巖溶地段鉆孔灌注樁施工控制措施分析

陸立友

摘 要：本文以寧合高速公路湯虎線中橋巖溶地段施工為實例，對有效解決復雜地質溶洞鉆孔樁施工的問題進行分析論述，尤其是上層為淤泥質粘土，下層為灰巖地質的溶洞地質狀況地段鉆孔灌注樁的施工過程。

關鍵詞：巖溶地區;溶洞;鉆孔灌注樁;公路工程

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A

1 工程背景

湯虎線中橋設計里程K22+647.740～K22+701.260，全長53.52 m，左幅單側拼寬，全寬42 m，左右分幅建橋（右幅箱通拆除后建）;橋梁上部結構采用（3*16）m預制空心板梁，全橋一聯;下部結構采用柱式墩，樁柱臺，肋板臺，灌注樁基礎，兩側橋臺處設D80伸縮縫;橋面橫坡由墩（柱）、臺（肋）高度形成;橋面采用10.5 cm厚瀝青混凝土+柔性防水層+10 cm厚現澆混凝土鋪裝。

根據地勘資料揭示，該橋梁所處位置巖溶呈現發育性較強的特征，屬于灰巖地區地質范疇，同時溶洞在該工程橋位區地層夾內較多，并且具有呈現出隨機性，主要體現在其深度與實際分布空間這兩方面，基于此情況。該工程地質在整體上呈現地質變化波幅較高、巖面埋深程度有所差異、巖面強度差異性較強等特性。橋梁樁基礎施工建設工作，在該工程實際施工過程中，遇到一定困難，其作為地下隱蔽工程，溶洞對其施工效率與施工安全均存在直接影響，在此情況下，若施工人員并未采用恰當的方法，容易引發相關施工事故，如塌孔、漏漿、斷樁等，在影響工程質量安全的同時，也為施工安全埋下一定隱患。因此在樁基施工前應充分了解橋梁各樁基所遇溶洞的發育規律、基本形態、規模大小、溶穴頂底板巖層厚度、完整性、洞內充填物形狀等，以采取穩妥的處理措施，確定合理的樁基類型和樁底高程。為確保施工安全和工程質量，施工前施工單位應結合更詳細的地質資料，核查、確定樁基最終施工處理方案。巖溶區每根樁的施工方案需經多方確認后再行施工。

2 主要施工方案

2.1 施工準備

（1）技術交底：在開展鉆孔樁施工活動前，為確保施工工序能夠達到工程施工設計要求，應針對鉆孔樁施工各項工序，編制相應作業控制要點卡片，作業指導書， 并在此基礎上與施工人員進行技術交底，確保作業人員能夠及時掌握相應技術要求與施工規范內容，便于其全面掌握相關施工工藝內容，以及實際施工控制中的注意事項。

（2）進場道路及場地平整：利用現有公路作為材料設備的進場道路。施工前，先進行全封閉圍擋施工，利用渣土車清除多余培植土，整平場地、碾壓。

（3）機械設備、材料等的報驗：沖擊鉆機、電焊機等機械設備進場后，檢查其出場后，檢查其出廠合格證（設備檢驗合格證）是否齊全，并向監理報驗。本項目灌注樁采用自拌站混凝土，C30 水下配合比試驗需提前委托并上報監理，聲測管、鋼筋原材及焊接試驗將通過外委解決， 所有材料進場后需報經監理批準后方可使用。

（4）泥漿池場地布置、開挖及圍護：泥漿池設置在兩墩中間。鉆機上懸掛鉆機操作規程、安全注意事項牌以及鉆機編號，每個泥漿池可至少供一墩位樁基施工。泥漿池開挖后，需在底面鋪設一層厚度約 3 cm 的砂漿封層，并找平，找平后在砂漿頂面鋪設一層防滲膠布或土工布，鋪設面需覆蓋泥漿池底面以及磚砌圍墻四周。

（5）探籠制作：探籠的制作根據樁基直徑制作，探籠外徑不小于設計樁徑。長度為 4～6 倍的樁徑， 一般長為 6 m，采用Φ22 鋼筋焊接制作，加強箍筋采用Φ22@2 m 鋼筋制作，焊接縫要飽滿， 牢固，采用“十字交叉”Φ20 鋼筋對箍圈進行加固，保證使用時不變形不脫焊。按照探籠能夠下放至孔底為標準驗收。

（6）探明管線：鉆機就位前，首先根據設計所給管線圖對每個承臺進行核查，凡是樁位或承臺和管線位置發生沖突的一律不允許施工;對設計圖紙未明示的，人工用鐵鍬和鎬頭在樁位處橫向開挖一條深 30 cm～50 cm的探溝，探明是否有管線，如有則不允許施工該承臺的任何一根樁基。

2.2 施工放樣

由設計院提供的曲線因素，是該環節需要設計人員進行復核的首要內容，即開展中線樁復核工作。在完成復核后，開展樁基中心坐標計算工作，其計算內容以墩臺里程樁號及其尺寸為主要參考內容。為保證計算結果的準確性，該坐標計算結果在經過至少兩人的核對后，應由該工程測量監理工程師對其進行審批。確保其計算結果無誤后，施工人員方可進行施工。樁基放樣前，準備好木樁和小釘子，用 GPS 放樣或全站儀架在控制點上利用極坐標法放出樁位，當樁位中心坐標施測出來后，需要打上木樁，一直到木樁穩定為止，并需要在樁頂精確放出樁位中心坐標后，釘上小釘子。

2.3 護筒埋設

本工程灌注樁采用不小于δ=5 mm 壁厚的鋼護筒，護筒內徑為采用旋轉鉆機時應比鉆頭大 20 cm。針對護筒施工埋設工序，在開展施工活動時，應注意地面與護筒口的距離（ 應保持至少高于地面30 cm的高度差）。并且針對埋設深度設置，為確保護筒埋設施工質量，應采用機械設備挖掘與人工挖掘相結合的模式，將其埋設在堅固的土層中，確保其埋設深度至少超過1 m。在此基礎上，測量標定的樁位中心應與護筒中心重合，二者的實際偏差應控制在 5 cm范圍內。完成上述工序后，應及時進行樁位復測和樁機就位，并結合施工情況做好加固工作，降低成孔過程中，出現傾斜或偏位等事故發生概率，應將護筒傾斜度控制在1%的標準范圍內。

2.4 泥漿制備、凈化處理

施工時為了增大泥漿比重，加入優質粘土。經沉淀后循環再利用的泥漿其比重、粘度、含砂率等指標必須滿足相關規定要求。一般在粘土中泥漿比重采用 1.1～1.35 左右，根據樁位具體地質情況選用泥漿。

2.5 鉆孔

（1）在啟動鉆機之前，請在鉆探前檢查所有準備工作，包括檢查和維護主要設備;安裝后，鉆機的底部和頂部必須保持穩定，并且在鉆進過程中不得有移位或下降， 否則應花費時間。

（2）通常需要考慮地層變化，并且必須在地層變化的地點采集礦渣樣品，并在識別后記錄在記錄紙上并通過地質剖面進行驗證。當打開孔時，孔的位置必須精確并且鉆孔必須緩慢，并且當所有鉆頭都在模具中時可以加速鉆孔。錐形鋼絲繩與鋼制保護筒中間位置的偏差不得超過2 cm。提起錐頭時，它必須穩定并且不與保護壁和孔壁碰撞。為了避免阻塞孔壁，防止孔塌陷，意外或堵塞，建議在鉆孔過程中不要用力吹。

（3）如果在施工過程中確定地質條件與初始鉆井數據不符，請立即通知項目，維護和其他部門，以便他們及時處理。在巨石表面鉆孔時，可能會丟棄硬度類似的碎屑或小卵石，并用高沖擊力或高低沖擊力填充，以將大石頭壓碎到孔壁中。在鉆孔過程中，必須經常檢查樁的直徑，平面的位置和垂直軸的斜率，并且必須隨時糾正偏差。

（4）在打孔過程中，每4 m～6 m檢查一次打孔質量。當它接近預期的孔深時，精確控制鏡頭的深度并記錄進入軸承層的情況。在施工過程中，應仔細，準確，及時地進行成孔。

2.6 巖溶地段處理工藝

針對溶洞施工處理過程中的巖溶漏漿，以及坍孔現象。為降低其對施工的不利影響，施工人員應及時采用適應的施工技術，確保成樁，成孔工作能夠順利進行，并且保證其能夠滿足工程設計對其承載力的要求。為此，施工人員在開展施工活動前，應及時開展全面勘察工作，全面掌握施工處的地質情況，包括溶洞實際空洞大小、溶洞地層分布情況、溶洞填充物構成等。在掌握上述情況的基礎上，施工人員可結合工程建設要求與實際地質情況，選用不同的處理方式。基于目前的溶洞施工處理技術，可采用的技術主要有回填素混凝土填充、片石填充、泥漿護壁等施工方式。依據工程地質勘察報告，8a 層溶洞：部分全填充，充填物為中風化灰巖、可塑狀粉質黏土，部分無充填或半充填。且溶洞深度小于 3 ?m，項目部結合以往施工經驗采用回填造壁法處理工藝。

回填造壁法：溶洞內無填充、半填充;溶洞高度不大，一般在 3 m以內，但存在嚴重漏漿;護筒內水頭高度不能保持可采用片塊石、粘土和水泥按一定比例回填沖擊。用0.5 m～0.8 m 小沖程，不循環泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實，再加漿提高水頭到正常高度，形成人工泥石護壁。如此反復多次回填、反復沖擊直至形成泥石護壁不在漏漿為止。這是比較成熟和經濟的施工方法，并且施工范圍內有大量滿足施工要求的片塊石和粘土， 可就近取材，開展施工工序。施工人員也可首先按照常規成孔工序進行施工，行進到溶洞鉆至漏漿時，可將片石與黃土投入其中。并多次投入，借助鉆頭設備自身的作用力，將投入的材料填充至巖溶裂縫，以及溶洞中，以此提升施工中各孔壁自身的穩定性。同時，施工人員也可結合實際施工情況，摻入不同材料提升該工序成效，如鋸末、水泥、燒堿等。

2.7 清孔和驗孔

鉆孔達到設計深度后，對孔深、孔徑、孔位、孔形等進行檢查，并報請監理驗收，并做好相關記錄，驗收通過后，吊裝鋼筋籠、安裝導管，采用換漿法進行清孔。

孔深檢查：用測繩進行量測，測繩端部設置一個帶釬的測錘（重 3.5 kg）。量測前，用鋼尺校核測繩長度，合格后方可使用。孔深不得小于設計孔深。

孔徑、孔形檢查：采用探籠進行孔徑和孔形檢查。按照探籠能夠下放至孔底為標準驗收。

泥漿性能檢查：采用泥漿比重儀、含砂率測定儀、稠度測定儀進行驗收，驗收標準為：孔內排出或抽出的泥漿手摸無 2 mm～3 mm 顆粒，泥漿比重不大于 1.1，含砂率小于 2%， 粘度 17 s～20 s。

沉渣厚度檢查：為準確判定孔底碴是否清完，還得制作一平底測錘，清孔后采用平底測錘進行孔深量測，兩次測孔深的差值即為沉渣厚度。本區段鉆孔樁設計允許沉碴厚度不得大于 15 cm，嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔作業。清孔后的各項指標經監理工程師驗收合格后，方可進行下道工序。

2.8 鋼筋籠以及聲測管制作和安裝

2.8.1 鋼筋籠吊裝

在現場施工中，針對鋼筋籠吊裝環節，應針對其配備專門的運輸車輛以及托架，避免其在運輸過程中出現損壞。在運輸到施工現場后，在正式吊裝環節應采用16 t標準級別以上的車輛進行吊放，在吊放時施工人員應對鋼筋籠的垂直度進行檢查，并確保其在對接時，上下節的中心線能夠保持一致。為降低孔口坍塌風險，在吊放過程中應避免鋼筋籠左右旋轉，并控制其下放速度，禁止出現強制下落或迅速提起下放的現象。檢查完畢后由為了保證鋼筋籠骨架不變形，宜采用兩點起吊。鋼筋籠下放至標高后，檢查鋼筋籠的中心是否偏位，使之滿足要求。焊接 4 根φ16 吊筋，吊筋端部制作成 O 形，以便穿鋼管固定于護筒頂，同時在相應護筒頂位置焊接 O 形卡環，以防止砼灌注過程中的鋼筋籠上浮。施工隊應配備足夠熟練的操作工進行鋼筋籠的套筒對接，確保在 2.5 h內完成安裝， 為成孔節約時間，防止沉渣過多或縮徑。

2.8.2 聲測管安裝

本橋段樁基均需安裝聲測管，待樁身混凝土達到設計強度后進行超聲波檢測成樁質量，檢測合格后進行下道工序的施工。根據目前已出圖紙所示，樁基需布置 3 根聲測管。聲測管的連接采用D70*6.0 mm 套管，底部與樁底等齊;在埋設過程中，應檢查聲測管是否暢通，并事先灌滿清水，做好管底封閉、管口加蓋等工作。由于樁基檢測需要 3 根聲測管必須等高齊平，同時管頂高出設計樁頂面不少于 450 cm（送至原地面，承臺圍護開挖前先檢測），施工安裝時必須考慮預留長度，詳見下圖1所示：

2.9 混凝土灌注

2.9.1 導管安裝

一旦將鋼籠升起，必須立即安裝導管。導管應使用直徑30 cm的快速卡口垂直提起，標準切口長度為3 m，將上部調整為1 m和1.5 m，下部應大于4 m。安裝管道時，戴上密封圈并擰緊電弧。降低過程中，將管子保持在直線軸的中心，然后逐漸降低，以免鋼筋籠和碰撞孔被困住。

在鋼筋籠吊裝完成后，應立即組織導管安裝;導管采用直徑宜為 30 cm 的快速卡口垂直提升，標準分節長 3 m，頂節采用 1 m 和 1.5 m 調節，最下節長大于 4 m。導管安裝時要放設密封圈，擰緊箍圈;下放過程中保持導管位置居中，軸線順直，逐步沉放，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔。

2.9.2 混凝土制備

原材料的儲備：根據水下砼設計配合比，計算砼原材料用量，按照不少于 1.5 倍的理論用量進行儲備，同時，進場的原材料按照設計和公路工程高性砼的規范要求進行檢驗檢測，保證原材料的質量滿足要求。

2.9.3 混凝土灌注

在混凝土到達施工現場灌注前，由試驗人員按規定對混凝土的坍落度、入模溫度、含氣量等指標進行檢測，并做好相關記錄，對于砼質量不符合規范要求的，予以退場處理; 同時按規范規定制作養護試件。砼灌注擬采用罐車直接進行灌注。澆筑水下混凝土之前，再次檢測孔底泥漿沉淀厚度，如沉碴厚度大于 15 cm 時，對孔內進行二次清孔，確保孔底沉碴厚度符合規定要求。

2.10 樁基檢測

根據設計要求，利用超聲波投射法進行樁基完整性檢測，檢測合格后進行下道工序的施工。

3 質量控制標準及結果

在施工過程中，按照下列標準進行質量控制，每道工序完成后，質檢員按照規范要求進行檢驗，自檢合格后報監理驗收通過后，方可進入下道工序施工。同時，在施工過程中，現場技術員進行全過程施工記錄，記錄包括泥漿比重、地質情況、不同地質的鉆進速度及施工過程中的意外事件和檢查驗收情況。

4 結語

以上樁基鉆孔施工中存在的問題及處理措施在寧合高速湯虎線中橋的施工中取得了較好的成效，使樁基順利通過了溶洞區。 在施工中沒有出現一例安全、 質量事故，施工結束后，經超聲波檢測，全部樁基合格，I 類樁率達到 100%。

參考文獻：

[1]南京至合肥國家高速公路張店樞紐至滁河大橋（蘇皖界）段擴建工程招標文件和工程量清單.

[2]《公路橋涵施工技術規范》JTG/T3650-2020，人民交通出版社.

[3]《公路工程質量檢驗評定標準》JTGF80/1-2017，人民交通出版社.