沖擊鉆在河道砂卵石溶巖地質施工中的技術探析

姚成玉

結合G318池州至殷匯段改建工程池州地區巖溶發育地質條件，對橋梁鉆孔樁施工過程中的溶洞處理進行深層次的技術歸納總結。

樁基溶洞處理常采用的方法是片石加粘土回填反復復打方案或采用鋼護筒局部埋深,這兩種方法在地質卵石層埋深較厚且卵石層下為多層溶洞的情況，仍然出現塌孔、地面沉陷等問題。本工程結合地質情況，根據多次現場試驗總結，將鋼護筒護壁控制到第一層巖層位置，有效解決了砂卵石層透水性強、易擾動垮塌帶來的孔口塌方和地面沉陷問題，同時因鋼套筒深層護壁也有效解決了溶洞多次反復回填復打地面塌陷問題。采用局部鋼套筒跟進鉆孔施工工藝，利用鋼套筒穩定孔壁，增強孔壁側壓力，同時鋼套筒能阻斷水流對鉆孔的沖刷，防止泥漿的流失，提高成孔率，從而減少安全、質量隱患，提高成樁質量和施工效率。

一、工程概況

1.工程簡介

K27+656.5秋浦河大橋全長634.75m，其中跨河主橋橋跨布置為42+72+42m，垮堤主橋橋跨布置為30+50+30m，上部結構均采用變截面預應力混凝土連續箱梁，橫向全寬27.0m，采用雙幅布置。全橋基礎均采用群樁基礎，8#-11#墩為跨河主橋，樁基共36根，其中8、11墩樁基各8根，樁徑1.6m，樁長15-36m不等；9、10墩樁基各10根，樁徑1.6m，樁長20-61m不等。

2.地質情況

秋浦河大橋橋位區地貌類型屬于低山區山洼溝谷亞區，地形起伏較大。工程地質自上而下分述如下：（1）卵石：灰褐色，稍密-中密狀，呈次棱-次圓角狀，粒徑主要在2-100mm間，個別大于100mm，其中d＞20mm的顆粒質量約占總質量的50%-60%；母巖的主要成分為石英砂巖、礫巖、硅質巖等。充填物為中細砂和粘性土（卵石層15～20m不等）。（2）中風化灰巖：灰、粗灰及灰白色，致密質純，厚層狀，塊狀構造，本段巖石裂隙較發育，中等風化，巖面存在溶蝕現象，局部巖芯較為破碎，大部巖芯較完整。（3）溶洞：砂礫石和粘性土全充填或半充填（最大溶洞達30m)。（4）中風化灰巖：灰、粗灰及灰白色，致密質純，厚層狀，塊狀構造，本段巖石裂隙較發育，中等風化，巖面存在溶蝕現象，局部巖芯較為破碎，大部巖芯較完整。由于本區域地質復雜，溶巖非常發育，且溶洞分布縱、橫向差異較明顯，施工前進行逐樁勘探，以10#墩為例（圖1）：

圖1 10#墩樁基布置示意圖

二、施工技術

1.護筒埋設

護筒埋設方法與正常樁基施工無異，護筒采用厚度為10mm的A3鋼板卷制而成，考慮鋼套筒跟進施工，直徑1.6m樁基，外護筒內徑2.2m，高度為2.5m一節，挖坑埋設，并在護筒周圍對稱、均勻地回填粘土，并分層夯實，埋置深度不小于2m。嚴格控制護筒的位置和垂直度，誤差控制在5mm以內，傾斜度不大于1%。護筒頂面高出地面30cm以上，以防止雜物、地面水流入井孔內。

2.擴孔

采用鉆頭直徑為1.8m（設計樁徑1.6m）的沖擊鉆鉆孔，直至穿透卵石層至第一層巖面頂。因巖溶發展不規則，當鉆孔接近巖層時，應采用小沖程、慢進尺的方式，防止擊破上面巖層（溶洞頂沖程高度一般為80-100cm）。因卵石層水力穿通較強，孔壁不穩定，此段施工可采用粘土或膨潤土造漿，泥漿性能指標需滿足下列要求，即相對密度：1.20～1.45；粘度：22～30Pa·s；含砂率：＜4%；膠體率：＞95%。

3.下內置鋼套筒

為減少吊裝過程中的變形，承受泥漿突然下降帶來的側向擠壓力，鋼套筒需有一定的剛度，本工程鋼套筒采用壁厚10mm、寬2m的鋼板通過卷板機加工而成。為方便快速安裝施工，根據設計好的鋼套筒長度，后場將加工2m的鋼套筒對焊成6m、8m、10m長的鋼套筒，運至現場進行二次連接。對焊連接采用單面坡口焊加幫條焊，幫條采用寬10cm、長20cm、厚10mm鋼板，幫條焊共4處，均勻對稱布置。施工時應注意：

（1）鋼套筒孔口吊裝對接時，采用兩點吊裝加吊裝扁擔，避免吊裝受力不均勻，產生管口變形。孔口吊裝對接時吊點采用加厚矩形吊耳，吊耳可承受對接時鋼套筒重量。

（2）鋼套筒對接和下放過程中，采用水平尺嚴格控制好護筒的垂直度，力求垂直入土。

（3）鋼套筒孔口固定：在鋼套筒十字線方向豎直加焊長60cmΦ22的圓鋼各4根作為吊耳，用于孔口固定鋼套筒，同時內置鋼套筒與大護筒豎向搭接不少于50cm（圖 2）。

4.溶洞段鉆孔

（1）輕錘慢打。根據逐樁勘查報告,鉆頭接近溶洞頂面巖層時，經驗總結該段距離約大于50cm，此時鉆機需降低沖程高度和沖擊頻率，一定要輕錘慢打。利用樁機自動控制儀設定沖程高度為0.8m，沖擊頻率為6-7次/min，同時減少錘頭擺幅，緩緩擊穿，防止卡鉆。

（2）溶洞反復充填復打。半填充或無填充物的溶洞，當溶洞頂板擊穿后，孔內泥漿會流入溶洞中或通過巖隙流入溶洞，孔內水頭下降，這時要迅速提起鉆頭和泥漿管，及時回填粘土和片石。根據多次施工經驗總結，一般情況下，粘土和片石體積比為2:1，每次回填3-4m高，注滿泥漿，放入錘頭和泥漿管，注泥漿至孔頂，利用錘頭小沖程復打回填的粘土和片石，觀測有無漏漿；如有遺漏，就再吊起錘頭和泥漿管，再反復充填復打，直到不漏漿為止。

根據經驗，當回填3-4次反復充填復打后，仍然漏漿，可考慮加水泥固化。方法是：一次性拋入5T袋裝水泥，然后再回填3-4m高的粘土和片石，注滿泥漿，用錘頭小沖程復打，使水泥和片石、粘土混合，靜止24小時以上，重新開鉆。從效果上看，水泥固化一次就行，效果顯著，但成本高。

5.清孔及下放鋼筋籠

一般溶洞區樁較長，為防止沉渣過多，清孔時應降低泥漿砂率，減少二次清孔時間，盡早灌筑砼。施工時采取的具體措施為：

（1）采用泥沙過濾器降低泥漿含砂率，一般一次清孔泥漿含砂率控制在＜2%。

圖2 鋼套筒制作、下放

（2）因溶洞區樁較長，孔內地質差，存在砂卵石和溶洞塌方、塌孔現象，根據經驗，二次清孔后泥漿比重小于1.15時易塌孔，施工時二次清孔后泥漿比重1.15-1.2控制。

（3）控制鋼筋籠下放安裝時間。

①選用12m長鋼筋，減少鋼筋接頭；

②接頭處采取機械連接，連接速度快、質量可靠。

6.水下砼灌注

（1）為防止砼灌注過程中溶洞處護壁因砼比重較大、壓力大、孔壁不穩定坍塌，施工中增加導管埋深，防止溶洞處護壁破壞，導致砼埋深不足引起斷樁，導管埋深根據砼和易性及灌注“翻漿”情況，導管埋深一般按10m控制。導管埋深適當增大，一是可以防止溶洞處護壁破壞，導致砼埋深不足引起斷樁；二是可以減小導管多次拆除等待時間，縮短整個砼灌注時間，減少塌孔風險。

（2）為增加砼和易性，適當將砂率增加1%-2%。

（3）砼供應能力必須滿足需要，確保砼連續供應，縮短灌注時間，減少塌孔風險。

三、樁基檢測結果

圖3 10#墩低應變反射波法檢測結果匯總表

通過第三方樁基低應變反射波樁身完整性檢測，本次橋墩10根樁基，9根Ⅰ為類樁，1根Ⅱ為類樁（圖3）。

四、結語

（1）本橋溶洞區樁基均為端承樁，不考慮鋼護筒四周摩擦力。如果樁基設計為摩擦樁，采用下沉鋼護筒的方法，需經設計單位允許。

（2）之前樁基施工時，我們也采用鋼護筒深埋的辦法，但未下到第一層巖層以上，結果依然塌孔，地基下沉嚴重。采用鋼護筒跟進到巖層后，雖然仍有漏漿，但未塌孔，很安全。另外，本辦法可直觀看到地下是溶洞還是地下河。溶洞區漏漿后地表水及時滲入，最終孔內水位達到地表水高度。地下河則不然。

（3）因溶洞區樁較長，孔內地質差，根據經驗，二次清孔后泥漿比重小于1.15時易塌孔，施工時二次清孔后泥漿比重1.15-1.2控制基本對質量無影響。

（4）導管埋深大于6m，最大埋深在9m以上，只要砼和易性好，灌注速度快，拔導管是沒有困難的。