巖溶地區(qū)灌注樁施工常見事故原因分析及應(yīng)對措施

齊宗海

【摘要】巖溶地區(qū)灌注樁施工，采用普通工藝進(jìn)行巖溶地帶鉆進(jìn)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(fā)生，本文對鉆孔過程中發(fā)生的常見事故進(jìn)行了原因分析，并提出了具體的預(yù)防和處理措施。

【關(guān)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(zhì)條件，橋梁基礎(chǔ)多采用鉆孔灌注樁形式，在巖溶地質(zhì)條件下灌注樁施工遇到的困難和問題更多，結(jié)合項目對巖溶地質(zhì)條件下的灌注樁施工遇到的各種事故進(jìn)行原因分析，并提出預(yù)防和應(yīng)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(nèi)，全長9.8KM，根據(jù)地面調(diào)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?guī)r、泥灰?guī)r。巖頂面溶溝、溶槽發(fā)育，凹凸起伏不平。石灰?guī)r、泥灰?guī)r中溶洞、孔洞、溶隙、裂隙普遍發(fā)育。

2灌注樁施工設(shè)備的選用

考慮荊河特大橋的地質(zhì)情況的復(fù)雜性，在施組編制階段和實際實施階段，針對各種機(jī)械設(shè)備組合進(jìn)行了論證和實施，經(jīng)過對比各種機(jī)械設(shè)備組合的優(yōu)缺點，根據(jù)現(xiàn)場工程實踐，選用手把式?jīng)_擊鉆機(jī)+泥漿循環(huán)清渣+氣舉反循環(huán)清孔+泥漿過濾機(jī)清渣和烏卡斯鉆機(jī)+掏渣筒清渣+氣舉反循環(huán)清孔+泥漿過濾機(jī)清渣兩種方案，覆蓋層中鉆進(jìn)采用管式鉆頭，巖層中鉆進(jìn)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(jìn)行巖溶地帶鉆進(jìn)，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(jīng)常發(fā)生。鉆孔過程中發(fā)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(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，也是造成孔壁坍塌、孔口坍塌、卡鉆、埋鉆、掉鉆等現(xiàn)象的直接原因。漏漿也導(dǎo)致其他次生災(zāi)害頻繁發(fā)生。

根據(jù)不同的漏漿現(xiàn)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(bǔ)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(fā)現(xiàn)液面。此時需要立即采用片石和粘土對溶洞進(jìn)行回填，回填至砂層以上后，補(bǔ)充漿液復(fù)打。

3.2 孔壁坍塌

孔壁坍塌主要是由于護(hù)壁漿液流失后，孔壁失去水壓力造成的坍塌，根據(jù)本區(qū)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(hù)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(hù)壁泥漿流失，造成覆蓋層內(nèi)所夾砂層坍塌，從而導(dǎo)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(shè)備損壞等事故；其次是極大的延誤了工期，地面塌陷后進(jìn)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(qiáng)烈發(fā)育，覆蓋層受沖擊振動影響，易產(chǎn)生塌孔，導(dǎo)致埋鉆事故；或沖擊錘進(jìn)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(fā)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(chǎn)生梅花孔造成卡鉆事故等，致使沖擊錘不能上提。若發(fā)生卡鉆、埋鉆、掉鉆事故，處理難度極大。

3.5 鉆孔樁充盈系數(shù)偏大，施工成本增大

由于溶洞引起反復(fù)漏漿、塌孔，造成樁基擴(kuò)徑，充盈系數(shù)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(shù)較大不僅增大了工程成本，而且對成樁質(zhì)量產(chǎn)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(xiàn)，延長了成孔時間，特別是遇到超大溶洞，需要反復(fù)回填復(fù)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(shè)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(yù)防及應(yīng)對措施

經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)施工實驗，采取了鋼護(hù)筒跟進(jìn)、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(hù)筒跟進(jìn)

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(nèi)負(fù)壓，孔壁失去泥漿壓力后，導(dǎo)致其他次生災(zāi)害的頻繁發(fā)生。因此必須采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)措施，保證孔壁穩(wěn)定，鋼護(hù)筒必須跟進(jìn)至基巖面內(nèi)一定深度，若不能跟進(jìn)至基巖面，受成孔周期時間長及需要反復(fù)回填復(fù)打影響，護(hù)筒底部周圍砂層容易坍塌，造成護(hù)筒偏斜。如鋼護(hù)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(hù)筒跟進(jìn)大大提高了成孔過程中的安全，防止塌孔對人機(jī)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(wěn)定，保證成孔過程及灌注過程的人機(jī)安全，保證樁基質(zhì)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(hù)筒建立穩(wěn)固的根基。受覆蓋層深厚影響，鋼護(hù)筒若采用錘擊或振動跟進(jìn)，只能下設(shè)10m以內(nèi)深度，無法下設(shè)到基巖面，因此必須采用鉆孔下設(shè)，鉆孔直徑一般比設(shè)計樁徑大25cm，鋼護(hù)筒直徑比設(shè)計樁徑大20cm。為防止鉆進(jìn)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(jìn)行注漿處理，保證鋼護(hù)筒的順利下設(shè)。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(yù)灌高流態(tài)塑性混凝土進(jìn)行封閉，該處理方式造價較高，不建議大面積采用。

5質(zhì)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(jī)在一個墩臺上同時作業(yè)，由于互相振動干擾，表層覆蓋層鉆進(jìn)時，容易造成鋼護(hù)筒尚未跟進(jìn)的情況，砂層液化坍塌。鉆進(jìn)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(xiàn)象的發(fā)生。接近成孔時，其它鉆機(jī)要暫停施工，防止成孔事故發(fā)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(dǎo)管將無法沉放。為了保證成孔垂直精度滿足設(shè)計要求，應(yīng)采取擴(kuò)大樁機(jī)支承面積使樁機(jī)穩(wěn)固，經(jīng)常校核鉆架及鋼護(hù)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(biāo)高和成孔深度

在護(hù)筒定位后及時復(fù)核護(hù)筒的位置，嚴(yán)格控制護(hù)筒中心與樁位中心線偏差，并認(rèn)真檢查回填土是否密實，防止鉆孔過程中發(fā)生漏漿塌陷現(xiàn)象，造成鉆機(jī)移動影響樁位和標(biāo)高。

5.4清孔

由于深厚覆蓋層地區(qū)巖溶樁基長度普遍較長，對于60m以上的長樁，應(yīng)采用氣舉反循環(huán)清孔。

5.5 混凝土灌注

溶洞內(nèi)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(hù)壁，造成混凝土流失，導(dǎo)料管底部脫空后，造成斷樁。因此在灌注過程當(dāng)中，要密切注意泥漿面的變化，出現(xiàn)情況及時提拔導(dǎo)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(jié)束語

通過一年多的實際施工實踐證明，在巖溶地質(zhì)地下情況復(fù)雜多樣情況下，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)、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(qiáng)漏失地區(qū)的巖溶強(qiáng)烈發(fā)育對樁基施工造成的影響，保證了成樁質(zhì)量。