巖溶地質鉆孔樁施工遇溶洞時的處理方法與質量控制研究

張 偉

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司， 北京 100041）

1 工程概況

新建南寧至崇左鐵路NCZQ1標吳圩雙線特大橋全長3269.02m，樁基629根，設計孔徑1.25m和1.5m，其中1.5m孔徑28根，樁長12.5m至46m不等，其余全部為1.25m孔徑，樁長7m至83.5m不等；樁基采用C35鋼筋混凝土，環境作用等級為H1，鉆孔樁基礎鋼筋采用HPB300光圓鋼筋。地表覆蓋層成分主要分為：人工棄填土、黏土、紅黏土、角礫土，巖石主要以灰巖和夾白云質灰巖為主。橋址區地表水主要為大尺江支流，地下水主要為第四系孔隙潛水、裂隙水及構造水，橋址區洼地地下水位埋深0到8m。巖溶地質發育強烈，溶洞主要分為空洞和全充填、半充填軟塑狀黏土溶洞，土石交界處形狀復雜、巖面不平整、高低懸殊，無法確定溶洞形態，溶洞連通率高，局部橫向貫通多根樁或者串珠狀垂直豎向分布。

在吳圩雙線特大橋施工樁基時施工極其困難，如何對巖溶進行處置屬于工程施工的關鍵節點以及操作難題中的一個。在進行工程操作的時候，可以按照不同的溶洞深度、不同層級以及多樣化的填充物，來規劃溶洞處置方案，以保障樁基礎施工過程中的質量和施工安全性。

2 鉆機的選型

鉆機選型對樁基施工是否順利具有重要影響，必須綜合考慮地質狀況施工工藝、工期要求來選擇適合的鉆機。對于主要地質為灰巖的地區，由于灰巖強度較高，巖面凹凸不平，巖溶不良地質發育，因此綜合考慮采用沖擊鉆進行樁基施工。沖擊鉆廣泛適應多種復雜地質，適合處理刃腳、斜面開孔、半巖半土、溶洞、石筍、溶槽、以及地層裂隙導致的漏水、漏漿、涌漿等情況[1]。并且施工成本較低，在出現塌孔等事故時，提鉆速度快，不容易發生埋鉆事故，但是沖擊鉆的缺點是進尺慢，對操作的熟練程度要求高，操作經驗直接關系著成孔的質量。旋挖鉆在均質地層中鉆進速度快，速度比沖擊鉆快2～4倍，但在遇到斜巖、半巖半土、溶洞、石筍、溶槽、以及遇到裂隙之后存在漏水、漏漿、涌漿等情況時鉆進困難，發生斜孔、卡鉆、鉆桿斷裂等事故幾率大，故在吳圩雙線特大橋施工中，主要選用沖擊鉆鉆機成孔，局部施工極其困難區域選用旋挖鉆與沖擊鉆配合施工。

3 溶洞處理原則

巖溶地區的地質條件非常復雜，根據橋位處地質情況以及成樁過程中存在困難，溶洞處理必須做好以下幾個方面的工作。

（1）開工前詳細查閱相關地質資料，充分了解各樁孔處巖溶的分布情況。

（2）根據相關地質勘察資料，繪制出每根樁的地質剖面圖或柱狀圖，詳細顯示出溶洞、斜巖以及其他不良地質分布的情況。對地質異常復雜或資料描述不準確的樁位，必須向監理、設計院反映其實際情況，通過補勘等手段，務必弄清溶洞基本情況，如其大小、高程、分布、連通性、走向、填充物等。

（3）從相關地質研究數據以及填充物的實際情況，針對每一根樁制定特定溶洞處置策略，以及對應操作辦法。

（4）在遇到規模較大的溶洞的情形下，需要監理單位人員以及相關工程單位進行檢查核定，制定好處置方法，在得到允許后方可進行施工。

4 溶洞處理措施

吳圩雙線特大橋樁基礎工程主要使用的是沖擊鉆成孔技術。由于吳圩雙線特大橋不良地質主要為巖溶、溶洞（最大溶洞直徑19.9米）、順層、斜巖等，見洞率63.7%，為南崇線地質情況最復雜的特大橋，其地質復雜，斜巖、溶洞情況普遍存在，施工難度極大，總體上能被分成三種基本類別：（1）溶洞規模相對小，鉆孔施工中出現漏漿的情況；（2）溶洞規模相對小，鉆孔施工時位于孔底的巖面發生偏斜，易發生斜孔、彎孔的情況；（3）溶洞規模相對大一些，在進行鉆孔操作時發生漏漿的頻率較高，出現掉鉆、卡鉆，大面積坍塌的情況。基于上述工程實施過程中的三種情況，處置溶洞時需要采用針對性的處理辦法。處理辦法包括拋填片石、充填粘土、拋填C20混凝土、注漿固結、鋼護筒跟進等措施[2]。

4.1 小規模溶洞鉆孔施工中漏漿情況的處理辦法

針對溶洞規模相對小的情況來說，在鉆孔到達洞頂之處時，將沖擊速率降低下來，穿透溶洞，之后對片石實施拋填處理，填至50～100cm的高值位置，通過沖錘對其進行沖擠，將填料向周圍溶洞內擠壓，在洞身逐漸膨脹的情況下，往其中進行加料處理。為了避免發生漏漿，在持續進行補漿操作之外，在孔內加入拋填黏土、水泥，然后用沖擊鉆低沖程沖擊，也可較快堵漏。如吳圩雙線特大橋樁基3#-2、3#-3均通過這種措施得以解決。

4.2 小規模溶洞發生斜孔、彎孔的情況處理

出現溶洞較小，鉆孔過程中孔底巖面傾斜，易發生斜孔、彎孔的狀況，是因為樁位位于溶洞的邊緣地帶。其一邊是洞，另一邊為發生傾斜的巖層結構，斜孔易于在這個時候發生。在吳圩雙線特大橋樁基99#-6最為明顯，99#-6設計樁長18m，2019年3月29日進行開鉆，2019年5月25日成孔，成孔用時57天，平均每天0.32m鉆進。本孔在鉆進過程中發生43次偏孔，回填延米數達151.8m，是樁長的19.08倍，回填片石380.5m3，回填黏土18m3。2019年5月25日灌注該樁，鉆孔到達巖層之際，沖錘落錘的情況下出現了較為顯著的傾角，此外還出現一定的漏水，難以進尺，使得沖擊成孔操作難度增加。處理方法是采取拋填片石、回填粘土至彎斜處，沖擊鉆低沖程反復沖擊，修正孔位后方可正常鉆進。（見圖1、圖2）

圖1 回填片石

圖2 回填黏土

4.3 大規模溶洞出現掉鉆、卡鉆，大面積坍塌的情況處理

進行實地工程建設的時候，因為巖溶不良地質原因的作用，如樁基地質圖中未標識的溶洞、巖層裂隙等復雜地質環境，使得樁基施工中出現反復漏漿、反復充填無法鉆進的情況。吳圩雙線特大橋57號墩3#樁基先采用旋挖鉆施工至溶洞區段后選用沖擊鉆進行后續施工，在溶洞區段內時由于溶洞的存在（疑似溶洞與地下水系連通），現場先采取拋填黏土、片石、袋裝水泥反復沖擊造壁后仍然無法成孔，在第二次現場結束相關評議之后，對袋裝黏土以及片石和水泥實施拋填工序，并且持續對造壁展開沖撞，這種情況下依舊不能成孔，猜測可能因袋裝黏土、水泥在水中時無法造壁，改為塊狀黏土或者球泥，增加片石使用量，順利將57號墩3#鉆進至孔深40m。但由于溶洞內存在的地下水對護壁造成沖擊，導致護壁在孔深約30m處出現滲漏，泥漿被稀釋，泥漿性能不足無法置換鉆渣，導致鉆進極其困難，鉆進一個月進尺不足3m。結束第三次現場討論后，最后確定使用“旋挖分級擴孔，鋼護筒逐級跟進”方式進行施工操作。該工程技術與沖擊鉆施工工序相比較，存在幾個顯著優點：

（1）進行鉆孔灌注樁工程施工的時候，通過旋挖鉆來展開施工，旋挖施工的成孔速度快，精準程度也比較高，使得工程實施的效率有了一定的改善。

（2）針對相對復雜的巖溶地區鉆孔樁工程施工的時候，極易發生漏漿情況，泥漿需求量增大。選用“旋挖分級擴孔，鋼護筒逐級跟進”的方法后見圖3、圖4，無需對溶洞采取其他措施處理，減少片石、黏土、水泥原材料消耗，便于施工場地布置，降低了施工對周邊環境污染。

圖3 孔內嚴重漏漿

圖4 鋼護筒跟進作業

（3）在鋼護筒跟進后，提高了溶洞、裂隙處理效果，保證了樁基施工質量。

5 防止漏漿、塌孔、卡鉆、斜鉆等的技術措施

（1）針對巖面高度差距相對大一些的地段來說，想要實現避免斜鉆現象發生，需使用每孔鉆進標準為0.2～3米，然后運用拋填片石的方案，將孔底完全填平，然后采用小沖程重錘緩慢沖擊的鉆進方案。

（2）就那些接近巖溶頂板以及穿透漏漿裂隙的溶洞位置而言，需要以4:1的比例往里面添加塊石以及硬粘土，然后采取小沖程重錘緩慢沖擊的鉆進方式。每鉆進大概為1米，對復核孔位進行單次測算，在漏漿程度嚴重的地段需要增加塊石還有粘土的使用。

（3）在一些孔位超過3米以及存在多層溶洞的位置，并且鉆進時漏漿現象頻發的時候[3-4]，無法進行成孔的地段，可以使用邊鉆進邊用振錘振入護筒的措施。一直到護筒透過溶洞并且進入巖層里層之后，再一次通過慢速鉆進的方法實現成孔。

（4）在實施鉆進的時候，如果存在卡鉆的情況，用以下方式進行處置：一種是在水下對筒底口進行割護操作以擋住鉆頭部位；另外一種是把鋼護筒向上拔起并凸出到某種高度之上，從而擴大空間，實現拉起鉆頭的操作。

（5）糾正斜孔以及彎孔的方法。一是回填片石、粘土重鉆，重復操作以上過程幾次；二是澆筑水下混凝土至彎曲部分以上高度，等到強度符合要求后方可再次施鉆。

6 質量控制要點

（1）施工前應對場地基底處理。在進行基底處理前，先審核設計圖。在實際施工過程中，應反復檢測鉆孔的垂直度，保證樁基施工質量。

（2）在施工過程中，需做好鉆孔過程中鉆進速度、地質情況的記錄，如果得知設計相關地質數據與實際情況不一致，及時向監理、勘察單位、設計單位以及業主進行報告，在通過設計單位以及勘察單位的認可以及允許后才能開始工程的施工。

在對樁基混凝土進行施工操作的時候，必須嚴格控制混凝土的坍落度，首盤必須實施試拌，滿足標準之后，才允許正式開拌。在混凝土灌注過程中，需要保證混凝土灌注施工中的連貫性，針對混凝土液面的抬升、導管埋置的深度要及時檢測，防止由于導管存在故障以及混凝土供應問題使得樁基發生質量事故[4-5]。

7 結束語

以新建南寧至崇左鐵路NCZQ1標吳圩雙線特大橋巖溶地質樁基工程為例，根據實地條件采取不一樣的處置方式，在實施溶洞工程時采取的處理方法需要與監理單位以及設計單位及時對話溝通，進而獲得批準。因為巖溶作用的復雜性，在對樁基進行工程施工的時候必須依據基礎性施工規范及標準，這些施工規范及標準對進行巖溶地區的樁基施工時有著顯著的指導作用。針對現場實際的運用，可為巖溶地質鉆孔樁施工遇溶洞的處理方法與質量控制提供參考。