巖溶段鉆孔灌注樁施工技術

摘 要：隨著交通的快速發展，山區橋梁的修建越來越多，施工基礎時穿越巖溶段越來越多。如何處理好巖溶段基礎施工是迫切需要解決的關鍵問題。國內目前缺乏巖溶段鉆孔灌注樁施工技術規范，該問題仍然沒有得到真正解決。該文結合某巖溶段鉆孔灌注樁施工的成功實踐，從溶洞處理方案的原則、處理方案、注漿方法和巖溶處鉆孔灌注施工等方面詳細闡述了巖溶段鉆孔灌注樁施工中的溶洞處理和巖溶處鉆孔灌注施工問題，為同類工程提供了可以借鑒的技術資料。

關鍵詞：巖溶 鉆孔灌注樁 施工

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0080-03

隨著我國經濟建設的迅速發展，橋梁的建設也飛速發展，鉆孔樁因其自身固有優點，在橋梁工程中使用非常普遍，國內研究也比較多，但目前對于巖溶段鉆孔灌注樁缺少深入研究。因此對巖溶段鉆孔灌注樁施工技術進行研究是十分必要的。

1 工程概況

某高速公路是國家重點建設的“五縱七橫”國道主干線中上海至瑞麗高速公路中的一段，是我國中西部地區交通運輸的大通道，路線全長155.58 km，溶洞、溶蝕區樁基的施工是該項目的難點。K13+700～K18+930段為丘陵地貌，山丘覆土層大多為殘坡積成因的紅粘土，厚度較薄，局部地段基巖裸露，平緩沖溝較多；K18+930～K19+420段為河谷，東岸為谷坡，地勢較陡峭，岸邊基巖裸露，西岸發育Ⅰ級階地，地層具有較典型的二元結構，覆蓋層厚度較大；K19+420～K23+920段，風化剝蝕作用較強，沿線廣布梯田，山坡上殘坡積成因的黏土、亞粘土較發育，局部地段覆蓋層較薄，基巖裸露，沖溝地勢平緩。地下水主要有第四系松散堆積物孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖巖溶水三類，而伏龍江、資江及其流域內溪溝為主要地表水來源。本合同段主要受巖溶、軟土、紅粘土、弱膨脹土等不良工程地質影響。其中K19+122大橋1#墩，4～9#、11#墩，L1+187.5某大橋0#橋臺，1～5#、9#墩樁基均需穿越溶洞，溶洞比較發育。橋梁基礎主要采用沖擊鉆孔灌注樁。直徑1.8m以內河中淺水樁基采用沖擊鉆孔灌注樁工藝，淺水處樁基、采用筑島圍堰，再埋設護筒，沖擊鉆機成孔，水下灌注砼。K19+122橋主墩直徑2.5 m樁基處于河流主道、河水較深（8-9m），1#墩河床無覆蓋層，鋼護筒打不進巖層、難以穩定，采用4m鋼護筒做沉井、內套鉆孔鋼護筒的施工方案。2～3#采用拼船搭設工作平臺（或鋼管樁平臺）。K1+187.5大橋主墩水深4 m左右，采用鋼管樁搭施工平臺。

2 溶洞處理

通過設計勘察發現，橋梁區是強烈巖溶發育區，裂隙、溝槽縱橫，巖面傾角陡，起伏大，正確對全巖面進行判定是鉆孔樁施工的關鍵。考慮到判定全巖面目前沒有統一標準，受地質條件制約影響判定因素多，施工中采取試樁檢驗按如下方面進行綜合判斷。（1）全巖面檢驗高程參考超前鉆孔柱狀圖，按試樁探測實際巖面下0.5m后的巖面高程為準。（2）按照速度10～20cm/h作為基巖鉆孔速度查閱施工記錄確定全巖面高程。（3）錘頭接觸巖面輕微反彈會造成井口的鋼絲繩擺動，通過觀察鋼絲繩擺動情況確定巖面高程。（4）根據撈取的細目篩網巖渣情況進行判定，若巖渣含砂、含泥量不到4%，且巖屑量為50%～70%時鉆頭進入基巖判定巖面高程。（5）若特殊情況難以判定時采用鉆探進行驗證，以樁孔為中心，周邊布置4～5個探孔，根據探孔測定基巖面高程綜合確定全巖面高程。此外，鉆孔施工前應對溶洞進行探明，無樁臺施工的溶蝕區應鉆穿溶洞后進行灌漿處理。

2.1 巖溶處理方案的原則

（1）施工每根樁前，對溶洞的填充物種類、高度和深度以及地質狀況用地質鉆機進行詳細鉆探，以為制定正確施工方案提供依據。（2）按照溶洞充填物和地質情況，對該鉆孔樁制定相應的施工方法和溶洞處理措施。（3）根據填充物土工試驗得到的孔隙率、容重和含水量等指標，對填充物的物理力學特性進行分析，以得到計算注漿參數依據。（4）鉆孔樁施工前，應在樁位外進行現場鉆孔試樁和溶洞注漿試驗，得到相關施工經驗數據，以指導施工，修改完善施工方案。如果樁位處溶洞很大時，應請設計單位進行核查，給出明確的具體處理方案，才能施工。

2.2 溶洞處理方案

（1）對封閉或充填物不足及沒有的小溶洞一般采取填干砂或碎石后注漿，但填充物為軟塑狀態或松散時應直接注漿加固，若填充物為硬塑狀態時可不處理，鉆孔時加強護壁即可。（2）用砂子對溶洞進行充填時，先選擇好合適位置，再把鋼套管放入再固定，連接好鋼套管和注砂管，然后把干砂用壓風壓入。在周邊設減壓孔，以防止溶洞內形成高壓影響灌砂。填砂量按照堆積體成形規律、圍護體最小直徑、樁徑計算確定，達到規定體積時，灌砂待壓力穩定時停止。（3）用碎石對溶洞進行填充時，先鉆直徑大于0.3m 的孔，再把鋼套管放入再固定，然后把碎石料斗放在鋼管上面，按與干砂量同樣的方法計算出碎石用量，接著投入粒徑小于0.2 m的碎石并振動鋼管。（4）在小裂隙、溶溝、溶槽等地方鉆孔時，先用碎石夾粘土、片石或者袋裝水泥進行填充，以起護壁作用防止鉆孔施工時泥漿流失。

2.3 注漿方法

（1）考慮樁位處地質情況，注漿施工時在橋橋墩承臺的四角或樁中心鉆孔進行注漿，通過鉆孔取芯更為詳細地對溶洞填充物和高度進行探查。注漿施工采用注漿泵，保證注漿管插入至填充物底部，壓力按照現場試驗確定，一般控制在0.5～1.0 MPa，速度控制在15～20 L/min，提管速度按照注漿速度確定，宜緩慢上提，最小滲透直徑不少于3 m，以保證填充物被漿液充分滲透，有足夠厚的固結體來保證鉆孔施工。注漿采用采用32.5號水泥漿，水灰比配合比控制在0.4∶1～0.45∶1。孔間距和直徑由現場試孔確定，注漿順序根據現場需要確定。（3）注漿采用間歇式注漿以為防止漿液流失造成浪費。注漿時先注入部分漿液，達到漿液與碎石或砂子初步膠結，然后再次注漿，采用多次注漿循環，最后達到規定注漿壓力和最小注漿量控制值時停止。該孔注漿完后， 調高注漿壓力繼續對其余孔進行注漿，最后封孔。對注漿段進行物探檢驗，典型監測結果見圖1～圖4，表明注漿較好地充填了節理、裂隙等結構面及溶蝕空洞，對軟弱松散不均勻體產生了有效的固結作用。

3 巖溶處鉆孔灌注施工

經過處理后的巖溶處，成孔方法基本上與普通石質地層成孔方法相同，采取用沖擊鉆沖擊的方式成孔。具體施工方法為：

（1）處鉆孔平臺及護筒埋設。淺水對于河灘上的淺水鉆孔樁，由于水淺、流速較小采用草袋圍堰，圍堰應高出施工期間可能出現的最高水位50～70 cm。埋設鋼護筒，護筒50 CM范圍內回填粘土，外圍回填砂礫石，上鋪一層枕木，增大受力面積，即可搭設工作平臺，鉆機就位（見下圖）。為了確保水土不流失到河中而造成污染，用編織袋裝以松散的粘土，裝土量為袋容量的1/2～2/3，袋口用麻袋線或細鐵絲縫合。護筒根據不同的樁徑采用不同厚度的鋼板，鋼板制作，其內徑大于鉆頭直徑23。護筒埋置深度一般為2～4 m，筒頂應高出施工水位或地下水位1.5～2.1 m，或高出施工地面0.3 m。護筒埋設用振動打樁機的激振方法下沉，埋設應準確、穩定，護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50，保證鉆機沿著樁位垂直方向順利工作，存儲泥漿使其高出地下水位和保護樁孔頂部土層不因鉆桿反復上下升降、機身振動而導致坍孔。

（2）深水樁基工作平臺施工。①K19+122橋1#墩水深達8.6 m，河床無覆蓋層。采用4 m直徑大鋼護筒做沉井（用15 mm厚鋼板制作），護筒高度11m，每隔1m在內側用δ20鋼板12 cm寬焊1圈加強箍、加強箍每隔30 cm上下焊接12×12 cm同厚三角形鋼板加強、以增加加強箍的剛度。內套鉆孔鋼護筒（直徑2.1 m、10 mm厚鋼板制作）。2艘60T駁船拼裝作工作平臺（或用浮箱拼裝）。吊設備可用2臺16T汽車吊車（或在船上架設龍門吊）。駁船到位后，先對駁船骨架進行加固，一般用14號槽鋼加固即可.2船中間間距4.5 m，用50工字鋼把2艘船只（或浮箱）拼裝成整體。工字鋼長度不，可用2根工字鋼焊接接長，每邊伸出船邊50 cm。用25號工字鋼（或25號槽鋼）做縱梁，橫向鋪枕木做工作平臺。鋼沉井分節加工、逐節下放。沉井起吊設備采用2臺汽車吊同時起吊（或在船上架設龍門吊進行吊裝）。放沉井前段用φ12鋼筋12 m長對沉井周圍進行水深測量，確定河床平整度是否達到要求。達不到要求可采取以下3個措施進行處理：進行水下爆破整平。用1m直徑沖擊鉆頭進行沖平。派潛水員下水墊平。小護筒同樣方法進行就位后，潛水員下水用麻袋裝粘土（大護筒在外側、小護筒在內側）進行堵眼工作，以防澆注砼時砼外流。然后澆注兩護筒之間封底砼，砼高度不少于3m。為了增加河床與砼粘結，在外壁半圓內用φ110每隔50 cm鉆2.5 m深小孔，預埋6.3號槽鋼（長度4 m）。封底完成后，壁間回填砂礫石以增加穩定。②2、3#墩采用拼船做工作平臺的施工方案。2只80T駁船到位后，先對駁船骨架進行加固，一般用14號槽鋼加固。2船中間間距3.2 m，用60工字鋼把2艘船只（或浮箱）拼裝成整體。工字鋼長度不，可用2根工字鋼焊接接長，每邊伸出船邊50 cm。用36號工字鋼（或36號槽鋼）做縱梁，橫向鋪枕木做工作平臺。此方案還需配備120匹拖輪、工作船、8個大鐵錨（或25T鋼筋砼蛙式錨）、5T慢速卷機6～8臺、鋼絲繩、滑輪、16T汽車吊車1臺，80T駁船4只（2只拼裝作鉆井平臺）2只拼裝作汽車吊工作船、等主要設備。汽車吊工作時，工作船要在四個方向拋錨固牢固，并將吊車用鋼絲繩四個方向固定在工作船中央、以策安全。③LK1+187.5大橋主河道水深4～5 m，采用鋼管樁搭設工作平臺方案.鋼管樁直徑60 cm，厚度6 mm鋼板制作。鋼管樁頂用10 mm厚鋼板做墊板，焊接均勻，以防鋼管局部受力遭到破壞。橫梁45號工字鋼、縱梁36號工字鋼（或36號槽鋼），上鋪枕木。

（3）深水樁基鋼護筒的制作及安裝。①護筒的制作：D250 cm樁基護筒直徑采用280 cm，用6-10 mm厚鋼板制作，第1節長4～5 m、其余2 m或4 m一節。每節端頭焊接法蘭盤，法蘭盤寬6 cm，厚度12 mm。用φ16 mm螺栓接、螺栓間距6 cm，聯接時中間墊4 mm厚止水橡膠板、防止漏水。橡膠板平面尺寸及螺栓孔距與法蘭盤配套.如做4 m一節的護筒、則在中間2 M處用不鉆孔的法蘭盤焊接一道做加強箍。由于鋼護筒長度達10 m以上，用重型動錘插復蓋層中，護筒必須要有足的剛度，以確保操作中不變形。②護筒的安裝。先進行拋錨工作，先將錨穿好千斤繩并綁扎好浮筒做標，然后裝船拖到設計指定位置拋下。拖輪將鉆孔工作船拖到墩位處，用卷機將工作船與錨聯結好，采用松、緊錨繩逐步調整到樁孔位置。然后安裝引道護筒的導梁框架，用4根20號槽鋼制作，長度不少4 m，內側對角線長度=護筒外直徑+2 cm，目的是確保護筒放下就位時傾斜度不超過設計要求.護筒正確就位后，吊安動錘，先輕、后重逐步加強激進力。如果動插入無法達到設計要求，可采導管插入鋼護筒內用空壓機吹抽砂（礫），如卵石太大，用沖擊錘沖擊、然后再掁動插入.插入深度不宜小于3 m。

（4）鉆機就位。鉆架上的起吊滑輪與樁中心應在同一鉛垂線上。鉆機定位后，底座必須平整，穩固，確保在鉆進中不發生傾斜和位移。沖擊鉆在鉆頭錐頂和提升鋼絲繩之間設置保證鉆頭自轉向的裝置，保證鉆進中鉆錘在平面上自旋轉，以確保成樁的樁孔為圓形。

（5）泥漿制備。機械鉆孔采用粘土泥漿護壁，拌制泥漿的粘土當地選取（D250旋鉆宜外購高質量膠泥材料）。泥漿池最好選在高于樁基護筒的地方，這樣泥漿可以自動流入護筒內。泥漿采用泥漿攪拌機拌和。檢測控制漿液的比重、粘度、靜切力、酸堿度、膠體率、失水、含砂率等指標要符合規范對該地層護壁及浮碴的要求。鉆渣和泥漿的排放，嚴禁直接排放至河里，確保對當地的環境不產生不利影響。

（6）鉆孔。樁的鉆進分班連續作業，并做好詳細的鉆孔記錄，注意土層的變化，孔內泥漿面應保持穩定；采用沖擊鉆低錘沖擊或間斷沖擊，如發現偏孔應回填片石至偏孔上方23～500 mm處，然后重新沖孔；遇到孤石時，用高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎或擊入孔壁，不得已時可用預爆方法處理；每鉆進4～5 m深度驗孔一次，在更換鉆頭前或容易縮孔處，均應驗孔；進入基巖后，每鉆進100～23應取樣一次，以備終孔驗收。D2.5 m樁基采用迥旋鉆機（鉆機旋轉力矩不少8T-M、滾輪鉆頭直徑2.5 m），用鋼板箱做泥漿池或配泥漿船作為泥漿循回系統.在鉆孔作業中，經賞常觀鉆桿的垂直度，發現傾斜及時修正.檢測時、使用與樁徑相同的簡易鋼筋籠（不少于3M長）放進孔內測探即可發現問題。

（7）第一次清孔。目的是使孔底沉渣（虛土）厚度、泥漿液中含鉆渣量和孔壁泥垢厚度符合規范要求和設計要求，為在泥漿中灌注混凝土創造良好條件。當鉆孔達到設計深度后（地質與設計相吻合）即停止鉆進，采用抽漿法和掏渣法清孔。清孔應符合下列規定：孔底500 mm以內的泥漿相對密度應為1.03～1.10，含砂率﹤2%，粘度17～20pa·s；膠體率﹥98%，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度應符合設計要求。

（8）吊放鋼筋籠。吊放鋼筋籠用汽車吊進行，人工配合。注意不撞孔壁，防止坍孔，并防止將泥土雜物帶入孔內，鋼筋分段焊接、吊放。焊接時，先將下段掛在孔口，再吊上第二段進行綁扎焊接，逐段下放，并同時在鋼筋籠內側綁扎焊接超聲波檢測管，探測管要求絕對密封。吊入后應校正軸線位置及垂直度，勿使鋼筋籠扭轉變形。鋼筋籠定位后，在4h內澆注混凝土，防止坍孔。

（9）第二次清孔。在第一次清孔達到要求后，由于安放鋼筋籠及導管，這段時間間隙較長，泥漿沉淀孔底又會產生新渣，所以待鋼筋籠及導管安裝就序后，再利用導管進行第二次清孔。清孔的方法是在導管頂部安設一個彎頭和皮管，用泵將泥漿壓入導管內，再從孔底沿著導管外置換沉渣，并檢測孔底沉渣厚度不小于5 cm，應立即進行澆注水下混凝土的工作。

（10）水下砼灌注。澆注時先灌入首批混凝土，其數量經過計算，使其有一定的沖擊能量，能把泥漿從導管中排出，并能把導管下口埋入砼深度不少于1 m；堵塞導管采用混凝土隔水栓，隔水栓預先用8號鐵絲懸吊在混凝土漏斗下口，當混凝土裝滿漏斗后，剪斷鐵絲，混凝土拌和料在壓力作用下即刻落到孔底，排開泥漿，同時把導管口埋住；隨著澆注連續進行，隨澆隨拔導管，在整個澆注過程中，導管在混凝土埋深控制在2～6 m，利用導管內混凝土的壓強大于孔內泥漿壓強使混凝土的澆注面逐漸上升，上升速度不低于2m/h，保證在水泥終凝前灌注完成，直至高于設計標高1 m。灌注將近結束時，由于泥漿沉淀砼上的泥漿濃度增加，應在孔內注入適量清水，使孔內泥漿稀釋，排出孔外，并使管內混凝土柱有一定預加高度，即高出樁頂標高1 m，確保樁身砼質量。

（11）截樁頭。灌注樁澆注完畢后，最好能即時抽干水、把淤泥、浮漿及多余砼挖出去、標高頂上只留10 cm左右砼、等到進行承臺（或系梁）施工時再鑿除，這樣可以減少鑿除工程量。鑿除砼要求把浮漿、夾泥渣砼清除干凈。鑿除后樁頂砼密實、完整、表面基本平整。

4 結語

處理好溶洞是巖溶段鉆孔灌注樁施工的關鍵。鉆孔施工前應備好應急材料，一旦鉆孔施工出現泥漿泄露，往孔內及時投放片石、粘土和水泥形成片石夾粘土圍護層，以保證孔內泥漿高度。注漿凝固后才能進行沖擊成孔，時間一般為10d左右。鉆孔施工應采用優質泥漿，加大泥漿密度和質量，在粘土中摻加適量的鋸木、燒堿和水泥，其配合比采用粘土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸木摻量為粘土體積的10%，以提高泥漿的懸浮力和膠體率。遇到傾斜較大巖面時，為避免鉆頭擺動撞擊孔壁或護筒，往孔內回填片石，在孔底形成平臺后進行正常沖孔。為防止鉆孔施工時出現掉鉆和卡鉆，接近巖溶地段成孔時采取加大泥漿密度和輕錘沖擊的方法施工。采用上述方法，安全順利的完成了橋梁基礎鉆孔施工，各項檢測指標均滿足規定要求，表明采用的方法是成功的，可供同類工程參考。

參考文獻

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