旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)

郭 璐，羅平南，周伏萍

(江西省地質(zhì)工程(集團(tuán))公司(贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院)，江西 南昌 330029)

0 引言

石灰?guī)r地層巖溶發(fā)育較為充分，因此在樁基施工的過(guò)程中經(jīng)常遭遇溶洞。通過(guò)超前鉆探明溶洞的性質(zhì)，需要對(duì)溶洞采取特別措施以滿足樁基施工的要求。現(xiàn)有技術(shù)中在溶洞地區(qū)施工時(shí)，主要是采用鋼護(hù)筒進(jìn)行隔離或者采用水泥漿進(jìn)行封堵。而對(duì)于串珠溶洞，該類溶洞埋置比較深，鋼護(hù)筒無(wú)法到達(dá)，并且該類溶洞中存在大量淤泥質(zhì)充填物，采用壓密注漿處理后難以形成固結(jié)體，在成孔過(guò)程中易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，由于是串珠狀溶洞壓密注漿后無(wú)法控制走向，在沒(méi)有樁基的區(qū)域也需要水泥漿填充，壓密注漿從下填充滿后才向上填充，這樣施工形成大量水泥漿浪費(fèi)。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，采用旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)，較好地解決了溶洞地區(qū)施工難題[1-2]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

工程位于贛州市南康區(qū)，贛南大道南側(cè)，產(chǎn)業(yè)大道以西，工業(yè)大道以東。本工程地質(zhì)情況自上而下分為：第①雜填土，主要由耕植土、腐殖土、黏性土組成；第②層黏土，濕，可塑；第③層全風(fēng)化粉質(zhì)粉砂巖，巖石結(jié)構(gòu)破壞，局部分布；第④層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，裂隙較為發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)基本破壞，遇水崩解；第⑤-1層為中風(fēng)化石灰?guī)r，超前鉆判斷似串珠夾層，串珠溶洞，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，溶洞以黏性土填充為主，呈軟塑狀，該層大部分區(qū)域缺失；第⑥-1層為中風(fēng)化石灰?guī)r，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰?guī)r角礫，呈軟塑狀；第⑥-2層為中風(fēng)化石灰?guī)r，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰?guī)r角礫，呈軟塑狀；第⑦層中風(fēng)化石灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，灰黑，取芯率75%以上；各層在本區(qū)域內(nèi)互有缺失；樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為旋挖灌注樁，樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層不宜小于1倍樁徑。孔深設(shè)計(jì)深度暫定18 m，同時(shí)以入中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖2倍樁徑深度為終孔條件，因遇到溶洞，實(shí)際孔深主要為26 m～38 m，少數(shù)孔深達(dá)45 m以上，多為部分15 m。工程總量24 600 m3。

1.2 溶洞情況

地質(zhì)報(bào)告顯示單個(gè)溶洞洞高大部分1.2 m～8.8 m，個(gè)別溶洞洞高達(dá)15 m；溶洞底部埋深15 m～46.5 m，一般埋深23 m左右。其中，多見(jiàn)到3個(gè)～5個(gè)大小不等的溶洞豎向串珠分布，串珠溶洞之間隔層堅(jiān)硬，為隱晶質(zhì)灰?guī)r殘留，一般厚度1 m左右，無(wú)法判斷是否存在橫向串通；鉆進(jìn)過(guò)程顯示，全場(chǎng)溶洞都為封閉式有滿填充溶洞，取出的溶洞填充物為膠體狀濃泥漿，比重1.46～1.51。

2 工藝原理

旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工工法是通過(guò)高壓旋噴樁在串珠狀溶洞中有限區(qū)域把溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物施工成水泥固結(jié)成柱狀體，然后在成孔過(guò)程中采用高比重泥漿護(hù)壁的方式達(dá)到成孔不坍塌確保樁身孔壁完整性滿足設(shè)計(jì)要求的施工工藝。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→放線定位→高壓旋噴鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)引孔至最底溶洞→高壓旋噴注漿→水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)→旋挖成孔→鋼筋籠下放安裝→混凝土灌注。

2.2 關(guān)鍵工序操作要點(diǎn)

2.2.1 鉆進(jìn)引孔

旋噴樁樁位放好并經(jīng)復(fù)核合格后，用履帶式接桿式鉆機(jī)成孔，鉆頭直徑75 mm，每節(jié)鉆桿長(zhǎng)度1.5 m，根據(jù)超前鉆孔探測(cè)溶洞底部深度，鉆進(jìn)至該溶洞底部以下20 cm即停止鉆進(jìn)。

2.2.2 高壓旋噴注漿

鉆進(jìn)過(guò)程中配置水泥漿，鉆進(jìn)達(dá)到深度后，高壓旋噴樁機(jī)自下而上進(jìn)行注漿攪拌成樁，在溶洞區(qū)域提升速度控制在0.15 m/min之內(nèi)，非溶洞區(qū)域提升速度控制在0.3 m/min，交界處提升速度控制在0.2 m/min,注漿至最上層溶洞頂部以上20 cm停止注漿，全部拔出鉆桿。

2.2.3 水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)

高壓旋噴注漿結(jié)束后進(jìn)行封孔固結(jié)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

2.2.4 旋挖成孔

高壓旋噴樁固結(jié)體養(yǎng)護(hù)完成后，在樁位定位放樣復(fù)核合格后進(jìn)行旋挖成孔，在旋挖成孔過(guò)程中，采用高比重泥漿進(jìn)行護(hù)壁，防止孔內(nèi)坍塌和孔內(nèi)滲漏現(xiàn)象[3-4]。

2.2.5 鋼筋籠下放安裝

成孔達(dá)到樁底標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行鋼筋籠下放安裝，安裝保護(hù)塊防止破壞高壓旋噴樁固結(jié)體。

2.2.6 混凝土灌注

安裝灌漿導(dǎo)管，二清檢測(cè)復(fù)核施工要求后立即進(jìn)行混凝土灌注，混凝土灌注時(shí)埋管深度控制在2 m左右和連續(xù)均勻灌注。

2.3 主要設(shè)備

主要機(jī)械設(shè)備配套表見(jiàn)表1。

表1 主要機(jī)械設(shè)備配套表 臺(tái)

3 溶洞處理的注意事項(xiàng)

1)上述工藝方法的重點(diǎn)是“高噴固結(jié)成柱+高比重穩(wěn)定液護(hù)壁”，應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)性作業(yè)，在試驗(yàn)和實(shí)踐中調(diào)整施工參數(shù)，總結(jié)確定最優(yōu)的工藝和材料用量，特別是高壓旋噴施工，如果二重管足以形成直徑1 500 mm水泥拌合土柱體，則不用三重管。以及高比重泥漿配比的合理調(diào)整，水泥漿的水灰比調(diào)整等；在選用二重三重管時(shí)，應(yīng)考慮填充物本身的含水量，在噴射壓力相同情況下，采用二重管；對(duì)于小型溶洞，如能直接采用高比重穩(wěn)定液達(dá)到處理效果則不用其他方法；總之針對(duì)需要處理的每一個(gè)溶洞，參照超前鉆資料，先確定具體方式，但在使用中根據(jù)實(shí)際情況變化調(diào)整。

2)目前所知的三棟樓皆為溶洞地層，樁基施工應(yīng)采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應(yīng)有相當(dāng)?shù)木嚯x，直到前樁終凝；以保證不因距離太近而導(dǎo)致串孔；與前樁施工距離參考超前鉆報(bào)告，以溶洞內(nèi)不發(fā)生串通為宜。與前樁施工的間隔時(shí)間以前樁完成終凝為宜。

3)在固結(jié)體內(nèi)鉆進(jìn)施工，應(yīng)力求避免機(jī)械破壞固結(jié)柱體，旋挖鉆進(jìn)采用“低壓，低轉(zhuǎn)速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時(shí)應(yīng)輕緩，開(kāi)鉆前應(yīng)調(diào)節(jié)垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對(duì)中。

4)在高噴或注漿處理完溶洞后，必須等7 d后，固結(jié)柱體達(dá)到一定強(qiáng)度才能開(kāi)始樁基施工，施工應(yīng)按照施工要求，采用高比重泥漿作為穩(wěn)定液而進(jìn)行施工。

5)在特殊情況下，需要暫且忽略成本，采取特別處理措施，比如在溶洞高度較大的情況下，已經(jīng)完成成孔后，考慮到灌注混凝土后溶洞部位承受較大壓力，為防備“脹破”孔壁，可以在該部位放置鋼護(hù)筒，護(hù)筒壁厚不小于3 mm。

4 質(zhì)量控制

1)鉆進(jìn)引孔至最底溶洞質(zhì)量保證措施：根據(jù)超前鉆探明溶洞的深度和鉆桿每節(jié)長(zhǎng)度進(jìn)行確定鉆進(jìn)深度，準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的鉆桿，每安裝一節(jié)鉆桿做好施工記錄，在樁機(jī)立桿上做好機(jī)余標(biāo)志，最后一根鉆桿鉆至鉆余刻度時(shí)停止鉆進(jìn)。

2)高壓旋噴注漿質(zhì)量保證措施：漿液水灰比、漿液比重、每米樁體摻入水泥重量等參數(shù)均以現(xiàn)場(chǎng)試樁情況為準(zhǔn)。施工現(xiàn)場(chǎng)配備比重計(jì)，每天量測(cè)漿液比重，嚴(yán)格控制水泥用量。灰漿攪拌應(yīng)均勻，并進(jìn)行過(guò)濾。噴漿過(guò)程中漿液應(yīng)連續(xù)攪動(dòng)，防止水泥沉淀。

3)水泥固結(jié)體養(yǎng)護(hù)質(zhì)量保證措施：溶洞以上引孔采用水泥漿進(jìn)行封堵，防止地表水進(jìn)入。

4)旋挖成孔質(zhì)量保證措施。

a.在固結(jié)體內(nèi)鉆進(jìn)施工，應(yīng)力求避免機(jī)械破壞固結(jié)柱體，旋挖鉆進(jìn)采用“低壓，低轉(zhuǎn)速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時(shí)應(yīng)輕緩，開(kāi)鉆前應(yīng)調(diào)節(jié)垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對(duì)中。施工應(yīng)采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應(yīng)有相當(dāng)?shù)木嚯x，直到前樁終凝，以保證不會(huì)因?yàn)榫嚯x的太近而導(dǎo)致前后兩個(gè)樁基造成串孔的問(wèn)題，在后續(xù)樁基施工的過(guò)程中，應(yīng)該與前一個(gè)樁的施工距離進(jìn)行參考超前鉆報(bào)告，以溶洞內(nèi)不發(fā)生串通為標(biāo)準(zhǔn)，與前一個(gè)樁基的間隔時(shí)間為前一個(gè)樁基完成終凝的時(shí)間為準(zhǔn)。

b.高比重穩(wěn)定液是通過(guò)專門造漿材料與水1∶1配比而成，其中專門造漿材料包括膨潤(rùn)土，CMC,FCl,純堿,PHP,重晶石，鋸末水泥紙漿，專門造漿材料各組分占比為膨潤(rùn)土10%,CMC 0.01%～0.05%,FCl 0.1%～0.3%,純堿0.5%,PHP 0.003%，鋸末水泥紙漿1%～2%，重晶石用量根據(jù)泥漿密度進(jìn)行調(diào)整。

5 施工過(guò)程中特殊情況處理

1)噴漿過(guò)程應(yīng)連續(xù)均勻，若噴漿過(guò)程中出現(xiàn)壓力驟然上升或下降，大量冒漿、串漿等異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)提鉆出地表排除故障后，復(fù)噴接樁時(shí)應(yīng)加深0.5 m重復(fù)噴射接樁，防止出現(xiàn)斷樁。

2)高噴孔噴射成樁結(jié)束后，應(yīng)采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌，防止因漿液凝固后體積收縮，樁頂面下降[5]。

3)因地下孔隙等原因造成返漿不正常，漏漿時(shí)，應(yīng)停止提升，用水泥漿灌注，直至返漿正常后才能提升。

4)如果出現(xiàn)一側(cè)壓力異常，及時(shí)停止提升并找到原因，因?yàn)樘厥庠蛟斐墒┕らg隔在24 h之內(nèi)進(jìn)行全樁復(fù)打，超出24 h的若是止水加固則，必須在外圍進(jìn)行增加高壓旋噴樁加固樁數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

旋噴固結(jié)串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術(shù)采用水泥固結(jié)溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物的方法，防止溶洞內(nèi)淤泥質(zhì)充填物坍塌和避免混凝土樁體中出現(xiàn)夾泥，確保樁身完整性；混凝土充盈系數(shù)控制在1.00～1.10之間，節(jié)約了成本；通過(guò)高壓旋噴加固有限區(qū)域不擴(kuò)散水泥漿，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。