巖溶鉆孔樁巖溶處理施工技術探討

姚健東

摘要：在巖溶發育及其豐富的地區進行樁基施工難度是非常大的，本文結合合福鐵路安徽段站前四標工程鐘鳴特大橋巖溶區鉆孔樁施工的特點及處理方法進行分析，對巖溶鉆孔樁巖溶處理方法的選取進行深一步探討，并簡介一些施工中應注意事項。

關鍵詞：巖溶處理；鉆孔樁

1 工程概況

鐘鳴特大橋位于銅陵縣鐘鳴鎮內，施工里程DK141+681.045～DK149+144.735，共有樁基礎2153根，樁徑分為1m、1.25m、1.5m、2m四種，樁長為6-97m不等。巖溶鉆孔樁底部巖層（泥質灰巖）強度δ0=600kPa至800kPa不等地質堅硬。樁長較長，且地層堅硬，故選取沖擊式鉆孔樁機進行施工，同時相較其它樁基施工方法，巖溶樁基施工采用沖擊式鉆孔樁機能大幅降低卡鉆發生的概率，且在發生卡鉆的情況時便于處理。

根據地質勘探資料統計，歸納出鐘鳴特大橋巖溶發育的特點：

（1）溶洞高度大，鉆探孔所示單個溶洞最大高度在20米以上。

（2）溶洞層數多，單根樁施工最多需穿過上下共超過七層溶洞。

（3）溶洞埋深淺，一些溶洞頂板距地表僅有十余米。

（4）巖溶發育深，下層溶洞往往埋深較深，最深可達地面以下近100米的深度，超長樁長。

（5）巖溶發育集中，多數溶洞為成片發育，溶洞相互串聯。

（6）巖溶周邊情況復雜，例如，69#、70#墩緊鄰既有線蕪銅鐵路兩側，85#墩距鐘鳴自來水地下取水源不足100米，109#～133#地表土為粘性極小的砂土。

2 巖溶鉆孔樁施工的前置工作

2.1巖溶處理方法的備選

本工程采取了片石粘土回填、袋裝水泥回填、素混凝土回填、鋼護筒跟進、注漿等方法作為巖溶處理的備選方法，根據每根樁的不同情況選取一種或數種巖溶處理方法，后文將具體介紹每種方法的選用原則。

在確定了巖溶處理方法后應當積極備料，以滿足巖溶處理的需求。

2.2其它巖溶區鉆孔樁施工的準備工作

（1）安排樁機施工順序，一個承臺內首先施工樁長最長的樁，相隔一日再施工與之相鄰的樁。

（2）熟悉掌握地質柱狀圖，將溶洞可能所在的位置的標高換算成孔深，對樁機作業人員進行交底，在鉆進至地質柱狀圖所揭示的溶洞頂板以上1米處應當減小錘頭的沖程。

（3）測量放樣后，應設置4根堅實的護樁，在鉆孔施工過程中作為參照。

3片石粘土/混凝土/其它回填物回填

3.1片石粘土回填

片石粘土回填是進行巖溶處理是最為簡便與經濟的一種方法。將片石粘土以一定比例混合（片石：粘土=3：1～4：1，片石直徑10～50cm）后回填至鉆孔樁巖溶區，再經鉆錘的反復沖錘擠入溶洞內，在溶洞口形成質密的人造泥結石孔壁。

一般片石粘土回填工序為：片石粘土拌和、回填、補漿、再鉆進。

此種方法，可大致將其分為兩大類：

（1）漏漿，被動回填

由于沖擊式鉆孔樁采取泥漿護壁，當沖擊入溶洞內時，或已處理的溶洞內發生人造孔壁坍塌，均會導致孔內泥漿流失，即漏漿。發生漏漿時，應需及時使用片石粘土回填的方法將漏漿口堵住，并制造新的人工孔壁。現場施工時，巖溶處理大多數回填均屬于此種情況。

（2）進尺異常，主動加強

巖溶施工中，采取片石粘土回填的方法往往會產生一個誤區，即不漏漿就不需要回填。很多時候即使暫未漏漿，也需采用片石粘土回填的方法對孔位進行處理。在巖層中鉆進時，如遇進尺突然加快，說明該樁鉆孔已進入巖溶區，未漏漿只是該溶洞內含有砂土、礫石等填充物。但此類溶洞內的填充物粘性極差，僅可維持一段時間的穩定。故應在遇到此類狀況，應主動使用片石粘土回填，后反復壓實，重新鉆孔。實踐證明，此類情況采取主動回填，要比待發生漏漿在進行回填的效果要好上數倍。

圖1左圖為主動回填，在溶洞底板打穿之前進行回填，再鉆進時，由于溶洞底板的限制，回填的片石粘土只能被迫壓縮和向溶洞內擠入，形成較厚且質地較密的人造孔壁。右圖被動回填，當溶洞內有較為松軟的填充物時，剛打穿溶洞時未發生漏漿，但在繼續向下進行鉆進過程中，由于震動，及泥漿的循環，造成上層溶洞漏漿，再進行片石粘土回填如圖1右圖。此時需要回填的片石粘土較多，且不易控制具體的回填米數。其次，回填米數較多，再次鉆孔時，溶洞底板至孔底段的回填物被不停的壓縮，不能提供足夠的支撐力使更多的回填物擠入溶洞內，故此時形成的溶洞內人工造壁十分薄弱，很容易在鉆孔中被震塌。

圖1

3.2混凝土回填

一些孔位處于溶洞與巖層的交界處，或溶洞底部傾角過大時，經回填片石處理達不到明顯效果，可采用混凝土回填的方法，一些溶洞高度過大的溶洞也可采用此種方法。

混凝土回填工藝與水下灌注樁基本相同，不再贅述，回填至溶洞頂口以上1m處左右即可，砼標號采用水下C30，回填后應當待混凝土強度達到70%以上時再恢復鉆進。

3.3 其它回填物回填

袋裝水泥適用于底下暗河處理，一些孔位出入地下暗河之上，回填物極易被水流沖走，此時采用袋裝水泥回填能起到很好的效果。應當嚴格確定地下暗河標高，溶槽高度，根據溶槽口高度及樁徑來控制投放袋裝水泥的數量。投放時，可使用草繩或麻神等將數袋袋裝水泥捆綁為一個整體，以加強袋裝水泥的抗水流沖擊作用。回填后以錘頭壓實，待強度達到后再次鉆進。如此可在地下暗河的河道內形成一個袋裝水泥的“壩體”，將鉆孔樁的孔位與地下暗河隔離。

水泥拌土適用于巖溶裂隙，此種孔位大多表現為緩慢漏漿。選擇粘性較好的粘土，但水分不宜過大，水泥采用普通硅酸鹽水泥，以每方土100kg～200kg水泥的比例，使用挖機進行充分拌合。將拌制好的水泥拌土回填入待處理的孔內，每回填1至2米，應使用錘頭進行壓實，如此回填至溶洞上口1～2米左右即可。回填后，應間隔24小時以上才能恢復鉆進。

4 鋼護筒跟進

鋼護筒跟進是巖溶處理的重要方法之一，它可以有效地防止鉆孔樁孔內坍塌、地面下陷，對于漏砼也有一定的作用。但由于鋼護筒跟進成本較大，故僅在巖溶發育豐富處、樁長超長、土層粘度極低、或溶洞埋深較淺等情形下使用。

4.1 鋼護筒跟進參數選取

鋼護筒跟進參數原則：起到穩定作用、滿足工藝要求、經濟。根據鐘鳴特大橋巖溶鉆孔樁施工選出鋼護筒跟進的參數有：

（1）鋼護筒幾何結構參數：每節高1.5m、直徑較樁徑大20-40cm，直徑小于1.5m時壁厚8mm，直徑大于或等于1.5m時采用12mm。

（2）跟進參數：單層鋼護筒跟進至堅硬的巖層頂口或第一層溶洞底口，多層溶洞可采取多層鋼護筒跟進的方法，先外層，后內層，每加一層鋼護筒，則護筒底口至下一層溶洞底口。內層鋼護筒直徑比外層鋼護筒直徑小5-15cm，同時要保證最內層護筒直徑比樁徑大15-25cm，防止卡鉆，一般情況下鋼護筒層數不超過三層。如圖2

圖2

4.2 鋼護筒跟進工藝簡要及注意事項

鋼護筒跟進現場工藝流程為：鋼護筒制作加工、掃孔、鋼護筒逐根或數根吊裝入孔焊接跟進。

注意事項：掃孔是必做準備工作，確保鋼護筒順利跟進及垂直度；溶洞區間鋼護筒應采取滿焊；當鋼護筒遇阻時，應在護筒頂口上蓋跑道板，再使用鉆錘輕壓；鋼護筒跟進并非在孔內溶洞為空洞時進行，鋼護筒所穿過的溶洞內應首先使用粘土回填后沖孔才可。

5 注漿

巖溶鉆孔樁先導管法注漿，是利用鉆孔，將漿液注入溶洞或裂隙中，通過置換、充填、擠壓等方式以改善其物理力學性質的方法。

巖溶注漿的工藝與一般其它注漿工藝基本相同，不再過多敘述。

鐘鳴特大橋共有三處使用了此法，分別是：

（1）跨蕪銅鐵路路基安全注漿；其原因為通過對既有線路基監測，發現臨近既有線巖溶鉆孔樁施工對其路基沉降影響較大，故在巖溶鉆孔樁與路基間進行注漿，防止路基加速沉降。

（2）69#、70#墩鉆孔樁超前注漿；該處樁徑2m，樁長48-77.5m，樁徑大、樁長長，且底下溶洞發育非常豐富，溶洞最大高度20余米，溶洞層數最多超過7層溶洞。采取注漿可大大縮短施工工期，同時保證樁基施工質量。

（3）85#墩鉆孔樁超前注漿；該處在施工數根樁基后，發現此處距離鐘鳴鎮地下水取水源僅100m，長期的樁基施工造成水質輕微污染，故選取注漿方法，加快施工進度，且取消水玻璃等對水源有污染的添加劑。

6 混凝土灌注注意事項

混凝土灌注是巖溶鉆孔樁施工最為關鍵的一步，在進行混凝土灌注時注意以下幾點：

（1）混凝土坍落度不可過大，取160-180mm；

（2）除首封混凝土外，其余混凝土應緩慢進行灌注；

（3）加大導管埋深應，一般鉆孔樁導管埋深取6-8m，巖溶鉆孔樁加大到8-10m；

（4）導管拆卸應盡量避開溶洞處；

（5）勤測量，時刻掌握混凝土面的上升情況；

（6）當發生漏砼現象時，及時跟進導管，保證導管底口始終處于混凝土面以下且加速混凝土灌注速度；

（7）灌注完畢后，將導管留置數節于混凝土面以下觀察，且每隔5-8分鐘抖管一次，避免堵管，半小時液面穩定不下降，則可拔出導管，結束灌注。

7 結束語

巖溶鉆孔樁施工，最為關鍵的是根據地質情況、周邊情況以及工期狀況選取合適的巖溶處理方法，在保證工期以及施工質量的前提下，盡量選取總體成本較低的施工方法。目前鐘鳴特大橋樁基施工已經完畢，從樁基檢測結果看分析，所選取的巖溶處理方法正確，滿足了質量、工期、成本要求。