巖溶地區灌注樁施工常見事故原因分析及應對措施

齊宗海

【摘要】巖溶地區灌注樁施工，采用普通工藝進行巖溶地帶鉆進時，漏漿、孔壁坍塌、地面塌陷、卡鉆、掉鉆、埋鉆等鉆孔事故頻繁發生，本文對鉆孔過程中發生的常見事故進行了原因分析，并提出了具體的預防和處理措施。

【關鍵詞】巖溶；樁基；鉆孔；漏漿；孔壁坍塌

隨著大跨度橋梁越來越多，針對一些特殊的地質條件，橋梁基礎多采用鉆孔灌注樁形式，在巖溶地質條件下灌注樁施工遇到的困難和問題更多，結合項目對巖溶地質條件下的灌注樁施工遇到的各種事故進行原因分析，并提出預防和應對措施。

1工程概況

京滬高速鐵路荊河特大橋位于魯西南棗莊境內，全長9.8KM，根據地面調查及鉆孔揭露，表覆大部分屬第四系地層，巖溶屬淺～深覆蓋型巖溶，覆蓋層厚度從20米到60米不等，下伏基巖主要為石灰巖、泥灰巖。巖頂面溶溝、溶槽發育，凹凸起伏不平。石灰巖、泥灰巖中溶洞、孔洞、溶隙、裂隙普遍發育。

2灌注樁施工設備的選用

考慮荊河特大橋的地質情況的復雜性，在施組編制階段和實際實施階段，針對各種機械設備組合進行了論證和實施，經過對比各種機械設備組合的優缺點，根據現場工程實踐，選用手把式沖擊鉆機+泥漿循環清渣+氣舉反循環清孔+泥漿過濾機清渣和烏卡斯鉆機+掏渣筒清渣+氣舉反循環清孔+泥漿過濾機清渣兩種方案，覆蓋層中鉆進采用管式鉆頭，巖層中鉆進采用十字錐鉆頭。

3常見事故的類型及原因分析

采用普通工藝進行巖溶地帶鉆進，在未采取特殊處理措施時，漏漿、孔壁坍塌、地面塌陷、卡鉆、掉鉆、埋鉆等鉆孔事故的經常發生。鉆孔過程中發生的主要事故和原因分析如下：

3.1 漏漿

漿液流失是穿越溶洞地帶最經常發生的現象，也是造成孔壁坍塌、孔口坍塌、卡鉆、埋鉆、掉鉆等現象的直接原因。漏漿也導致其他次生災害頻繁發生。

根據不同的漏漿現象，可將其大致分為以下幾種情況：

（1）對于無充填、半充填溶洞，若溶洞未貫通，漿液流失到一定程度后，會靜止在一個液面上，此時需要回填片石和粘土，并及時補充漿液，防止坍孔。

（2）對于無充填、半充填溶洞，若溶洞已貫通，則漿液瞬間流失后，無法發現液面。此時需要立即采用片石和粘土對溶洞進行回填，回填至砂層以上后，補充漿液復打。

3.2 孔壁坍塌

孔壁坍塌主要是由于護壁漿液流失后，孔壁失去水壓力造成的坍塌，根據本區段施工情況，漏漿是造成孔壁坍塌的主要原因。另外施工周期長，覆蓋層中所夾深厚砂層的護壁逐漸削弱，在長期錘擊振動作用下，液化后造成坍塌。

3.3 地面塌陷

地面塌陷主要是由于護壁泥漿流失，造成覆蓋層內所夾砂層坍塌，從而導致地表土體失去支撐而引起。地面塌陷危害極大：首先是安全問題，極易造成人員傷亡和設備損壞等事故；其次是極大的延誤了工期，地面塌陷后進行回填，需要靜置一段時間，方能重新施工。

3.4 卡鉆、掉鉆、埋鉆

如上覆土層普遍分布有砂礫、中粗砂層，下伏基巖巖溶洞隙強烈發育，覆蓋層受沖擊振動影響，易產生塌孔，導致埋鉆事故；或沖擊錘進入巖溶洞隙中，特別是豎向型巖溶洞隙中，洞隙較大，沖擊錘傾倒；上部巖溶發育地段受沖擊振動掉塊或掉入異物卡住沖擊錘；或由于泥漿濃度高，沖擊過程中產生梅花孔造成卡鉆事故等，致使沖擊錘不能上提。若發生卡鉆、埋鉆、掉鉆事故，處理難度極大。

3.5 鉆孔樁充盈系數偏大，施工成本增大

由于溶洞引起反復漏漿、塌孔，造成樁基擴徑，充盈系數較大；粘土片石回填的溶洞或有充填物的溶洞、溶隙在清孔時，常造成回填物或充填物的流失，造成混凝土灌注量增大。充盈系數較大不僅增大了工程成本，而且對成樁質量產生不利影響。

3.6 施工周期長

漏漿、孔壁坍塌、孔口坍塌、掉鉆、卡鉆、埋鉆等情況的出現，延長了成孔時間，特別是遇到超大溶洞，需要反復回填復打，對工期造成了極大的影響。由于在穿越溶洞時成孔效率低，只有加大設備投入和人員投入，方能解決功效低下對工期造成的影響。

4預防及應對措施

經現場反復施工實驗，采取了鋼護筒跟進、拋填片石粘土、注漿加固的綜合處理方案，其主要目的和作用如下：

4.1 鋼護筒跟進

荊河特大橋覆蓋層深厚，且多以砂層為主，擊穿溶洞后，泥漿往往瞬間流失，引起孔內負壓，孔壁失去泥漿壓力后，導致其他次生災害的頻繁發生。因此必須采用鋼護筒跟進措施，保證孔壁穩定，鋼護筒必須跟進至基巖面內一定深度，若不能跟進至基巖面，受成孔周期時間長及需要反復回填復打影響，護筒底部周圍砂層容易坍塌，造成護筒偏斜。如鋼護筒偏斜，摩阻力加大，采用振動錘很難拔出，只有加樁處理。另外鋼護筒跟進大大提高了成孔過程中的安全，防止塌孔對人機造成傷害。

4.2 拋填片石粘土

拋填片石、粘土，主要是封堵溶洞，防止漏漿，保持孔壁穩定，保證成孔過程及灌注過程的人機安全，保證樁基質量，降低施工成本。

4.3 注漿加固

注漿加固主要是針對土巖界面的土洞、表層溶洞頂板小于3m的溶洞，目的是為鋼護筒建立穩固的根基。受覆蓋層深厚影響，鋼護筒若采用錘擊或振動跟進，只能下設10m以內深度，無法下設到基巖面，因此必須采用鉆孔下設，鉆孔直徑一般比設計樁徑大25cm，鋼護筒直徑比設計樁徑大20cm。為防止鉆進至土巖界面，遭遇土洞或者擊穿頂蓋較薄的溶洞后造成的漏漿塌孔，因此必須對土巖界面的土洞或溶洞先進行注漿處理，保證鋼護筒的順利下設。對于深層溶洞，采取注漿方式，耗漿量大，且封堵效果不甚明顯。

在工期比較緊張的情況下，對串珠狀溶洞、5m以上較大溶洞、貫通性溶洞建議采用預灌高流態塑性混凝土進行封閉，該處理方式造價較高，不建議大面積采用。

5質量控制要點

5.1 采取隔孔施工程序

沖擊成孔必須遵循隔孔施工程序，特別是兩臺或兩臺以上鉆機在一個墩臺上同時作業，由于互相振動干擾，表層覆蓋層鉆進時，容易造成鋼護筒尚未跟進的情況，砂層液化坍塌。鉆進至溶洞后，避免在同一層溶洞施工，容易造成干擾，甚至埋錘現象的發生。接近成孔時，其它鉆機要暫停施工，防止成孔事故發生。

5.2 確保樁身成孔垂直精度

這是灌注樁順利施工的一個重要條件，否則鋼筋籠和導管將無法沉放。為了保證成孔垂直精度滿足設計要求，應采取擴大樁機支承面積使樁機穩固，經常校核鉆架及鋼護筒的中心位置，也可以通過鋼絲繩判斷成孔的垂直度，成孔后采用探籠測試垂直度和圓度。

5.3 確保樁位、樁頂標高和成孔深度

在護筒定位后及時復核護筒的位置，嚴格控制護筒中心與樁位中心線偏差，并認真檢查回填土是否密實，防止鉆孔過程中發生漏漿塌陷現象，造成鉆機移動影響樁位和標高。

5.4清孔

由于深厚覆蓋層地區巖溶樁基長度普遍較長，對于60m以上的長樁，應采用氣舉反循環清孔。

5.5 混凝土灌注

溶洞內均采用片石粘土造壁，灌注混凝土后，由于壓力增大，有可能擊穿溶洞護壁，造成混凝土流失，導料管底部脫空后，造成斷樁。因此在灌注過程當中，要密切注意泥漿面的變化，出現情況及時提拔導料管，拔出鋼筋籠，重新沖擊成孔。鋼筋籠難以拔除的，可派潛水員割除鋼筋籠。

結束語

通過一年多的實際施工實踐證明，在巖溶地質地下情況復雜多樣情況下，采用鋼護筒跟進、拋填片石粘土、注漿加固的綜合處理方案，很好的克服了深厚砂層覆蓋層、強漏失地區的巖溶強烈發育對樁基施工造成的影響，保證了成樁質量。