溶洞強發育場地高樁碼頭設計探討

連長秋

摘 要：巖溶地區工程地質條件復雜，很難采用統一的溶洞處理方法，需要做好超前地質鉆探，并根據溶洞大小及周邊地質條件選擇既經濟又合理的施工方案，結合某碼頭樁基礎工程實例，提出采用鋼護筒跟進法成孔施工，保證了灌注樁質量和施工進度，可為鄰近工程以及類似樁基礎工程設計提供經驗。

關鍵詞：溶洞地質;灌注樁;鋼護筒跟進法;管波探測

韶關市位于南嶺山脈南部，全境在構造上處于華廈活化陸臺的湘粵褶皺帶。地質構造復雜，地層發育基本齊全，喀斯特地貌廣泛分布，地下溶洞多，巖類以紅色砂礫巖、砂巖、變質巖、花崗巖和石灰巖為主。隨著北江航道通航能力顯著提升，這使得沿線內河港口迅速發展起來，一般內河碼頭設計中采用樁基礎結構較多，以適應水位落差大、地質復雜的自然條件。溶洞作為隱蔽的地下自然現象，在高樁碼頭設計過程中，這些溶洞樁在技術、工藝處理難度大，施工成本高，且不可控，若處理方法不當，會直接影響碼頭質量和進度，造成不必要的經濟損失。所以在設計過程通過分析地勘資料來事先確定溶洞處理方案，對指導樁基正常施工具有十分重要的意義。

1工程概況

韶關港某一期工程位于北江左岸、粵江發電公司現有廠區內和永順礦產有限公司及后方區域，受仁化～英德～三水褶斷構造帶所控制，位于該斷裂中段。工程距離廣樂高速公路烏石出口約3km，距離上游濛里水利樞紐約1km，距離上游樂廣高速烏石大橋約0.63km。本工程擬建設12個1000噸級散貨碼頭泊位，碼頭岸線長度935m，分為上游段4個泊位（310m）、中間段3個泊位（235m）、下游段5個泊位（390m）。本文以中間段碼頭工程樁基礎設計為例，根據地質鉆探資料，場地表層土為素填土、砂類土、黏性土、卵石等，陸域局部存在飽和軟土，下伏為基巖以粉砂巖、礫巖、灰巖為主，局部揭示存在凝灰質砂巖。灰巖為可溶巖，鉆孔遇洞率為57.1%，鉆孔線巖溶率為2.6%～94.1%，屬于巖溶強發育場地，不宜采用打入樁，適宜采用灌注樁。

2 碼頭方案設計

2.1方案設計

巖溶地區可采用充填法、跨越法、樁基穿越法、注漿法、褥墊層法等處理方法進行巖溶地基處理。對于地貌、地質、水文條件復雜及塌陷量大、影響范圍大的地段，可采用多種方法綜合處理[1]。針對樁基礎，樁按受力情況可分為端承樁和摩擦樁兩種，端承樁是穿過軟弱土層而達到堅硬土層或巖層上的樁，結構豎向荷載主要由巖層阻力承受，施工時以控制樁入巖深度為主;而摩擦樁是一種穿過并支撐在各種壓縮土層，依靠樁端阻力和樁身側面與土體之間的摩擦阻力共同承受荷載，施工時以控制樁底標高為主。本文以中間段3個泊位的碼頭結構設計為例，樁基礎考慮選用嵌巖灌注樁。碼頭結構方案如下：

由于港區水位差較大（設計高水位與設計低水位之差9.98m），同時結合溶洞地質條件和防洪需要，碼頭結構采用高樁框架式結構，碼頭面標高為48.30m（采用國家85高程，下同），總長為235m，寬15m，共設7個結構段，標準排架間距為7.2m，每榀排架布置三根Φ1.2m鋼筋混凝土灌注樁。框架共分兩級，各級標高從下至上分別為：41.80m、44.70m，各級框架前沿設人行通道板。上部縱橫梁為現澆結構，橫梁采用矩形梁，橫梁高1.50m，寬1.2m，軌道梁梁高1.5 m，寬0.8m，縱梁梁高1.2m，寬0.6m，面板采用現澆結構，厚450mm。橫梁與樁帽之間用0.8m×0.8m（前沿為1.2m×0.8m）的立柱連接，框架凈空2.1m。為加強整體穩定性，設置0.6m×0.6m的縱向水平撐。接岸采用現澆混凝土擋墻結構，擋墻下拋石基床厚1.0m。擋墻后方邊坡鋪設碎石倒濾結構。邊坡采用50～200kg護面塊石、二片石墊層、碎石倒濾層，坡度1：1.5。

碼頭樁基持力層選擇在物理力學特性較好的中風化灰巖層，灌注樁入巖層深度按不小于3倍設計樁徑控制;如遇溶洞，灌注樁穿過溶洞深度后按進入持力層不小于1.5m控制，持力層為連續完整且厚度大于5m的中風化巖層，并結合單樁垂直極限承載力計算確定樁底標高。

2.2鋼護筒跟進法

在巖溶強發育場地，碼頭灌注樁基礎施工中，全護筒灌注樁是一種應用較為廣泛的施工方案。該方法就是一邊沖孔，一邊接高鋼護筒，并且通過按壓或振動下沉至鉆孔內，以利于隔斷溶洞內流塑填充物或水的活動。當樁孔穿過多個溶洞，并且均已成功造壁，在下面沖孔時，上面已形成的泥漿護壁坍塌漏水且無法解決時，使用鋼護筒跟進到這個溶洞位置可以堵漏。鋼護筒跟進法，又可分為單層鋼護筒跟進、雙層或多層鋼護筒跟進。鋼護筒主要分為開孔護筒、跟進護筒，有時開孔護筒就作為第一級的跟進護筒，開孔護筒在最外層（內徑最大），緊跟著是第一級跟進護筒（第二層），以此類推，最后一級護筒在最內層。單個大溶洞一般用單層護筒就夠了，多個大溶洞必要時可用雙層甚至多層護筒，其中外護筒在樁基施工前埋設，可以起到樁基沖孔定位與保持水頭壓力的作用，內護筒為跟進鋼護筒，起到防止樁基沖至溶洞位置導致塌孔作用。

鋼護筒長度和直徑大小的確定：護筒長度L=（h+H+0.5）m（h為鉆孔估計的溶洞高度;H為溶洞頂到地面加30cm的高度;0.5m為護筒穿越溶洞后嵌入巖層深度）;鋼護筒孔徑尺寸應準確，連接要順直，使用卷板機成型。鋼護筒要有一定的剛度，本工程選用鋼板厚為9mm為宜，單層護筒內徑要求大于樁直徑200mm，多層護筒最內層護筒內徑要求大于樁直徑200mm，其外面一層護筒內徑要求大于內層護筒外徑250mm，并以此類推。

2.3鉆孔施工注意事項

在溶洞地質條件下鉆孔樁施工前，應根據超前鉆資料進行細致分析，制訂切實可行的施工組織設計方案，確保施工技術員、質量員、施工員等詳細了解此碼頭各樁的地質情況，熟悉每個樁孔的溶洞所在位置、大小等情況，并先根據圖紙及詳細地質資料將巖面高程和溶洞高程換算成孔深，在鉆頭鋼絲繩上做好標記，做到鉆孔時心中有數。

施工時，當鉆至溶洞頂板附近，適當減小沖程，緩慢將溶洞頂板打穿，防止卡鉆。當鉆頭進入溶洞底部后，應仔細觀察孔口鋼絲繩是否對中，如果錘頭鋼絲繩有偏位，表明發生了偏孔現象，此時可向孔內拋一些片石，拋填高度應高于偏孔處以上1～2m，然后使用小沖程沖擊片石，使鉆頭受力均勻，達到糾偏目的，當鋼絲繩恢復到中心位置時繼續鉆進，從而確保樁孔的垂直度[3]。用沖擊鉆成孔施工時，施工中應充分利用沖擊鉆的擴孔性能，并嚴格做到樁孔豎直、無歪斜、縮頸，使得鋼護筒能順利下沉。

3 結語

（1）巖溶強發育場地上建設高樁碼頭時，為了更有效的指導設計及樁基施工，確保樁基安全，在詳勘階段應采用“一樁一孔”的超前鉆形式，并結合管波探測試驗查明碼頭范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規模、埋深、完整性、巖溶充填物性狀及地下水特征等。

（2）由于溶洞具有不可預見性、復雜性和一定危險性等特點，樁基礎施工難度大，在樁基施工中應注意各方面的因素，根據現場溶洞大小及周邊地質條件，從造價、進度、保證質量等方面綜合考慮，對每根樁選擇科學合理的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施，并且要嚴格管理各個施工工序。

（3）本工程采用的全護筒跟進方案，效果明顯，可以適用溶洞較大、單層或多層溶洞呈垂直穿珠帶狀的情況。本工程樁基的設計是合理和可靠的，對溶洞地區類似碼頭樁基設計及施工具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] DBJ/T15-136-2018. 巖溶地區建筑地基基礎技術規范. 廣東省標準，2018.

[2] JTS167-2018. 碼頭結構設計規范. 北京：人民交通出版社，2018.

[3]蘭千鈺，李丕安. 高樁碼頭多溶洞樁基處理技術[J] .港工技術，2015（06）：32-36.