大尺徑灌注樁穿越復雜溶洞技術研究

趙軍升

摘要：以樁基工程現場施工為課題進行探討，對于樁基穿越復雜溶洞地區所遇到的工程問題進行探討，提出雙護筒施工方法，在保證工程質量的同時也確保了工程按照工期順利進行。

關鍵詞：復雜溶洞;穿越;施工工藝

0 引 言

近年來，隨著經濟的快速發展，大型交通項目的建設也呈現井噴式，與此同時樁基礎的應用范圍也越來越大。樁基礎的應用則涉及到頂板厚度的問題，但目前，對于樁基以及溶洞頂板厚度的研究相對較少，國內外主要采用理論研究、數值模擬和模型試驗等方法進行研究。國內學者梅國雄[1]等通過建立二維離散元模型，得出帶承臺單樁由于成拱現象，使得樁基整體承載力得到提高。夏煉[2]等通過ANSYS軟件建立模型進行樁基荷載-位移特性分析，得出巖溶對樁基承力性能有不利影響的結論。蔣明鏡[3]等通過模擬單樁豎向抗壓靜載試驗，得出隨著樁的沉降增大，單位樁長側摩阻力從樁頂到樁端呈非線性增長趨勢的結論。謝上飛[4]等結合具體工程案例，考慮樁端下伏巖溶頂板沖切破壞模式，提出了樁端下伏巖溶頂板厚度與樁體承載力的關系。陶可[5]等為優化巖溶區橋梁摩擦型樁基的設計計算，針對某工程采用的摩擦樁進行樁長優化分析與計算，給出了樁端嵌巖深度的優化方法。雖然對于樁基以及溶洞頂板厚度的研究較多，但是對于樁基下伏多個溶洞等工程情況所進行的研究較少。

因此本文對大尺徑灌注樁穿越多個溶洞的施工技術進行研究。

1 現場施工工藝

樁基采用沖擊鉆成孔法成孔，水下砼灌注法施工，在施工時尤其應該注意以下幾個問題。第一個問題即為漏漿、塌孔問題，漏漿問題將會導致塌孔問題的發生，由于溶洞頂板溝槽相互連通，以及裂隙發育，因此當鉆孔至此位置時，以及發生漏漿，如果發生漏漿則應該馬上向孔內投入水泥包、片石以及黃土包，并且立即補漿。對于復雜溶洞施工時，可以采用預注漿的方法，其原理是對溶洞內填充物進行固話，堵塞溝槽，防止溝槽與溶洞、樁孔相連通;第二個問題為偏孔、卡鉆問題，由于基巖起伏較大以及侵蝕、溶洞頂板傾斜、巖石強度不盡相同等問題，導致鉆孔時極易發生卡鉆等問題，對于此類問題，多層溶洞可以采用兩層鋼護筒的方法，同時加強鉆頭強度，盡量減少孔位的凈沖時間，如若發生偏孔，則應該反復向孔內投入片石以及優質粘土，直至偏孔修正為止;第三個問題為斷樁問題，一方面由于鉆捶沖擊力較大，鉆進時在孔徑周圍形成了較大負壓，澆筑混凝土時壓力釋放，使黃泥等雜質進入混凝土中，形成斷樁，另一方面也可能是因為灌注時對于混凝土量把控不清以及設備等問題造成。

2 溶洞處理辦法及合理性對比

對于溶洞的處理辦法，第一種為壓注雙液漿法，這種方法的原理是對溶洞內填充物進行固化并且達到一定強度以及填充溶洞空間，以防止在鉆孔時發生泥漿流失、塌孔等情況，但是這種方法一般只適用于10m以下的溶洞;第二種為灌砂、壓漿法，原理是通過灌入的砂來填塞溶洞空間，然后灌入漿液固化砂，所達到的目的和第一種方法相同，這種方法一般適用于6-10m高的且溶洞內無填充物的溶洞;第三種為填充粘土和片石法，這種方法一般適用于鉆孔到達溶洞頂板造成泥漿流失，導致塌孔時，這種方法適用于6m以下溶洞，比較經濟、方便、快捷;第四種方法為灌注低標號混凝土法，對于較大溶洞，會出現填充片石、粘土仍然難以成孔或者水下灌注的混凝土被沖垮，此時可以選擇此種方法;第五種方法為鋼護筒跟進法，這種方法一般適用于較大且情況比較復雜的溶洞，可以通過鋼護筒阻斷溶洞內填充物或者水的流動，同時可以根據溶洞的數量調整護筒的級數。

3 處置措施

對于樁基所處地區為灰巖地區，巖溶發育，且樁基下伏多個溶洞，在這種情況下，一旦溶洞頂板被擊穿，經常會出現漏漿、塌孔以及地面等災害的發生，因此為了避免此類情況的發生，保證安全以及順利施工，在該工程中選用內外鋼護筒跟進法進行施工，一面焊接高護筒，一面進行沖孔，之后將鋼護筒壓到或者震動到孔內。

在施工時應該注意以下兩個問題，第一個問題為鋼護筒的沉放過程，每層鋼護筒之間都要灌注混凝土漿液，以防止周圍土壓力造成縮孔、斷孔情況的發生，同時外層鋼護筒中的漿液可以提供水壓力，可以防止孔的坍塌。在遇到溶洞時，三層鋼護筒所起的作用分別是最外層的鋼護筒只在淺層，中間的鋼護筒到達溶洞頂板底部，最里面的鋼護筒穿透溶洞，依次向下進行鉆孔。

同時也應該注意內層鋼護筒的沉放問題，外層護筒下沉時先利用重力讓其下沉，之后再利用振捶將其振動至指定位置，之后更換直徑為小直徑樁錘鉆孔至設計標高。內護筒沉放時用型鋼制作雙層定位架輔助定位，確保護筒垂直度，下放過程中分節下放，內護筒懸吊在定位架上。

4 結論

對于樁基下伏多個溶洞的情況采用鋼護筒跟進法施工，在工程上已經取得了較大成功，極大程度的避免了塌孔、漏漿等問題的發生。預注漿對于處理溶洞是一種常用的方法，可以用來預防多種問題的發生，但是對于復雜溶洞，尤其是串珠狀溶洞，并不能徹底依賴，而且也不能徹底防止漏漿、塌孔等情況的發生。對于文中所述的灰巖地區巖溶發育區相類似的地質條件，采用內外鋼護筒跟進法和預注漿法，以及其他應急手段，可以保證樁基順利施工并成孔。

參考文獻：

[1]楊濟銘，張小勇，張福友，曾超峰，梅國雄.砂土中樁-土-承臺協同作用下樁基承載特性細觀研究[J].巖土力學，2020，41（07）：2271-2282.

[2]夏煉.巖溶地區樁基承載特性影響因素研究[J].公路，2018，63（11）：168-171.

[3]蔣明鏡，肖俞，陳雙林，胡海軍，吳曉峰.砂土中單樁豎向抗壓承載機制的離散元分析[J].巖土力學，2010，31（S2）：366-372.

[4]戴若琪，謝上飛，賀煒.基于巖溶頂板沖切破壞的橋梁樁基承載力分析[J].公路工程，2013， 38（03）：34-37+52.

[5]陶可，唐國東，鄧亮，毛明.巖溶區摩擦樁樁長優化設計方法及其應用[J].公路工程，2012， 37（05）：44-46.