巖溶地區水中超厚卵石樁基施工技術研究

胡鵬飛

摘 要：巖溶地質在我國有著廣泛的區域分布，研究巖溶地質條件下施工問題有著重要的現實意義。本文主要通過介紹廣東省韶關市廣樂高速韶關段武江上水中超厚中密卵石及溶洞層樁基成孔技術的研究，并在實踐中提出了“三個八”施工工藝，有效地解決了樁基成孔難的問題。

關鍵詞：巖溶地區 “三個八”施工工藝 樁基成孔

1.項目概述

武江大橋位于韶關境內武江上，據現場考察，由于當地人在河床采砂作業，河道中央設計時原為沙洲，現為砂場，且采砂預棄卵石于河床上，形同土堰。

武江大橋水中樁基施工受溶洞、卵石層、裂隙發的影響較大，而且沖孔樁鉆進過程中，遇到溶洞、裂隙發育的位置時，泥漿會向溶洞或裂隙處泄漏，泥漿泄漏迅速來不及補給，造成泥漿水頭下降，破壞孔內外水壓平衡，從而導致卵石層漏漿、坍孔、埋鉆、掉鉆，嚴重的會導致水上鋼平臺塌陷、鉆機傾覆，嚴重威脅施工人員安全。因此，如何確定武江大橋水中樁基施工工藝是武江大橋樁基施工的一個難點，也是確保水上作業平臺人員安全的一個重點。

2.沖擊成孔過程中事故分析

武江大橋水中卵石溶洞樁基溶洞形式多樣：串珠溶洞，填充、半填充溶洞、無填充均有，最大溶洞達9.2m。如何防止漏漿和保證溶洞不坍塌是水中超厚卵石溶洞樁基成孔的關鍵，其一般出現的問題有：

（1）孔內泥漿水位突然下降，導致互通下沉或偏位；（2）沖進時鉆頭懸空、偏錘，可出現掉鉆、卡鉆；（3）溶洞坍塌，可出現擴孔、埋鉆；（4）清孔困難，出現清孔過程中塌孔。

其可根據孔內水頭的變化判斷溶洞的類別，并根據不同的類別進行不同方式的處理：

（1）孔內水頭突然下降，且泥漿稠度和相對密度不斷變小，補充大量泥漿仍出現下降，這時可判斷該鉆進區域可能為較大溶洞或是連通式溶洞；

（2）孔內水頭下降迅速，泥漿稠度不變化或變化較小，向護筒內補充泥漿可以維持水頭，這時可判斷該鉆進區域可能為半填充溶洞或溶洞較??；

（3）進尺突然加快，孔內水位無明顯的變化，有時候提錘而錘自動下沉，這時可判斷該鉆進區域可能為全填充溶洞；

（4）孔內水位無明顯變化，但在沖進過程中出現偏錘，這時我們判斷該鉆進區域可能進入了巖溶范圍，鉆錘可能在溶洞的側壁或頂部。

對于大型、串珠式溶洞樁基采用鋼護筒跟進法、改進樁基施工工藝；由于大型、串珠式溶洞采用拋黃泥片石回填在成本和效率上都是非常高的，采用鋼護筒跟進，鋼護筒全程穿過溶洞，改進施工工藝，能很好的防止出現漏漿情況；

對于半填充、無填充溶洞較小的樁基采用拋填粘土、片石（粘稠劑）方法進行施工，當回填片石黃泥效果不是很明顯時，澆筑少量低標號混凝土，在混凝土即將初凝時采用低錘、低沖程沖擊，將混凝土擠入樁基孔壁對其進行加固。

3.樁基成孔的關鍵

3. 1鋼護筒施工關鍵技術

鋼護筒每節3m，每沖進3m，鋼護筒跟進3m，鋼護筒刃腳與沖孔底高度不超過0.5m，因而跟進施工最重要的是保證打入鋼護筒的垂直度、中心坐標，確保不會因為鋼護偏位導致樁心偏位、護筒傾斜導致護筒跟部掛錘；同時防止跟進的鋼護筒在四周壓力及跟部巖層硬不同等條件下變形。

（1）針對鋼護筒偏位的處理辦法

采用精度高的測量設備，嚴格按照鋼護筒設計圖紙坐標放樣，鋼護筒埋設點放樣后，應在鋼平臺上焊接限位裝置對埋設鋼護筒進行限位；在鋼護筒下放后、打設前，對其坐標再次進行測量復核。

（2）針對鋼護筒傾斜的處理辦法

選用夾口對稱布置的振動錘，使錘沖擊力的合力作用點更接近護筒中心；在鋼護筒安裝前，采用定位導向架引導其垂直下沉；在焊接接長時，先糾正下沉鋼護筒的垂直度，然后利用導向架固定接長鋼護筒，保證接長段的垂直度；

（3）針對鋼護筒變形的處理辦法

增加第一節鋼護筒厚度，在第一節護筒最下端50cm高度內進行加厚，厚度為28mm，同時為了減小鋼護筒跟進的阻力，在加厚度段跟部打磨出刃腳；若鋼護向跟部下方巖層堅硬或不均勻，采用先沖擊后跟進，逐步跟進的辦法，防止鋼護筒變形。

（4）針對鋼護筒跟部卵石層塌孔、掛錘的處理辦法

為避免鋼護筒底漏漿、鋼護筒以下卵石層塌孔，要仔細分析設計提供的地質資料，不同的地質層、不同的樁位，需埋設不同深度的鋼護筒，埋設深度應以穿過不良地質為宜；同時在樁擊沖孔至護筒跟部時，澆筑少量低標號砼，待砼初凝前利用樁錘將混凝土擠入側壁對該段孔壁進行加固，起到裹住護筒刃腳防止掛錘的作用。3.2泥漿性能指標關鍵技術

泥漿的性能是泥漿的組成以及其各組分間相互物理化學作用的宏觀反映，是反映泥漿質量的具體參數。泥漿性能及其變化，直接影響著機械鉆速、鉆頭壽命、孔壁穩定和預防孔內問題等一系列鉆進工藝問題。泥漿的主要性能有泥漿相對密度和固相含量、泥漿的流變特性、泥漿的濾失性能，以及泥漿的含砂率、膠體率和酸堿度等。其最重要的主要為相對密度、粘度、含砂率。

（1）相對密度

泥漿的相對密度是泥漿與同體積的水的質量之比，泥漿的相對密度增大時，在沖孔中對孔壁的側壓力也相應增大，孔壁也越趨穩定，懸浮攜帶鉆渣的能力也越大。但是，相對密度過大的泥漿，孔壁上的泥皮也增厚，這就會鉆錘產生較大的磨損，造成清孔和灌注混凝土的困難。

（2）粘度

粘度是液體或者混合液體運動時，各分子或顆粒之間產生的內摩擦力。粘度大的泥漿，產生的孔壁泥皮厚，對防止翻砂、阻隔滲漏有利，對懸浮攜帶鉆渣的能力強，對正循環回旋轉鉆進有利。但粘度過大，容易“黏鉆”，影響泥漿泵的正常工作，增加泥漿凈化的難度，進而影響鉆進速度。粘度過小、鉆渣不易懸浮，泥皮薄，對防止翻砂、滲漏不利。因此，粘度應能保持泥漿中土顆粒呈懸浮狀態，且處于膠凝狀態的土顆粒具有一定的抗剪強度，能抵抗孔壁面土顆粒進入泥漿中，而在孔壁處形成泥皮為宜。

（3）粘土

泥漿一般由水、粘土和添加劑組成。由于大部分人員對泥漿中的粘土組成成分不夠重視，因此泥漿成分的不合格主要為粘土的選擇不當。為保證泥漿質量，一般選用塑性指數大于25，粒徑大于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘土制漿。

要求鉆進過程中，泥漿指標相對密度應控制在1.3-1.4，粘度20-24s，含砂率<4%，膠體率>96%；泥漿清孔后，鋼筋籠下放完畢時間間隔不得大于2h，情況后特別是泥漿相對密度最好介于1.1～1.2之間。（當清孔在2h以內時用原漿清孔（相對密度1.1～1.2之間）排渣效果好，沉淀少，而用減少相對密度的泥漿清孔，排渣效果差，出現了塌孔現象，排渣效果差，沉淀厚，且時間越短越明顯。圖1為在靜止狀態下沉渣厚度與時間的關系圖： 3.3“三個八”施工工藝的關鍵技術

“三個八”施工工藝指的是對樁機沖擊過程的控制：提錘高度80cm，八個小時的進尺為80公分。

針對孔壁卵石松散程度較高的情況，選用小沖程80公分，有利于減小對卵石穩定性的影響，沖進過程中回填黃泥、片石，然后進行沖進，不斷的多次回填沖擊，將黃泥片石擠入孔壁，使孔壁更加密實。

為保證三個八施工工藝的實施，要求鉆機操作手控制沖擊頻率、沖擊沖程和懸距（沖擊頻率不得小于40次/min，沖程為0.8m，懸距不得大于0.5m，每次松繩長度不得大于0.5m）。

每沖進20cm，回填粘土、片石50cm（粘土、片石質量比1：0.5），2分鐘后再次沖進，共2～3次，循環進行直至鉆進沖進80cm為止；如按上述比例與高度施工樁基仍出現繼續漏漿現象，增加泥漿的膠體率，需增加回填高度（建議增至護筒底往上1m），必要時拋填水泥（拋填比例為1∶0.2）。

4.取得的成效

大大縮短了成樁時間，水中樁基成孔由原來平均每70天成孔1根樁基縮短為每20天左右就可成孔1根樁基，大大的加快了施工進度；減少了塌孔反復回填成本，大大提高了一次性成孔率和減少了塌孔次數。

5.結語

巖溶地區樁基成孔，特別是巖溶地區水中超厚卵石樁基成孔的重、難點在于地質條件的復雜性和施工過程中的不可預見性太多。要根據不同的溶洞發育情況，選擇不同的施工工藝及施工方法。通過實踐證明，鋼護筒跟進和“三個八”樁基施工工藝結核性應用能很好地解決溶洞地區的樁基成孔的問題。

參考文獻：

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