護筒跟進在溶洞樁基施工中的應用

段鈞培 陳玉欣 段鴻海

（1.鄭州大學 力學與工程科學學院，河南 鄭州450001；2.河北交通職業技術學院土木工程系，河北 石家莊050091；3.河北地質職工大學，河北 石家莊050081）

1 工程概況

某特大橋墩位于溶洞區域，經過探測得知，樁基位置最淺溶洞在地面以下6m-12.1m，最深的在地面以下46.6m-51.2m；最小溶洞0.4m高，最大溶洞19.9m高；絕大部分溶洞為空洞，部分溶洞為半充填或全充填。本文以其中的一個樁基為例進行分析，該樁基下臥3層溶洞，層高分別為10m、14m及5m，層間白云質灰巖層厚度分別為4m、4m及3m，地質情況見圖1。由于該基礎溶洞較大而巖層較薄，且下臥3層，施工中極易出現卡鉆、塌孔埋鉆及漏漿等事故。最終影響到成樁質量，嚴重者會出現偏斜樁及夾雜樁；溶洞頂板過薄造成不能承受上部荷載，施工處置不當會造成基礎突然下沉，充填松散堆積物的洞穴，受上部荷載擠壓，可能造成基礎傾斜、下沉等事故。因此，溶洞處理成為本橋墩基礎施工的關鍵一環。根據該樁基下溶洞構造及分布特點，采用鋼護筒跟進穩定樁身周圍巖土層措施，保證施工的順利進行，本文重點對該樁基溶洞鋼護筒跟進處理技術進行介紹。

圖1 樁基施工鉆孔地質柱狀圖

2 巖溶地區樁基施工常見施工事故

2.1 漏漿坍孔

巖溶區由于土洞、溶洞、裂隙、溶溝、溶槽等的存在，樁基都存在不同程度的漏漿問題。有些漏漿很緩慢，漏漿速度1m/h；有些漏漿很迅速，漏漿速度可達1m/s。根據地質報告、漏漿速度及漏漿量，判斷地質情況，采取積極有效地處理措施。

漏漿緩慢時，可能存在小溶洞、裂隙或者溶洞內有充填物。及時采取拋投片石、黏土及袋裝水泥予以回填，利用重錘擠壓將片石黏土以及水泥混合物與樁基周圍巖土緊密結合形成牢固的護壁。

漏漿較快時，可能存在較大溶洞，或者與其它空洞、地下水系連通。此時，要迅速提起沖擊錘，補漿，然后拋填大塊片石、黏土及袋裝水泥至穩定的部位，待泥漿面穩定后，采用低沖程高頻沖擊擠壓片石，形成牢固的護壁。

2.2 卡錘掉錘

鉆進到斜巖、質地不均勻的巖土層或擊穿溶洞頂部時，操作不當很可能造成卡錘；鉆進時發生偏孔，鉆錘吊索在反復沖擊過程中摩擦巖壁而損壞，或吊索使用時間過久老化，或加固吊索的卡具沒有擰緊、損壞等情況都能導致掉錘事故的發生。

施工該樁基時發生過卡錘及掉錘的事故。避免卡錘問題，首先要搞清地質狀況，施工中謹慎鉆進。在遇到斜巖及質地不均勻的巖土層時，及時拋投堅硬的片石糾偏；穿過溶洞頂部時，先采用小錘穿過頂部，搞清楚溶洞填充情況，然后再采取相應的對策，加強護壁。

避免掉錘問題，要勤檢查吊索及卡具，確保其工作性能良好。一旦出現卡錘、掉錘的事故，首先要分析原因，再采取積極有效的解決辦法。

2.3 埋錘

在施工該橋12#墩樁基時，發生孔壁坍塌埋鉆的事故。坍孔后立即拉緊吊索，力圖提出鉆錘。向上僅提出0.4m后，由于坍孔量較大，里面夾雜大量石塊，無法提起。有些時候埋錘較嚴重的，必須由專業人員打撈；對地質條件復雜，不具備打撈條件的，只能采取重錘擊碎被埋的沖擊錘。

2.4 偏孔

由于巖面傾斜、呈臺階狀、基巖溶蝕程度不均勻或者巖層質地不均勻，都有可能造成偏孔。鉆進到巖土界面或者溶洞底面時，及時調整鉆進沖程，改用低沖程高頻率鉆進，并拋填土石混合物或者灌注低標號混凝土，人為創造出水平、勻質的沖擊界面，順利穿過斜巖面。

2.5 縮孔

鉆進進入黏土層時，有些黏土由于含水量較大，塑性比較大，施工中極易黏住沖擊錘，有些穿過黏土層進入巖層后，上部黏土層縮孔。出現縮孔后，及時提起沖擊錘處理縮孔部位，縮孔長度較大的要拋投片石、碎磚等回填加固護壁。塑性較大的黏土層，施工中提錘較困難，根據提錘難易程度粗略辨別土層性質，及時拋投土石混合物及袋裝木屑，加強護壁，順利穿過黏土層；同時每工班交接班后，首先進行掃孔處理，上下往復幾次，及時解決出現的問題。

3 護筒跟進法施工工藝

3.1 鋼護筒跟進施工方法

鋼護筒采用卷制鋼管，一般鋼護筒外徑應比設計樁徑大20cm～30cm，壁厚為10mm～12mm。本工程案例墩位共計9根樁，樁徑1.0m，內護筒采用外徑1.32m、壁厚10mm鋼管，外護筒采用外徑1.524m、壁厚12mm鋼管。在鋼護筒頂內側加焊一道5cm寬的加勁箍，用25t吊車將護筒吊起，采用定位樁將鋼護筒底進行定位對中，調整護筒的垂直度，用挖機配合吊車將護筒下至孔底。將4.5TDZ-90振動樁錘安放在護筒頂，進行振動下沉，在跟進過程中應及時調整鋼護筒的垂直度，振動錘的振動點應多次調動，保證鋼護筒均勻下沉。鋼護筒跟進至巖土界面上，如果溶洞頂板較薄時，鋼護筒跟進至溶洞底板，跟進完后繼續鉆孔。當需要護筒接長時，應對鋼護筒進行焊接，必須保證好焊接質量，繼續進行振動下沉，直至設計高程。施工順序為鉆孔→拋填粘土和片石混合物→鋼護筒跟進(接長)→鉆孔→鋼護筒接長跟進→鉆孔……成孔→澆筑混凝土。

3.2 鋼護筒跟進施工要點

由于安裝鋼護筒時，會產生振動，將影響相鄰孔位灌注不久混凝土的質量以及孔壁的穩定，因此鋼護筒錘擊施工要在相鄰孔位澆筑混凝土施工1d之后。

鋼護筒安裝至巖土界面以后，及時進行溶洞頂板以及上部覆蓋層的鉆進。覆蓋層中成孔方法與一般地層相同；在巖層中采用十字實心鉆沖擊成孔，采用泵吸反循環方式，泥漿濃度控制在1.15～1.20。擊穿溶洞頂板后，挪開錘頭，進行溶洞空腔低標號水下混凝土灌注。為避免混凝土流失太遠造成浪費，采取間歇灌注方法，灌注高度超過溶洞頂板1.0m以上。施工配合比現場確定，合理確定混凝土的擴展范圍，一般3m左右。待混凝土強度滿足要求后，再擊穿低標號混凝土成孔。

3.3 溶洞樁基施工注意事項

3.3.1 巖溶區必須進行超前地質核查。施工前，進行必要的水文、工程地質調查，核實墩臺處巖溶發育情況，根據不同的地質條件采取相應的處理原則，做好溶洞處理的準備工作，在施工中不可盲目完全依賴地質資料。

3.3.2 每個墩臺只用一臺鉆機施工。如果在施工中發生坍孔事故，這些樁孔可能要報廢回填重鉆，同時開孔越多損失就越大，又延誤工期。

3.3.3 合理設計施工順序。先安排外圍樁而后中間樁，先安排含有較深、較大、較多溶洞的樁孔施工。先外后內，小洞處先開孔，長樁先開孔，樁位之間交叉開孔，步步包圍，隔開和封閉的原則。按這種順序施工，在中間樁沖擊成孔時，漏漿現象明顯減少、減弱，使得工效得以提高。

在巖溶發育的地區，鉆孔樁在同一個墩臺內，每根樁因所含巖溶程度不同，其樁長往往十分懸殊。要先施工基巖面較低、較長的樁。如先施工較短的樁，再施工較長樁時，一旦發生塌孔，容易使已完成的較淺樁周圍土層松動，樁底巖面變動，造成樁體沉陷報廢或降低承載力。如果鉆孔施工順序安排不當，將極易發生坍孔、斷樁等事故[1]。

橋墩巖溶復雜，溶洞變化很大，而且可能有溶洞使樁孔相互間連通。因此很難避免地下的相互干擾和影響。施工要根據所含溶洞的情況，由深到淺、由多到少、由大到小的原則安排鉆孔樁的鉆孔順序。這樣做可以及時封閉和堵塞各樁孔間的巖溶孔洞和通道，使施工順利進行[2]。

3.3.4 重視溶洞的樁孔護壁方法。按照常規，樁孔護壁方法是采用黏土泥漿護壁，如果溶洞較大要采用“草袋黏土包”拋填的方法進行護壁。當溶洞高度或縱橫寬度超過1m、埋藏深度超過5m的溶洞地段，樁孔護壁應改用片石與黏土混填的方法，向溶洞地段大量拋填片石和干黏土。因為干拋片石的比重為1.8-1.9，與混凝土比重接近，這樣處理后，樁孔護壁就不容易被擠破。

3.3.5 加強巖渣清理。鉆孔樁鉆進過程中，擊碎的巖石大部分用掏渣筒或泥漿循環取出，小部分被擠入孔壁。當巖渣太厚，泥漿不能將其全部懸浮上來，沉淀到孔底形成沉渣。沉渣厚度是樁基工程主控項目之一。樁底沉渣厚度，影響混凝土與基巖結合程度，而且直接影響到樁基礎的沉降量，嚴重的導致沉降觀測不收斂。因此，灌注前必須將沉渣厚度控制在規范要求之內。

樁基清孔過程中，既要保證孔底沉渣厚度滿足設計要求，確保清孔質量；又要盡量縮短清孔時間，及時進行樁基灌注。避免時間過長，泥漿濃度降低，護壁坍塌，溶洞內的填充物涌進孔內，地下水發育的區域尤其要注意。較淺樁基，鋼筋籠骨架安裝時間較短，僅采用換漿法清孔就能滿足要求。較深樁基，灌注混凝土與清孔間隔時間較長導致樁底沉渣較厚，采用如下3種方法清孔：換漿法、掏渣法、噴射法等，掏渣法粗略清孔，再用換漿法清孔，待鋼筋籠骨架安裝完畢后及時采用噴射法徹底清孔。現場檢驗清孔效果可以采用測繩拴鋼筋頭檢驗：清孔不太徹底時，上下提升測繩比較重；如果提升測繩上下感覺一致，同時能夠清楚感覺到金屬碰擊基巖清脆的聲音，則表明清孔效果較好[3]。

3.3.6 確保基樁基巖穩定。未完全探明地質狀況的樁基，根據要求要及時進行地質核查。鉆至設計標高后，補小鉆，鉆入基巖不小于3倍樁基直徑的深度，確認地質完整，沒有溶洞，嵌巖樁確保入巖深度后，才進行清孔，安裝鋼筋籠，灌注水下混凝土。如揭示基巖不完整，存在溶洞等不良地質情況，則必須穿過溶洞，確保樁基基礎穩定。

3.3.7 鋼護筒封底必須嚴密。在巖溶極發育、地下水極豐富的地區，護筒都應穿過砂層、卵石層，以防突遇溶洞漏漿，造成孔口坍塌。

3.3.8 灌注時確保混凝土供應充足。灌注前，根據鉆進時揭示的地質條件，預估可能出現的情況，準備好應急物資，同時保證混凝土的充足供給。在成孔過程中，孔壁周圍或孔底都有可能有溶槽、土洞、裂隙，成孔時這些空間被泥漿充填，而在灌注水下混凝土時，容重較大的混凝土將容重較小的泥漿從溶槽、土洞、裂隙中置換出來，占據了這些空間，從而增加了混凝土體積；有時溶洞中的填充物密度比混凝土小，由于混凝土進入溶洞破壞了原來的平衡，使得成孔時并未發現的溶洞在灌注混凝土時卻多用成倍的混凝土。鑒于這些原因，在灌注混凝土前備料一定要留有余地，防止發生因無料停工或間斷時間較長造成斷樁。

3.3.9 嵌巖樁樁底高程的確定與終孔判斷。

由于樁尖必須嵌入堅實的基巖，且嵌巖深度不小于1.5m；樁徑越大，嵌巖越深，對基巖的規模性與整體性要求也越高。由于溶洞裂隙發育，溶潭、溶洞、石筍、“烏龜殼”、“半邊巖”、“鷹咀巖”可能存在，這就很難保證成樁完全滿足設計要求。因此在施工中勤觀察，特別注意樁底基巖是否平整。

由于灰巖質地堅硬致密，沖擊成孔時鋼絲繩呈反彈狀態，孔底可傳出“咚、咚”的碰撞聲；如果沒有入巖或松軟層，鋼絲繩不會反彈，樁底聲音嘶啞甚至無聲。根據設計標高及實鉆孔深、具體的巖面坡度與巖溶形態，結合現場情況能夠較為準確的判斷能否終孔。

4 結語

本工程樁基下臥溶洞復雜，用護筒跟進，加強護壁后，鉆進很順利，清孔、灌注混凝土也較順利完成。根據樁基檢測結果顯示，本樁基完整性等級為Ⅰ類樁，通過本工程實踐，表明對單個較大溶洞或者多層串珠狀分布的無充填或充填物為流塑狀的溶洞，更適合采用鋼護筒跟進的施工方法。

［1］畢樹峰.巖溶區高速鐵路樁基礎施工溶洞處理技術研究［J］.中外公路，2014，34（5）：200-202.

［2］劉鐵志.巖溶地區鉆孔樁基礎施工技術［J］.國防交通工程與技術，2014，12（S1）：126-128.

［3］李建輝.復雜溶洞橋梁樁基逐樁處理措施［J］.城市道橋與防洪，2014，31（2）：101-103.