巖溶地區水工嵌巖灌注樁施工質量控制要點

魏小明+梁安玉

摘 要：長江中游巖溶地區建設重載水工建筑物，首選高樁碼頭結構形式，其中控制基樁質量是確保高樁碼頭質量的關鍵。本文以九江地區某重載碼頭為例，淺析在巖溶地區，嵌巖灌注樁施工質量的主要影響因素和質量控制措施，為同類地區的基樁工程，從過程控制基樁質量提供借鑒。

關鍵詞：巖溶地區；嵌巖灌注樁；質量控制

中圖分類號：U443 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0053-03

巖溶發育地區控制樁基質量，如何根據工程地質及溶洞的不同類型，從質量、安全等方面進行分析，采用合理的方法保障樁基的質量，達到工程設計要求和質量合格標準，是控制水工工程質量的關鍵。

1 工程地形及地質條件

1.1 工程地形、地貌

九江地理區位優越，襟江傍湖，水運發達，長江過境長度151公里。地勢地貌較為復雜，呈東西高，中部低，南部略高，向北傾斜的趨勢，主要以江南丘陵為主，形成以丘陵、山地、濱湖平原、沿江平原等多元化地形地貌綜合體。

1.2 工程地質

地質構造：本項目所處區域位于贛北揚子準地臺（Ⅰ1）之下揚子～錢塘臺拗（Ⅱ1）之九江臺陷（Ⅲ1）凹褶斷束（Ⅳ3）構造單元北部。區域內所發育的地質構造主要為褶皺構造和斷裂構造，褶皺較緩和，形態較簡單，構造形跡主要為斷裂，工區及附近未見全新世以來深大斷裂活動跡象，地震發生不頻繁，且一般小于6級，場地區域穩定性較好。

地層巖性：工程所在區域屬丘陵、河谷地帶，后方陸域地形平緩，地形條件單一，覆蓋層厚度一般10～50m，地層自地表而下按單元土體如下：①粉質粘土②-1淤泥質土②-2粉質粘土②-3粉細砂③粉細砂③-1粉質粘土③-2淤泥質粉質粘土④碎石土④-1中粗礫砂⑤粉質粘土混角礫⑥中風化石灰巖⑦中風化礫巖，基巖埋深淺，根據鉆探揭示下伏基巖為石灰巖、礫巖、砂質泥巖。

其中，下部主要地層為中風化石灰巖，分布廣泛且連續，埋深10.5～54.5m。該層巖石天然極限抗壓強度值為82.6MPa，巖石飽和極限抗壓強度值為76.8MPa。受地下水溶蝕現象較嚴重，經初勘鉆孔，部分鉆孔有溶洞及較大裂隙發育，溶洞內部，一般為褐黃色粘性土混碎石充填，層厚不均，厚度一般0.3～4.6m。

2 碼頭功能要求及質量管理的特點

建設2個5000DWT散貨進口泊位和1個2000DWT散貨出口泊位（水工結構兼顧10000DWT船靠泊）及相應的配套設施，其中，為配合后方建設單位需要，本工程需重件運輸，將下游端進口泊位兼顧作為重件泊位。

本工程碼頭樁基質量控制要點，在施工階段，依據超前鉆探地勘資料，核定每根樁基的入巖界面標高、鋼護筒長度、成孔嵌巖深度，確定溶洞處理施工方案和技術措施，結合樁基承載力自平衡法試驗檢測技術，聲測管超聲波和鉆孔取樣的檢測手段，檢測在巖溶地區水工嵌巖樁基質量施工控制成效。

3 樁基施工質量影響因素和控制要求

巖溶地區嵌巖樁基施工質量控制，主要審查樁基施工方案、檢查原材料、過程工序驗收和最后的實體檢測。其中施工溶洞處理方案起著指導和操作性的作用，對施工質量能否合格有著關鍵性的影響，因此，審查成孔施工工藝的合理性，溶洞處理的有效性，尤為重要。

3.1 施工方案的審核要點

3.1.1 樁基施工順序

碼頭樁基施工順序如下：超前鉆探→鋼護筒沉樁→水上施工平臺搭設→旋轉/沖擊成孔→安裝鋼筋籠→澆注水下混凝土成樁。

3.1.2 溶洞處理方案

關于溶洞處理的技術要求：承包人綜合以往類似工程經驗及現有工程地質條件等因素，結合拋填碎石土、內置鋼護筒、灌注混凝土填筑等不同的溶洞處理方案，編制本工程溶洞處理施工專項方案，工程施工前組織相關各方召開專家評審會后實施，主要方案如下：

（1）溶洞處理的技術要求簡述如下：①溶洞范圍小，溶洞深度小于1m，采用拋填風化石、粘土等，使溶洞范圍形成護壁后，再繼續施工，直至成孔。在溶洞范圍樁的鋼筋籠在溶洞上下各1m的范圍內的定位鋼筋上焊接厚4mm的鋼板圓筒，保證成樁混凝土的質量。②對于溶洞的高度在1～3m，則采取先填充碎石、砂混合物和注水泥漿或者素混凝土等不同方案。然后用小沖程沖擊鉆沖擊風化石擠壓到溶洞邊形成水泥漿碎石外護壁。水泥漿將風化石空隙初步堵塞后，停止沖擊，24h后，待水泥的強度達2.5MPa后再繼續沖擊，穿過溶洞。③溶洞高在3～5m的多層溶洞，且多層溶洞間的間距較小的，可采用鋼護筒穿越處理或者澆灌混凝土等不同方案。先用沖擊鉆進行沖孔、擴孔，然后采用振錘把鋼護筒振沉至溶洞底部。④溶洞高度大于5m的多層溶洞，且溶洞間距較大時，采用套內護筒法施工，即用內護筒穿過溶洞的方法進行施工。⑤對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時可采取投放風化石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護壁作用，保證泥漿不流失，順利通過巖溶區。

（2）根據地質報告揭示，本工程存在溶洞，樁基施工時遇到溶洞，可采用如下方法：①灌砂壓漿法：通過灌砂填塞溶洞空間，采用壓漿將洞內砂礫板結、凝固成堅實的混和體，防止在鉆孔過程中出現漏漿、塌孔等現象。②填充粘土和片石法：當鉆孔至溶洞層時，一般護筒內泥漿會全部或部分流失，這時可采用片石加粘土回填，溶洞較大時可加入部分水泥，若溶洞內泥石護壁出現漏漿時，應再次回填，反復回填、反復沖擊，直至不再漏漿為止。③灌低標號混凝土法：對于較大的溶洞，尤其是半填充或無填充溶洞，有時采用填粘土和片石的方法難以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土時孔壁被擠垮，這時可灌低標號混凝土填滿溶洞，至溶洞頂1m以上，待混凝土達到一定強度后再繼續鉆孔。④鋼護筒跟進法：在溶洞較大，洞內無填充或有流塑充填物，漏水嚴重或與暗河連通時，采取上述方法無效時，可采取鋼護筒跟進法施工。endprint

3.2 施工工藝的主要影響及質量控制要點

（1）鋼管樁沉樁質量控制要點：在鋼管樁進入基巖的前提下，沉樁以標高控制和貫入度雙控方式進行。其中貫入度控制為主，標高控制為輔，若實際沉樁樁尖高程高于設計樁尖高程2米以上，則須報設計研究解決。鋼護筒的沉放以保證鋼護筒穩定，避免樁端卷口為原則，暫定貫入度控制標準（最后10擊的平均貫入度）為5～10mm/擊，實際施工，可依據沉樁情況與設計商量酌情調整。

（2）沖擊成孔質量控制要點：①鉆孔樁施工主選沖擊型鉆機進行施工，沖擊鉆機成孔開孔時應低錘密擊，鉆到一定深度后方可正常沖擊；成孔過程中應根據土質的軟硬程度調整沖程，最大沖程不宜超過4-6m，并應防止空錘；沖擊表面為傾斜巖面或有漂石時，應投入粘土夾小片石，將表面墊平后再沖擊成孔，也可在孔內澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度后再沖擊成孔。②終孔根據超前鉆探資料，應滿足設計全截面入巖的要求，確保嵌巖長度及樁承載力滿足設計要求。為滿足設計要求，沖孔過程現場的入巖判定，終孔深度應由施工、監理、地勘三方共同確認。③沖孔灌注樁完成嵌巖終孔后，應對成孔的孔徑及垂直度進行檢查，當兩者都滿足設計及規范要求時，方可進行清孔作業。④第一次清孔時間應在終孔提錘后立即進行，防止石渣沉淀過厚，打撈桶難以清理。

（3）安裝鋼筋籠質量控制要點：①主筋的砼保護層為50mm（嵌巖段）和150mm（鋼管樁段），為確保主筋有足夠的保護層厚度，鋼筋籠四周應設置凸出的定位鋼筋，防止鋼筋籠偏向一側。②按照設計的每根樁3根聲測管的數量、技術規格設置聲測管，聲測管上端高出基樁頂面20cm，下端至樁底，檢測管每節長8m，最底一節長度不大于12m，節間用套管連接。③安裝時將聲測管綁扎于加勁鋼筋之上，其底端用鋼板焊牢封底，要求不漏水，澆注混凝土前往管內注滿水，其上用木質或塑料塞子堵死。④防止吊裝的嵌巖樁鋼筋籠出現浮籠現象，采用在鋼筋籠頂利用直徑25mm鋼筋將鋼筋籠焊接至鋼護筒內，以防止鋼筋籠上浮。

（4）水下混凝土澆筑質量控制要點：①混凝土澆注前，應再次檢測沉渣厚度，孔底沉渣允許厚度不大于30mm，超過設計要求的沉渣厚度應二次淸孔。二次淸孔完成后，應立即采用混凝土封底，封底厚度不小于20cm，同時應及時進行樁身澆注，鉆孔成孔后到開始樁身砼澆注時間間隔不得超過8小時。②導管長度應能滿足水下砼的灌注，導管接頭不能漏水，導管下放后，下口距離孔底懸高30～50cm為宜。③混凝土料斗應有足夠的容量，首批灌注的混凝土量應使導管底端埋入混凝土內深度1 米以上，且應保持導管內的混凝土壓力不小于1.5 倍井孔水深的壓力。④澆筑時應及時測量孔內砼高度，保持導管的合理埋深。測量孔內砼面高度的次數一般不宜少于所用的導管節數，并在每次起升導管前，探測一次管內、外砼面高度，同時，觀察孔口返水情況，以正確地分析和判斷孔內情況，并作好記錄。⑤導管提升時應保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，如果導管卡掛鋼筋籠，可轉動導管，使其脫開鋼筋籠后，移到鉆孔中心，隨著孔內砼的上升，需逐節（或兩節）拆除導管。⑥砼必須連續灌注，嚴禁有夾層和斷層，混凝土終灌標高的確定應能保證樁頂鑿除后的混凝土質量，每孔實際灌注的砼數量嚴禁小于計算方量。

4 施工質量問題的處理方法

4.1 漏漿問題

鉆孔過程中造成溶洞內填充物表層的破碎，使得這些物質滲入鉆孔而擠壓出泥漿；各溶洞之間是相互連通的，一個溶洞的滲漏泥漿會沿著通道流動至其他溶洞；鉆孔達到一定溶洞深度后，巖石層的裂縫增加，加劇了泥漿流失的問題；溶洞和裂縫孔隙中蘊藏的地下水含量豐富，泥漿會在地下水的夾帶下逐漸流失。

解決漏漿問題，依據漏漿的方量多少和次數，選擇溶洞處理方案中填充粘土或片石法及灌低標號混凝土法。

4.2 塌孔、坍塌問題

塌孔是施工過程不易預防的不良工況，一方面，溶洞體積都比較大且彼此之間相互貫通，一旦出現漏漿問題，漿面會在短時間內持續性下降，即使是后期補漿也難以恢復到之前的高度；另一方面，鉆孔過程中可能遇到裂隙，造成孔內泥漿迅速流失，使得溶洞地質的中厚砂層出現流沙、塌孔問題，引起周邊地面的塌陷，殃及周邊地面，容易發生人員、機械設備傷害等安全事故。

解決塌孔、坍塌問題，根據溶洞的大小選擇溶洞處理方案中填充粘土和片石法、灌低標號混凝土法和鋼護筒跟進法，或者兩種方法前后組合采用。

4.3 卡錘、埋錘問題

在溶洞處理過程中，由于漏漿、孔內塌孔現象比較普遍，巖面傾斜、多層的溶洞、沖擊鉆錘頭進入巖層嵌巖深度較深等原因，本工程卡錘、埋錘現象較多，因此鉆頭卡埋現象時有發生，處理不好嚴重影響工程進度，同時給工程質量和安全帶來隱患。

解決埋錘、卡錘問題，應該分析卡錘、埋錘的原因，安排潛水員水下探明沖擊錘的姿態和部位，采取有針對性的措施清渣撈錘，如水下切割、局部微爆等方法。

5 樁基質量檢測

為檢測嵌巖灌注樁質量，驗證設計承載力，通過對施工完成的工程樁基采用靜載試驗，聲測管超聲波樁身完整性和鉆孔取樣檢查，可以確保樁基的最終質量是否滿足規范和設計的承載力、耐久性要求。

5.1 靜載試驗

試驗樁采用工程樁，在工程施工過程中進行樁基軸向抗壓承載力試驗，在碼頭上、下游選擇2根工程樁（Φ1300灌注型嵌巖樁）作為試驗樁，選用周邊工程樁作為基準樁。

依據樁基最大承載力設計值9900KN，計算靜載工程樁樁基極限承載力27000KN，試樁技術按照江西省標《樁身自反力平衡靜載試驗技術規程》（DB36/J002-2006）、《基樁靜載試驗-自平衡法》（JT/T738-2009）和《港口工程基樁靜載荷試驗規程》（JTJ255-2012）實施。

自平衡檢測的結論為：B1#、C8#樁的單樁豎向極限承載力測定值分別為27018KN，28112KN，均滿足27000KN的靜載極限值要求。endprint

5.2 超聲波檢測

鉆孔樁采用超聲波聲測管檢測樁身完整性，超聲波檢測樁數為總數的100%。本工程按照《港口工程樁基規范》（JTS 167-4-2012）10.7施工檢測及質量控制要求組織實施，共檢測216根樁，Ⅰ類樁204根，占比94%，Ⅱ類樁12根（主要是樁身存在輕微缺陷），占比6%，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

5.3 鉆孔取樣檢測

對超聲波完整性檢測的樁基，同時還應進行整樁鉆孔取樣，檢測樁數為總樁數的3%，總共是7根樁，具體檢測樁位由項目管理人員隨機抽取，鉆孔取樣檢測應重點選擇砼澆注或超聲波檢測異常的樁。

本工程采用地質鉆機，除了對檢測為Ⅱ類樁有代表性的5根，和2根因導管卡住不得不分兩次澆注混凝土的樁基進行了鉆芯，還對有代表性的部位選擇了3根，合計7根樁基鉆孔取樣均下鉆到混凝土樁端和基巖結合部位下0.5米，芯樣取出完整，無泥漿夾層，芯樣長度均超過設計樁長，樁基端部混凝土與基巖結合良好，未發現明顯沉渣。

6 存在問題及建議

為了控制樁基質量，施工過程進行了全面質量控制，但是由于地層溶洞的復雜性，按照溶洞的處理方案在樁基成孔過程中，基本實施了溶洞空隙和裂縫發育對泥漿漏漿、跑漿的控制，仍然在水下澆筑混凝土過程中，發生了較大的混凝土流失超方現象，造成了樁基造價的上升，本工程樁基超方統計見下表1，應該引起重視，進一步分析超方現象發生的原因，采取有效措施，將超方的成本控制在適度的范圍。

溶洞的處理，是樁基施工階段解決問題的核心。雖然每個樁位均按設計的技術要求進行了超前鉆探，但每根樁位超前鉆探一個孔位有其局限性，對存在溶洞群等復雜地質條件的樁位不能較好指導施工，影響樁基成樁質量，應引進其它的地勘技術，綜合各項勘探成果準確描述地下溶洞空間分布，進行精準的分析和判斷，提出解決溶洞群對樁基施工卡錘、超方等對施工效率和成本不利影響的正確處理方案。

7 結論

巖溶地區嵌巖灌注樁施工質量控制，為確保樁基施工質量，從超前鉆孔勘探進入中風化石灰巖深度，由鋼管樁的制造工藝到沉樁質量偏差，溶洞及存在問題的處理，到最后嵌巖灌注樁的水下混凝土澆注質量，是從過程質量控制的要求出發，采用事前和事中結合的動態控制原則。成樁質量過程驗收，至最后的檢測和試驗，無較大缺陷樁基，做到了質量可控。

參考文獻：

[1]鄭永增.溶洞樁基施工技術[J]. 科學與技術， 2014.

[2]單位交通部第三航務工程勘察設計院. 港口工程樁基規范[M]. 人民交通出版社， 1998.

[3]提高多溶洞地質嵌巖樁一次成孔合格率， 中交二航第三工程有限公司江西煤炭碼頭多溶洞地質嵌巖樁質量控制 QC 小組課題成果.endprint