巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)

鹿存福 中國鐵路上海局集團有限公司徐州樞紐指揮部

巖溶其本意就是巖石發(fā)生溶解，巖溶的產(chǎn)生和發(fā)育破壞了巖石原始的整體性，降低了巖石本身的強度，在外部影響因素或其他荷載的作用下，導(dǎo)致地基承載力不足，地基變形破壞，對工程建設(shè)造成嚴重危害。因此，需解決巖溶區(qū)橋梁樁基施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)難點和問題，保證工程質(zhì)量及施工安全。

1 工程概況

邳州特大橋起點里程DK120+307.94（連云港臺）至DK135+210.45（448#墩，不含），橋梁長 14.902 km，邳州特大橋共有樁基4 060根。樁基地質(zhì)情況：橋址區(qū)前段下伏基巖為震旦系（Z）的灰?guī)r，溶洞為不發(fā)育～強烈發(fā)育，據(jù)鉆孔揭露，巖石常見溶隙、溶洞等形態(tài)，橋址區(qū)巖溶主要為深覆蓋型。地表水、地下水對混凝土、鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕作用。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，主要為粉質(zhì)黏土、粉細砂及灰?guī)r，溶洞位于地表以下35 m～55 m處，溶洞為半填充～填充為主，填充主要為粉質(zhì)粘土，軟～硬塑。

溶洞大小分布不均；由于溶洞較多，相互之間串聯(lián)可能性較大，漏漿具有普遍性；有時一個溶洞具備以上多種形式，本文主要闡述沖擊鉆成孔狀態(tài)下的巖溶處理。

本橋樁基礎(chǔ)工程量：φ1.0 m樁3741根，樁徑φ1.25 m樁163根，樁徑φ1.5 m樁132根,樁徑φ2.5 m樁24根。

2 巖溶區(qū)樁基施工方法

2.1 控制重難點

（1）鉆孔擊穿溶洞后，導(dǎo)致泥漿流失，泥漿面迅速下降，造成塌孔，這類問題是最常見；

（2）鉆孔擊穿溶洞后，造成塌孔，導(dǎo)致地表發(fā)生塌陷，這類問題在遇到大型溶洞且地表土質(zhì)較差時容易發(fā)生；

（3）鉆孔擊穿溶洞后，因操作不當造成鉆頭卡住或掉入溶洞內(nèi)，這類問題在施工中也經(jīng)常遇到；

（4）斜巖層鉆孔發(fā)生偏孔；

（5）即使采取了可靠措施，防止了鉆孔過程中的塌孔，但在水下混凝土灌注時，到灌注到一定高度后，停灰面突然下降，導(dǎo)管底露出停灰面，導(dǎo)致斷樁；

（6）即使采取了可靠措施，防止了鉆孔過程中的塌孔，但穿過溶后，因地下暗河可規(guī)模型溶洞，即使大量補漿，泥漿面仍停留在地下水位面處，導(dǎo)致泥漿無法循環(huán)，鉆渣不能排出孔外，鉆進停止不前；

（7）即使能成孔，在水下混凝土灌注時，到停灰面到達規(guī)模型溶洞后，混凝土大量流向溶洞內(nèi)，停灰面長時間不能上升，時間長了后表層凝固，導(dǎo)致斷樁；

（8）其它遇到的問題：巖溶區(qū)鉆孔樁一般入巖較深，施工周期長，機械設(shè)備磨損快，往往在鉆孔中不注意檢查發(fā)生鋼絲繩斷裂而造成鉆頭掉入孔內(nèi)。

2.2 成孔機械選定

樁基成孔工藝目前常用的有人工挖孔、旋轉(zhuǎn)鉆機成孔、沖擊鉆進成孔及沖抓鉆進成孔。在本段巖溶地區(qū)進行樁基施工作業(yè)時，項目部提前謀劃、加強調(diào)查，綜合分析基礎(chǔ)處的工程地質(zhì)條件、水文條件以及施工時產(chǎn)生的各種影響，合理選擇成樁工藝和施工方法。本工程的特點是巖溶分布較廣，強烈發(fā)育，施工技術(shù)難度大，大部分樁基在20 m以下，樁基施工選擇沖擊鉆孔的方式成孔。

表1 機械配置表

施工時根據(jù)實際情況選用合適機械、數(shù)量（見表1），配備足量粘土、片石、鋼護筒、混凝土、水泥、鋼筋等材料。

2.3 巖溶處理方法

橋址下巖溶強發(fā)育，巖溶給橋梁施工帶來很大的麻煩和風(fēng)險，巖溶給樁基施工帶來很大的麻煩和風(fēng)險，本工程巖溶區(qū)樁基處理方法主要有回填粘土片石混合物（拋填片石、碎石、黏土、水泥、混凝土或幾種的混合物）、巖溶注漿、護筒跟進、回填混凝土等。

（1）溶洞處理以做好準備工作為主，鉆孔前在場地內(nèi)準備大量的片石、碎石、袋裝粘土、袋裝水泥、草袋及其它材料，設(shè)置了2個大容量泥漿池，同時配備不少于4臺D220型泥漿泵作為備用，保證一旦樁孔出現(xiàn)漏漿，可以馬上進行補漿。

（2）對于一些溶溝、溶槽、小溶洞等，宜采取拋填袋裝水泥、黏土、碎石等混合料進行堵塞，起到護壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過。對不同溶洞內(nèi)土的不同性質(zhì)，按一定的比例分別加入水泥、木屑、草袋、片（碎）石等混合材料。這些加入的材料經(jīng)過鉆頭的沖擊和搗動，將擠入溶洞周邊和巖溶裂縫中，增強泥漿護壁的效果。

（3）當填充物為軟弱黏土或淤泥的一般溶洞應(yīng)向孔內(nèi)投入一定比例的黏土、片石混合料，反復(fù)沖擊形成護壁，鉆頭穿越溶洞時應(yīng)防止偏鉆。若發(fā)生偏鉆，應(yīng)回填黏土和片石至偏孔位置0.5 m以上，再重新鉆進。溶洞預(yù)注漿施工流程見圖1。

圖1 溶洞預(yù)注漿施工流程圖

（4）溶洞內(nèi)無充填或半充填，溶洞高度一般在（0.6 m≤洞高≤4.5 m），在鑿穿溶洞頂板前，應(yīng)密切注意護筒內(nèi)泥漿面的變化。若泥漿面下降，應(yīng)迅速補漿補水，根據(jù)溶洞的大小按一定比例回填黏土、片石和水泥（按 1 m3：3 m3：0.5 t比例，順序為袋裝水泥、袋裝黏土、片石）回填沖擊。用0.5 m～0.8 m小沖程，不循環(huán)泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實，再加漿提高水頭到正常高度，讓黏土與片石混合物充分擠入溶洞，等水泥初凝具有一定強度，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續(xù)鉆進，形成人工泥石護壁。如此反復(fù)多次回填片石、黏土和整包水泥，反復(fù)沖擊直至形成泥石護壁并不再漏漿為止。必要時可采取摻加含速凝劑或水玻璃的水泥砂漿、C20混凝土進行封堵，并及時補充泥漿。

（5）對于溶洞高度較大（洞高＞4.5 m）。如發(fā)育規(guī)模大、層數(shù)多、溶洞內(nèi)填充物性能差、存在暗河等特大溶洞，采用下鋼護筒跟進鉆孔，輔以片石、黏土塊或C20混凝土封堵的方法。第一層鋼護筒一般下至巖層頂面，護筒直徑比樁基直徑大50cm左右，采用比樁基直徑大50cm的鉆頭。第二層采用比樁基直徑大25cm護筒，鉆頭直徑與樁基直徑相同，護筒下至大溶洞底部。護筒采用振動錘或者利用錘頭自重下壓方式下放。對于糖葫蘆串珠狀的溶洞，根據(jù)情況采用多層鋼護筒遞進的方法鉆進，采用多層鋼護筒跟進時，護筒采用壁厚12 mm的鋼護筒。

（6）對于有淺埋巖溶地層或存在地面塌陷隱患的樁孔應(yīng)先加固。①注漿前應(yīng)進行必要的封孔措施，封孔可采用水泥砂漿，封孔深度不宜小于3 m。②注漿過程中出現(xiàn)較大的空溶洞、漿液漏失嚴重、注漿壓力突然降低和升高等異常情況時，應(yīng)采用間歇式反復(fù)注漿。③采用間歇循環(huán)注漿方式時注漿材料宜采用水玻璃-水泥雙漿液（水玻璃摻入量宜為水泥漿質(zhì)量的8%～10%），間歇循環(huán)注漿時間應(yīng)不小于6 h，使先注入的漿液初步達到膠結(jié)后再注漿。④多層溶洞應(yīng)從下層向上層進行注漿，注漿壓力宜較注漿孔底水壓大0.1 MPa～0.2 MPa，在注漿過程中可根據(jù)具體情況適當調(diào)整。注漿速度宜為8L/min～10L/min，滲透最小半徑應(yīng)大于樁半徑1m。⑤注漿順序應(yīng)從外向內(nèi)進行。⑥注漿完成后，注漿體強度達到設(shè)計強度80%后方可進行鉆孔。

3 技術(shù)處理措施

（1）施工前根據(jù)地勘情況，對每根樁處理方式單獨做好安全技術(shù)交底，確定每根樁的溶洞處理方式。

（2）施工過程中，為應(yīng)對施工過程中出現(xiàn)巖溶問題，根據(jù)地勘圖紙決定溶洞處理方式，對于溶洞較小或溶洞填充/半填充時采用拋填片石和黏土方式進行，并提前備好片石，水泥，黏土等材料；對較大溶洞處理采用超前注漿方式，提前對溶洞進行注漿填充保證成孔安全：對于大溶洞采用鋼護筒跟進，項目部提前準備好足夠長度的鋼護筒，成孔過程中及時校核護筒中心位置防止樁基偏孔影響成樁質(zhì)量。

（3）巖溶地區(qū)的鉆孔樁施工易發(fā)生漏漿，因此要備足粘土塊和片石，出現(xiàn)漏漿要馬上補充，保持孔內(nèi)水頭高于地下水位1.5 m。

（4）巖溶處理過程中，對巖溶處理情況及時上報監(jiān)理單位，做好巖溶處理簽證工作，及時留存相應(yīng)影像資料。

4 安全處理措施

4.1 地面塌陷處理措施

對已有巖溶塌陷發(fā)生且其穩(wěn)定性差尚有活動跡象的地段，施工前應(yīng)先對溶洞進行注漿處理，成孔過程中盡量采用鋼護筒跟進，如發(fā)現(xiàn)漏漿，應(yīng)立即采用片石粘土混合物進行回填。

根據(jù)地質(zhì)資料，當溶洞埋深淺且溶洞較大無填充物時，應(yīng)采用2根長9 m工字鋼對鉆機進行加固。

設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，避免地表水大量入滲，對已有塌陷坑進行填堵處理，防止地表水向其匯聚注入，巖溶地段附近不得抽出地下水。

4.2 臨近既有重要公路及建筑物的處理

（1）臨近既有重要公路和建筑物的巖溶處理，必須編制應(yīng)急預(yù)案，明確發(fā)生地面沉降后的應(yīng)急處理方案和程序。

（2）必須在施工半徑200 m范圍內(nèi)，按20 m間距建立地面沉降觀測網(wǎng)，派人24 h進行觀測，并做好觀測記錄，一旦發(fā)現(xiàn)地面塌陷，立即啟動應(yīng)急預(yù)案。

（3）施工周邊200 m范圍內(nèi)嚴禁抽取地下水，避免地下水失衡而引起地表塌陷。

4.3 其他安全注意事項

（1）鉆孔接近溶洞時，必須嚴格掌握松繩量，要勤松、少松，防止擊穿巖殼卡住鉆頭。

（2）鋼絲繩及卡子要勤檢查，勤保養(yǎng)，松動的卡子要及時補擰。

（3）護筒長度不得小于2m，護筒頂面必須高出地面50cm，必要時護筒頂用鋼管將護筒固定在地面上，防止護筒下沉，護筒四周必須用填土夯填密實。停止施工或施工過程停頓的孔位，上面必須鋪蓋鋼筋網(wǎng)片，防止人員或物體墜入孔內(nèi)。

（4）鉆孔樁施工時，嚴禁泥漿外溢，孔位附近保持清潔，防止作業(yè)人員墜入孔內(nèi)。

（5）鉆機輪胎或滾筒前后應(yīng)用木楔或其他物體楔緊，防止鉆機偏位、傾斜。

（6）為防止發(fā)生人身傷亡事件，施工前對操作人員進行安全培訓(xùn)教育，提高安全意識。施工過程中操作手系牢安全帶，以防止人員發(fā)生人身傷害。

5 結(jié)束語

巖溶區(qū)樁基施工中不確定的因素較多，在實際施工過程中，出現(xiàn)的具體問題需要將實際情況與理論知識相結(jié)合，靈活應(yīng)對，全面考慮，才能在工程進度和保證質(zhì)量的前提下兼顧施工安全。通過連徐鐵路邳州特大橋工程實例，對巖溶地區(qū)橋梁樁基施工過程中會出現(xiàn)的各種的問題進行了分析，提出了在巖溶地區(qū)橋梁樁基施工，根據(jù)工程特點選擇合適的施工處理方法。