巖體粘接良好，灌注水下混凝土之前需用高壓水沖射排除殘碴。

⑵護(hù)筒刃腳固結(jié)處理

當(dāng)護(hù)筒打至第一層巖面或穿過(guò)溶洞到下一層巖面時(shí)，鋼護(hù)筒周邊不可能與巖面完全接觸，加上巖面一般較傾斜，內(nèi)護(hù)筒與巖面之間一般會(huì)形成較大間隙，若不加以固結(jié)，在入巖沖進(jìn)過(guò)程中會(huì)成為樁孔與樁外的通道，極易造成埋鉆和過(guò)護(hù)筒腳時(shí)產(chǎn)生偏孔或斜孔，在施工中利用沖擊成孔時(shí)對(duì)孔壁會(huì)產(chǎn)生擠壓的特點(diǎn)，在鋼護(hù)筒刃腳范圍內(nèi)拋填塊石、粘土，用2-4m沖程進(jìn)行沖壓，使其密實(shí)造壁，反復(fù)多次，直至孔底平整再向下沖進(jìn)。

3.2.2.4巖溶發(fā)育且對(duì)墩臺(tái)樁基有影響的樁基施工

在樁基施工前后進(jìn)行石粉加水泥壓漿堆填處理，使溶洞封閉，鉆孔過(guò)程中不漏漿。

⑴壓漿工藝

⑵施工要點(diǎn)

鉆注漿孔：根據(jù)地質(zhì)情況在每根樁的中心位置鉆注漿孔，通過(guò)取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情況。

施工方法：鉆機(jī)采用XU-600型地質(zhì)鉆機(jī)，開(kāi)孔采用φ108mm巖芯管開(kāi)孔，鉆進(jìn)分層采樣，直至鉆入基巖面0.5m以下后，下φ108mm套管，并嵌入基巖；套管露出地表0.2-0.5m。用75號(hào)水泥砂漿固結(jié)套管，并將孔口套管四周搗實(shí)封閉，防止?jié){液從套管周圍串出，影響注漿效果。待固結(jié)套管水泥初凝后，繼續(xù)鉆進(jìn)，循環(huán)水采用清水。根據(jù)取出的巖芯確定巖溶發(fā)育特征。洗孔后按要求做注水試驗(yàn)，擰上孔口蓋。

壓漿：壓漿設(shè)備主要為JS350攪拌機(jī)、KBY-30/120型注漿泵。在壓漿前先進(jìn)行注水試驗(yàn)，確定單位長(zhǎng)度吸水量。漿液選用石粉水泥漿，用32.5級(jí)水泥，石粉水泥漿配合比為水：水泥：石粉=1：1：0.8。壓漿時(shí)注漿壓力不宜太大，控制在0.5-1.0MPA范圍，具體壓力值由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)而造成浪費(fèi)，采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液初步達(dá)到膠

結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的單位注漿量、注漿壓力控制值為止。

注完一個(gè)孔后，繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿，后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場(chǎng)自行掌握。注漿完后采用鉆孔檢查，檢查孔數(shù)為5%，根據(jù)取芯漿液填充情況直觀判斷注漿效果。

注漿完成等漿液凝固到一定強(qiáng)度后進(jìn)行鉆孔樁的施工，施工按常規(guī)鉆孔樁施工方法。

3.2.3常見(jiàn)事故的處理

3.2.3.1卡錘

原因：①在基巖段成孔時(shí)由于樁錘磨損未及時(shí)修補(bǔ)；②在沖擊時(shí)發(fā)生掉物、掉石；③鋼絲繩沖放過(guò)多，致樁錘傾倒頂住孔壁；④溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞。

處理措施：①慢試法：鉆頭卡在中間任何部位時(shí)，應(yīng)將主繩徐放—收緊—徐放—收緊，反復(fù)進(jìn)行使鉆頭旋轉(zhuǎn)從原位槽道提出；②沖擊法：將主繩放松3-5m，用鉆頭副繩吊一重物向下沖擊鉆頭，使之產(chǎn)生松動(dòng)，主繩重復(fù)慢試法；③輔助提升法：用吊機(jī)、千斤頂或鉆機(jī)副繩穿滑車組加力提升；④水下松動(dòng)爆破法：測(cè)準(zhǔn)鉆頭被卡高度后，迅速將乳化防水炸藥捆成兩組，加配重對(duì)稱放入鉆頭刃腳部位，之后將鉆機(jī)主繩帶緊或以吊機(jī)輔助緊提，采用電雷管起爆；⑤確實(shí)無(wú)法取錘時(shí)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。

3.2.3.2掉錘

原因：①錘體質(zhì)量有問(wèn)題，造成錘體斷裂；②鋼絲繩斷裂；③進(jìn)尺時(shí)遇到大溶洞，且填充物為軟塑性土質(zhì)或空洞時(shí)，因?yàn)榭刂七M(jìn)尺，沖錘一下進(jìn)尺數(shù)米，引起掉錘。

處理措施：①選用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具將錘體撈起；②確實(shí)無(wú)法撈起時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。

3.2.3.3塌孔埋鉆

原因：施工時(shí)由于碰到溶洞或與樁位外溶洞相通的裂隙，引起突然間大量泥漿漏失。

處理措施：發(fā)生漏漿時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿補(bǔ)水，維持孔內(nèi)水頭，防止孔內(nèi)外產(chǎn)生過(guò)大的水頭差，并迅速堵漏。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)闡述永和大橋巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝。對(duì)該施工工藝的運(yùn)用和總結(jié)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際工程意義，為該類型鉆孔樁的施工技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張忠亭、丁小學(xué)主編.鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007。

[2] 黃繩武 主編.橋梁施工及組織管理.北京：人民交通出版社，1996。