云南某特厚粉細(xì)砂覆蓋型喀斯特地區(qū)的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

高買燕

云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 云南 昆明 650501

喀斯特（又稱巖溶）按照出露情況分為裸露型、覆蓋型、埋藏型[1]。喀斯特地區(qū)的樁基施工常遇到下列困難[2]：護(hù)壁泥漿大量流失，造成孔壁坍塌，砂土掉入樁體內(nèi)，影響成樁質(zhì)量；充盈系數(shù)過大，有的甚至高達(dá)4，不利于施工成本的管控。在特厚細(xì)砂層地質(zhì)條件下，砂土的內(nèi)摩擦角小，樁孔依靠土的內(nèi)摩擦阻力來穩(wěn)定，但是當(dāng)處于地下水條件下時，土體的黏聚力下降，抗剪強(qiáng)度降低，成孔后土體應(yīng)力向孔內(nèi)釋放，在地下水的作用下，發(fā)生砂土流失，導(dǎo)致孔壁坍塌，產(chǎn)生大量的土洞，因此在特厚粉細(xì)砂覆蓋型喀斯特地區(qū)的樁基礎(chǔ)施工具有一定的難度。本文結(jié)合云南某高速公路樁基施工項目，對特厚粉細(xì)砂覆蓋型喀斯特地區(qū)樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)進(jìn)行探討，以期為類似工程項目提供一定的借鑒。

1 工程概況

云南玉溪市東南繞城高速公路的王家村一號大橋為6孔連續(xù)梁橋，橋墩基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，樁基設(shè)計嵌入中風(fēng)化石灰?guī)r＞5 m。根據(jù)勘察報告，場地為覆蓋型喀斯特，上覆土層為第四系地層，從上到下依次為：雜填土、粉土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土（Qakpl）、砂礫、下伏基巖為中風(fēng)化-弱風(fēng)化灰?guī)r，各地層的巖性特征見表1。

表1 各地層的巖性特征

總體來講，本項目的土洞和溶洞發(fā)育，粉土、粉細(xì)砂層較厚，松散，地下水發(fā)育，場地局部有少量地面塌陷，土洞、溶洞中有軟土、細(xì)砂等。地下水主要賦存在粉細(xì)砂層和石灰?guī)r中的微風(fēng)化帶和溶洞中。

2 樁基礎(chǔ)方案比選

2.1 大功率旋挖樁成孔法

本項目的基巖為中風(fēng)化-弱風(fēng)化灰?guī)r，首選360型旋挖樁機(jī)，施工前對1根樁采用360型旋挖樁機(jī)、泥漿護(hù)壁進(jìn)行試樁。當(dāng)鉆進(jìn)到粉細(xì)砂層時出現(xiàn)嚴(yán)重坍孔，護(hù)筒一側(cè)的地表出現(xiàn)裂縫，寬度2～3 cm，于是立即停鉆，并往孔里灌注水泥漿，2 d后繼續(xù)往下鉆，坍孔得到緩解。但此種方法不僅延誤施工工期，而且成本也高，成孔質(zhì)量不穩(wěn)定，綜合考慮，此成樁方案不可行。

2.2 鋼護(hù)筒＋沖擊鉆法

本項目若采用“鋼護(hù)筒＋沖擊鉆法”[3]，在粉土、粉細(xì)砂層鉆進(jìn)時，可采用長護(hù)筒預(yù)防坍孔現(xiàn)象。但考慮在石灰?guī)r層中，有大量的土（溶）洞存在，也極容易發(fā)生坍孔、漏漿等，且本項目的石灰?guī)r層為弱風(fēng)化，長護(hù)筒深入石灰?guī)r層存在一定的困難，施工完成后長護(hù)筒的回收也存在一定的難度，且施工成本較大，因此不考慮此成樁方案。

2.3 沖擊成孔＋拋填片石與黏土加固法

項目有土（溶）洞發(fā)育的石灰?guī)r層，且分布廣，上覆土層為松散的粉土、粉細(xì)砂層，因此在沖擊成孔時采取分段措施進(jìn)行成孔。針對松散的粉土、粉細(xì)砂層與土（溶）洞發(fā)育的石灰?guī)r層，應(yīng)采取不同的成孔措施：

1）在松散的粉土、粉細(xì)砂層中成孔時，向孔內(nèi)投入黏性土與碎石的混合物，慢速、小沖程進(jìn)行沖擊擠密，使黏性土與碎石的混合物擠入孔壁周圍的松散粉土、粉細(xì)砂層中，從而增加黏聚力，減小滲透性，達(dá)到土體改良的目的。

2）在土（溶）洞發(fā)育的石灰?guī)r層中成孔時，則應(yīng)投入適量的黏性土、片石、水泥等混合物，慢速、小沖程沖擊，先填實(shí)土（溶）洞，堵塞漏漿通道，再繼續(xù)小沖程沖擊，使孔壁穩(wěn)固，避免漏漿、坍孔，影響樁身質(zhì)量。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

1）根據(jù)勘察，推測每孔的地質(zhì)特性情況，在地質(zhì)特性列表地質(zhì)剖面圖等相關(guān)資料中詳細(xì)地描述地層名稱、厚度、水文情況等，然后再根據(jù)每層巖土制定成孔措施。

2）配置充足的黏土和片石，片石的粒徑為15～25 cm，本項目利用挖方段的棄土和塊石解小形成拋填料。

3）先進(jìn)行棄土與羧甲基纖維素鈉的拌和試驗。本項目棄土所含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%～20%之間，所含沙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)20%左右時，羧甲基纖維素鈉添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，拌和物的黏聚力為12～20 kPa；棄土所含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～25%之間，所含沙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%左右時，羧甲基纖維素鈉添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%，拌和物的黏聚力為18～25 kPa。

4）做好施工技術(shù)交底，確保每一位作業(yè)人員和管理人員都清楚本方案，并掌握作業(yè)要點(diǎn)。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 鉆孔

1）護(hù)筒安放好后，應(yīng)在護(hù)筒下方1.5 m范圍內(nèi)對土體采取拋填黏土和片石進(jìn)行加固，形成穩(wěn)固的地層，防止鉆頭在沖擊過程中造成護(hù)筒的不均勻沉降，導(dǎo)致卡鉆事故。本項目附近剛好有棄土及塊石，棄土主要為黏性土與素填土的混合物，大塊石通過巖石破碎機(jī)解小，棄土通過添加羧甲基纖維素鈉拌和增強(qiáng)黏性后用來輔助成孔。本項目試驗表明，羧甲基纖維素鈉添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占棄土的0.05%～0.10%時效果比較突出，拌和物的黏聚力較強(qiáng)。

2）當(dāng)鉆進(jìn)到粉土和粉細(xì)砂層時，也需要拋填添加羧甲基纖維素鈉的棄土和小片石，邊拋填邊慢速、小沖程地沖孔，確保孔周圍形成一層厚約20 cm的堅實(shí)護(hù)壁。

3）在沖孔的過程中，需要往孔內(nèi)注水，確保注水的水位高于地下水位2 m左右。

4）當(dāng)鉆進(jìn)到石灰?guī)r層時，由于巖面的起伏較大，石筍、石牙、土（溶）洞較為發(fā)育，故常發(fā)生卡鉆、鉆孔偏斜、漏漿等問題。本項目針對施工中出現(xiàn)的各種問題采取了不同的解決方式，取得了良好的效果：

① 漏漿，存在大的土（溶）洞，巖層破碎。解決措施為：向孔內(nèi)拋填本項目的棄土與羧甲基纖維素鈉的拌和物、碎石、片石、水泥的混合物，慢速沖擊，對土（溶）洞進(jìn)行填充，對孔壁起到膠結(jié)和穩(wěn)固作用，避免漏漿。

② 漏漿，存在少量裂隙。解決措施為：向孔內(nèi)拋填本項目的棄土與羧甲基纖維素鈉，慢速沖擊，將土擠入基巖的裂隙中，防止?jié){液流失，保證泥漿的質(zhì)量。

③ 鉆孔偏斜。解決措施為：采用小工藝參數(shù)施工，避免錘頭沿傾斜巖面下滑，待在傾斜的巖面錘擊出較寬的臺階后，再正常沖擊成孔；時刻掌握溶洞的情況，當(dāng)溶洞較大時，可向孔內(nèi)拋填碎石，注入添加了速凝劑的水泥漿，待溶洞強(qiáng)度提升后進(jìn)行低速鉆進(jìn)。

3.2.2 清孔

1）當(dāng)鉆孔即將達(dá)到設(shè)計深度時，先進(jìn)行一次清孔，然后拋填土和片石的混合物，再進(jìn)行沖擊，完成整個成孔過程。再對孔深、孔徑、孔位等參數(shù)進(jìn)行檢查，檢查合格后及時進(jìn)行清孔作業(yè)，避免長時間的靜置導(dǎo)致坍孔。

2）清孔時，先將粗渣用抓渣筒抓出，然后往孔內(nèi)注水、抽水并往復(fù)進(jìn)行，使孔內(nèi)泥漿的相對密度降低。

3）沉渣厚度必須達(dá)到設(shè)計要求，清孔時，要注意保持孔內(nèi)的水位，防止產(chǎn)生坍孔。

3.2.3 全巖面的判斷

本項目要求樁端入完整微風(fēng)化巖層，但由于喀斯特較為發(fā)育，巖面陡傾，故難以正確地判斷全巖面。實(shí)際施工中，總結(jié)出以下幾種判斷方法：

1）樁孔超前鉆探資料。以樁孔底標(biāo)高為基準(zhǔn)，再往下50 cm后進(jìn)行全巖面的檢驗。

2）鋼絲繩的垂直度。鋼絲繩垂直、擺動輕微，且在錘頭觸底時出現(xiàn)輕微的反彈。

3）出渣的情況。觀察出渣中巖渣的含量在65%以上。

4）鉆進(jìn)的速度。以進(jìn)尺速度在0.1～0.2 m/h作為一般沖孔設(shè)備進(jìn)入全巖面的特征。

在實(shí)際工程中，往往要將幾種判斷方法結(jié)合起來，相互佐證，從而更容易判斷全巖面。

4 結(jié)語

本項目采用拋填片石＋土的方法進(jìn)行沖擊鉆成孔，施工成本低，效率高。28 d后進(jìn)行樁基承載能力檢測，其中Ⅰ類樁的比例達(dá)89.5%，沒有Ⅲ類樁。通過本項目的樁基成孔施工，得出以下施工經(jīng)驗：

1）在特厚粉土、粉細(xì)砂層中，采用沖擊鉆成孔＋拋填黏性土、片石沖擊加固的方法能有效防止坍孔，且施工成本低，在高速公路的橋樁施工中，還可以充分利用棄土、塊石，原地取材，做到施工成本最小化。

2）在土（溶）洞、裂隙發(fā)育地帶，在小裂隙中拋填棄土與羧甲基纖維素鈉的拌和物進(jìn)行低速、小沖程沖擊，將棄土與羧甲基纖維素鈉的拌和物擠入裂隙中，能有效防止漏漿；在大土（溶）洞中，拋填塊石＋棄土與羧甲基纖維素鈉的拌和物。情況嚴(yán)重時，再添加適量的水泥，可有效填塞土（溶）洞，然后用沖擊鉆低速、小沖程地沖擊密實(shí)，也能有效防止漏漿，降低施工成本。

3）在特厚粉細(xì)砂覆蓋型喀斯特地區(qū)的樁基礎(chǔ)工程中，成孔采用沖擊鉆＋拋填片石的方法可行，且施工成本低，操作簡單，值得被廣泛推廣使用。