淺析巖溶地區沖擊鉆施工技術改進的應用

■李樹亭，廖 翔，廖作勇 ■江西省核工業地質局二六一大隊，江西 南昌 330096

宜春市灰巖發育，地質條件復雜，溶洞給樁基施工帶來較大困難。沖擊成孔中極易出現漏漿，造成塌孔、卡錘、埋錘等事故，及回填后再鉆再漏再塌等現象。

1 工程簡況

綜合樓位于袁州中路，層高27F、框剪結構，沖孔樁徑0.8m，樁端入中風化灰巖2.0m 以上，樁底下臥≥3d 范圍內要求無溶洞、溶蝕現象。根據施工階段“一樁一孔”勘察資料，區內地層厚度主要為:雜填土厚0.4～2.9m、淤泥質粉質粘土厚1.4～2.8m、圓礫厚4.7～14.6m，圓礫中夾有漂(礫)石，最大徑＞2.5m;礫質粘土厚1.10～13.3m，局部含大漂石;中風化灰巖單軸抗壓強度標準值45.9MPa，巖面起伏大，最高-16.4m，最低-30.4m，高差達14.0m，巖層溶溝、溶槽、溶洞發育，鉆探深度內溶洞視高一般0.5～2.0m，局部達4.3m，局部鉆孔見7 層串珠狀溶洞，多被角礫、漂礫、泥砂充填。

2 成孔工藝改進

本工程圓礫中夾有漂石，灰巖溶溝、溶槽、溶洞發育，巖面不規則，設計穿過溶洞區巖層埋深較大。若采用普通十字形沖擊錘頭，相鄰兩支夾角為90°，鉆進過程中，鉆頭旋轉擺動角為30°～40°，卡鉆的可能性很大，且穿越巖層厚度較大，十字刃極易磨損。經分析研究，將現有沖成孔技術作如下改進:(1)選用六瓣梅花沖擊錘頭，鉆頭直徑較設計孔徑略小2～4cm。(2)采用加焊導向塊，形成弧形外壁，傾角15°，以免卡錘。(3)在鉆頭底面加焊三個支刃，這樣在鉆進過程中，鉆頭旋轉擺動角達到30°，既達到了整斷面鉆進效果，又避免了卡鉆。(4)為了增強鉆頭與巖面接觸的強度，在鉆頭每個邊壁加焊高強度特制耐磨塊，制成高4cm 的“刃頭”，用“刃頭”沖擊破碎巖面，減輕對鉆頭的磨損。(5)為使成孔鉛直，在沖擊鉆頭的下部和上部各焊一個環帶，環帶直徑比鉆頭小2～3cm，兩環相距約為鉆頭直徑的1.5 倍，加上導正環后，增加了鉆頭的阻力，提高鉆頭對巖石的沖擊力。(6)因巖面起伏不均，在鉆頭底部加焊導正爪，沖擊時導正爪能快速穩定地磕、削孔內垂直線上的巖石，提高鉆頭磕、削巖能力。

3 改進后成孔工藝的應用

施工中常遇到的問題主要有漏漿、斜孔、塌孔、卡鉆等，改進后的沖成孔施工技術在預防和處理上述問題時效果明顯。

3.1 處理孔內漏漿措施

由于碎石土和巖溶裂隙透水性強，沖成孔通過圓礫、粘性土中漂石及灰巖中溶溝、溶槽、溶洞、巖溶裂隙時，因孔內泥漿具有一定的水頭高度，泥漿便會向孔壁外產生滲漏、滲流，導致孔內泥漿下降，井口出現空孔現象，孔內側壁壓力減小，造成孔口和孔壁坍塌的情況較為普遍。成孔工藝改進后處理措施主要有:(1)采用按一定比例片石和粘土回填及控制沖程的辦法處理。其中35#樁在鉆進至16.3m 時出現嚴重漏漿現象，泥漿面下降較快。施工人員發現后立即提鉆，迅速將事先備好的泥漿向孔內補充，然后按1∶1 的比例分層拋填粘土和片石，填充至護筒底0.6m 后，采用1.0～1.5m 低沖程反復沖砸，擠壓泥石堵塞溶洞，形成堅實的泥石壁，有效地防止了因漏漿產生的塌孔。(2)采用重復回填和適摻外劑、優化漿質處理技術。裙樓5#樁在鉆至孔深14.6m 時，發現泥漿面緩緩下降，施工人員采用了35#樁同樣的處理方法后，漿面仍會下降，在采用孔內不斷補充泥漿穩住孔壁的同時，重復按比例回填粘土和片石，再循環反復沖砸，臨時固壁后，又采用“適摻外劑，優化漿質”的方法提高孔壁的穩定性。護壁泥漿選用優質的粘土，并在泥漿中摻入20%的膨潤土、0.2%的CMC 羥基纖維素及少量的生石灰等，制成優質泥漿，進行護壁、固壁。該技術在多個類似樁孔中處理效果良好。

3.2 預防、處理斜(歪)孔措施

鉆至礫質粘性土時，常會遇到探頭石、漂石，土層軟硬不均;鉆至灰巖巖面時，單孔截面時常會出現“一邊硬、一邊軟”現象，鉆頭會沿著軟的一側和巖面傾斜面方向鉆進，導致斜(歪)孔;其次，鉆機基底向某側發生沉降、傾斜，或產生位移時也會造成斜孔、偏孔的發生。成孔工藝改進后處理措施主要有:(1)回填糾斜法，87#樁鉆至孔深6.5～8.0m時發現了偏斜，原因是粘性土中含的探頭石、漂石造成土層軟硬不均所至。經測量偏斜高達18cm。停鉆后回填片石至護筒底0.6m，重新采用1.0～1.5m 低沖程慢速鉆進。經過2.5 小時處理，一次性成功糾偏。(2)加焊導正器糾斜法，87#樁在13.2～15.0m 處時，第二次出現斜孔。分析原因可能是灰巖面起伏不均所制。對此，將鉆頭進行了技術改進，在鉆頭底部加焊導正爪，沖擊時導正爪能快速穩定地磕、削孔內垂直線上的巖石，提高了鉆頭磕、削巖能力。在周邊加焊導正環，增大鉆頭受阻面積，并采用了回填部分片石后，加強導正，有效預防和避免歪錘現象。采取以上措施后，明顯降低了斜(歪)孔的出現。

3.3 預防和處理塌孔措施

造成塌孔的原因主要有漏漿、鉆進過快、護壁時間短、泥漿性能差和未根據不同地層及時調整泥漿比重等。本項目預防和處理塌孔的改進技術措施是:采用1.0～1.5m 低沖程開孔，在雜填土上形成堅實、鉛直孔壁，對繼續鉆進起導向作用，進入淤泥質粉質粘土或砂層時，向孔內投入部分小片石和適量粘土，采用低、小沖程沖擊，將粘土和片石擠進孔壁加固;若遇有流砂，應增大泥漿比重，提高孔壁內側壓力。進入圓礫、礫質粘性土時，一般采用3.5m 左右的大沖程，破碎漂(礫)石。再根據地質柱狀圖掌握鉆至灰巖的標高，接近頂板0.3～0.5m 時應控制沖程。若遇有溶洞時，可采用分層分次回填粘土及片石至塌方標高以上0.3～0.5m，循環反復沖擊成孔，直至重新護壁鉆進。

3.4 預防和處理卡鉆改進措施

在巨大漂(礫)石、灰巖層中沖擊成孔時，經常出現半邊石、孤石、不規則斜巖石、溶槽、溶溝擠鉆和溶洞中卡、掉鉆等現象。預防措施有:(1)開鉆前進行技術交底，熟知勘察資料，分析和預測可能會出現卡鉆地段、地層。(2)向每臺鉆機班組詳細、清楚地交代施工安全注意事項。(3)學習處理技術，避免不當操作。

處理技術改進措施有:(1)簡單打撈法，在圓礫、礫質粘性土中出現卡鉆時，一般只須向上勤提、勤動，探頭石、半邊石松動以后即可提起鉆頭。(2)采用↓型打撈器打撈法，施工前在錘頭上段加焊一道φ25mm 鋼筋圈作起吊環，特制打撈器，用小型鋼軌焊成↓型鉤，遇孤石和中風化灰巖中卡鉆后，可用↓型打撈器打撈處理。47#樁鉆至孔深19.5m 時，鉆頭在溶洞中被卡住，用↓型打撈器一次性就順利打撈起鉆頭。(3)爆破法打撈，47#樁在繼續鉆進至21.3m 時，鉆頭第二次被卡住，但鋼絲繩放松后，鉆頭仍可下去0.5m 左右，采用打撈器處理，效果不理想。經分析，錘頭掉入一側的溶洞中，決定采用爆破法打撈，仔細探測卡鉆部位，確定爆破面，清理干凈錘頭上沉渣，將炸藥安放到指定位置引爆，利用引爆后瞬間沖擊力，破碎巖石，松動鉆頭，處理卡鉆、掉錘。(4)人工開挖打撈法，條件允許，有時也采用人工開挖法處理。

4 效果評述

經過沖擊鉆施工技術改進的應用，工期如期完成，經樁身自反力平衡靜荷載試驗，及大、小應變和動測、鉆孔取芯驗樁等多種檢測手段檢測，沒有發現任何質量問題，施工質量符合規程、設計要求。實踐證明，針對本工程復雜地質條件特征，科學、合理地進行沖擊成孔法施工技術改進的應用，不僅積累了在復雜巖溶地區進行深基礎施工經驗，同時亦為類似地區高層建筑樁基工程設計、施工探索出一條新路，有廣泛的借鑒價值。