產業園區周邊巖溶地質條件下的橋梁鉆孔灌注樁施工技術

王桂亞

中鐵十六局集團路橋工程有限公司 北京 101500

1 工程概況

某路橋建設工程項目起止樁號為K0+941.912、K0+996.523，橋梁的總長度設計為53.231m。上部結構使用預應力混凝土空心板支撐結構，空心板的跨徑設計3×16m。橋梁的梁高0.72m、寬37m。上部結構由12 片中梁、2 片邊梁組成，梁體之間距離控制在1.33m。下部結構中，采用的是柱式橋臺，橋梁基礎設計成單樁基礎；橋墩為樁柱式+ 蓋梁。

2 橋梁施工方案

橋梁使用LAZ 形式的橡膠制作，支座下方放置墊石，墊石必須水平放置并與支座底部緊密相貼；在梁體底部提前預埋鋼板，需對鋼板采取除銹措施；正式施工時，確保鋼板與支座以水平方式接觸。0# 軸、3# 軸部位的橋臺應額外設置伸縮縫。橋梁上部結構為空心板。

鉆孔灌注樁施工之前，需要結合施工現場的具體情況確定鉆孔的順序。鉆孔順序應該是以詳細的掌握地質條件、樁位部位的溶洞發育狀況，其主要是涉及溶洞的具體位置、規模、填充情況。鉆孔順序應該滿足以下基本原則：結合熔巖裂隙發育的方向、大小等影響因素確定鉆孔順序。通常情況下，鉆孔順序應該是先深后淺、先多后少、先大后小。為施工人員在封閉溶洞時提供便利，堵塞通道。

巖溶區域的鉆孔樁往往都是使用沖擊鉆進行鉆孔。正是鉆孔的過程中，需要結合巖溶發育情況、填充情況合理的選擇輔助措施，例如護筒跟進、片石沖擊護臂、預壓注漿等等，在必要的情況下，可以同時使用三種方法。

每根樁鉆進作業之前，項目經理需要對施工班組作安全交底、技術交底，保證施工人員清晰的掌握地質柱狀圖的具體情況，以保證施工任務順利完成。

3 溶洞處理技術

3.1 壓注雙液漿法

（1）目的：溶洞內注雙液漿預處理能夠對溶洞填充物起到加固效果，并充實內部，最終使強度超過20MPa，避免鉆孔樁施工過程中出現泥漿流失、流砂以及坍孔現象，確保成孔、水下混凝上灌注等流程順利、有序進行。

（2）加固原理：注雙液漿加固能夠讓注漿材料在十幾秒到幾十秒內凝固，從而不會發生漿液流失情況，材料利用率較高，經濟性較好。漿材的結石率為100%，也就是說1m3漿材能夠得到1m3的結石體。處理溶洞中的砂子與礫石時，可利用漿液的滲透作用將其板結起來；處理稀泥時，則利用漿液的擠密作用來起到加固效果。在處理半填充和無填充的溶洞時，使用水泥和化學制劑來完成相關的操作。

3.2 灌砂、壓漿法

灌砂壓漿可用于溶洞預處理，通常使用在6～10m 無填充溶洞中。利用灌砂方法填充內部，經過壓漿使洞內砂礫凝結成為堅實的混合體，確保鉆孔時不會發生漏漿、塌孔情況。灌砂壓漿孔的作業方法與注雙液漿鉆孔一樣。

3.3 填充黏土和片石法

黏土和片石填充一般用在6m 以下全填充、半填充和無填充的溶洞處理中，具有快速、簡單優點，經濟性較好。

鉆到溶洞層時，通常護筒內的泥漿會發生全部或部分流失現象，甚至發生塌孔，利用片石加黏土（按1∶1 體積比）回填，如果溶洞較大則摻加適量水泥，回填一層、再利用鉆頭沖擊，讓片石和黏土最大程度密實，直到回填至溶洞頂部1～2m。回填后，于孔內灌注稠度較大的泥漿并自然浸入片石縫隙內，接著利用鉆頭沖擊，讓片石和黏土擠入溶洞內，形成泥石護壁。如果泥石護壁發生漏漿現象需再次回填和沖擊，直到不發生漏漿。

3.4 鉆孔樁法

3.4.1 泥漿制備

在正式開展鉆孔樁作業時，施工人員及時清理沉淀池中的廢渣，確保作業過程中泥漿不會溢出沉淀池，清理的廢渣使用自卸汽車運輸到預先規定的部位。廢料清理以保護環境，不造成污染為基本原則。要想達到此要求，施工人員可以借助分離器分離出樁孔內泥漿，在注漿的過程中結合樁孔內泥漿配合比的波動合理控制膨潤土的摻加量，以保證泥漿可以再次循環使用。

鉆桿鉆進的過程中，保證泥漿以正向循環的方式進行鉆孔，鉆桿鉆到樁底則可以開始進行反循環鉆進。鉆桿鉆進至巖層時改用沖擊反循環方式，適當加快鉆進速度。

3.4.2 鉆孔前預注漿

對于溶洞數量比較多，規模比較大的區域而言，可以先采取注漿作業，借助水泥漿的流動性填充溶洞的縫隙。注漿作業需兼顧以下內容：

（1）選擇合適的施工設備，單樁可以補鉆1～4 個孔作為注漿孔，同時保證地質材料的完整性。

（2）合理的確定注漿設備，通常情況下，注漿壓力保持在0.2～0.7MPa 之間即可。

（3）漿液選擇水泥漿，漿液的配比通過試驗確定。

（4）注漿孔的位置局限于樁側附近，鉆進的過程中若發現地質出現異常現象，則需要適當增加注漿孔。

（5）壓降應該按照先深后淺的基本原則，合理確定鉆孔的順序。

（6）注漿作業一般都是由上向下進行作業，將鉆探孔作封閉處理，漿液終凝后進行鉆孔作業，若發現漏漿現象，則需要重復步驟一，直至鉆進至設計標高即可。

3.4.3 埋設護筒

在進行鉆孔作業之前，施工人員設置孔口部位的護筒，護筒必須保證具有堅固性與嚴密性。護筒內徑不得小于鉆頭直徑。護筒的頂部超出地下水位至少2m，孔內的泥漿頂面則超過地表至少0.5m。

3.4.4 鉆機就位及鉆孔

當鉆架準備就緒后調試起吊系統，慢慢地吊起鉆頭，然后放進護筒中。鉆孔的初期階段選擇使用小沖程的方式進行作業，當鉆桿鉆至一定深度則開始正常鉆進。鉆進時，施工人員頻繁松動繩子，但是必須合理控制每次松動繩子的長度；頻繁清除孔內的廢渣，讓鉆頭一直錘擊新鮮地層。施工人員結合地質條件、鉆頭的重量等影響因素確定每次的松繩量。

鉆進的過程中，施工單位在施工現場準備備用鉆頭，每鉆進一定深度以后檢查鉆頭的磨損情況，當鉆頭的磨損超出12mm 以后則立即更換。為了確保沖擊鉆進過程中不會對相鄰樁孔或已經澆筑混凝土的樁孔造成負面影響，在混凝土強度2.5MPa 再進行開鉆作業。

3.4.5 鉆孔處理

（1）在安裝鉆機之前，先將底架作墊平處理，確保鉆機作業過程中不會發生位移或傾斜現象。鉆進過程中，鉆頭、鉆桿的中心點跟護筒中心點之間的偏差應小于5cm。

（2）不管選擇使用哪種鉆孔方法都必須保證樁位位置的精準性，確保初成孔豎直、圓順。

（3）在實際鉆孔的過程中，樁孔的水位明顯超出護筒底部0.5m，應結合樁孔內泥漿的實際情況合理摻加添加劑，讓孔內泥漿配合比達到實際作業需求。

（4）在鉆進時必須保證鉆頭勻速鉆進，嚴禁出現驟然提速現象[1]。

（5）鉆孔作業應保證連續性，不得不停止鉆進作業時，則先將帶鉆桿的鉆頭提升至孔底至少5cm，然后將其他鉆頭逐一提出孔外以及在孔口部位作覆蓋處理。實際鉆進的過程中應該不斷檢查地下結構的變化，然后有針對性地控制鉆進速度。

3.4.6 第一次清孔

成孔以后，施工工人在監理人員監督下檢查成孔情況，成孔直徑、垂直度、樁孔深度均合格開始清孔。清孔是為了確保孔底廢渣量、泥漿密度檢查滿足規范要求[2]。澆筑混凝土之前應確定孔底的沉渣量滿足規范。在清渣過程中應該不斷往孔內添加清水，使孔內的水位不會發生較大的波動。

3.4.7 鋼筋籠骨架處理技術

鋼筋籠制作直接在加工場完成，實際制作時采取分節方式進行加工。鋼筋籠單節的長度結合運輸方式、起吊設備的性能確定。主筋使用焊接方式進行加固，鋼筋籠斷面接頭不能超出50%，相鄰兩個接頭距離要超過1.5m。

為保證鋼筋籠吊裝過程中不會出現形變，在鋼筋籠的端部以及內環作加勁處理，當鋼筋被吊裝至孔口部位以后，將鋼筋支撐切割掉。在鋼筋籠的內側裝置超聲波檢測管對成樁的質量進行檢測，檢測管的接頭必須保證筆直，連接點應具有牢固性。當檢測管裝置完成以后，在檢測管內部注入清水，并在兩個端部使用鋼板作密封處理，確保泥漿、廢渣不會進入到檢測管中。鋼筋原材料的質量、鋼筋加工、鋼筋籠接頭必須滿足設計以及現行規范要求，保證鋼筋籠的主筋、加強筋焊接的牢固性。

當鋼筋籠加工完成，通過平板車運輸到指定部位，利用吊車進行吊裝作業。吊裝時，保證鋼筋籠不會產生形變且鋼筋籠的位置偏差不超出10cm。為確保吊裝完成后，澆筑混凝土時不會發生上浮問題，在鋼筋籠頂部焊接吊環固定桿，于混凝土澆筑頂面離鋼筋籠底部只有1m 時，則應該合理減小澆筑速度。

3.4.8 導管選擇與制作

導管選擇使用φ30mm 鋼導管，確保導管內測表面光滑。導管運輸至施工現場以后先對導管的性能進行檢測，檢測的具體內容包括水密性、承壓能力以及抗拉能力。在拼裝過程中要求導管后軸線偏差在10cm 內。

導管始終保持在樁孔的正中心，澆筑混凝土前先開展升降實驗。澆筑混凝土過程中使用的支架應使用型鋼進行制作，以保證支撐過程中的穩定性，支架上設置混凝土澆筑使用的漏斗。導管安裝完成以后，其底部到孔底之間的距離控制在250～400mm 比較合適。

3.4.9 注意事項

（1）首次灌注的混凝土方量盡量偏大。

（2）混凝土灌注過程中，導管埋設的深度應該比正常情況下更深，因混凝土灌注至一定的高度以后，混凝土可能會因其余填充物之間的受壓作用力存在差異而導致混凝土面下降，進而導致斷樁事故。

4 樁基檢測

4.1 基樁質量評價

樁基礎的施工質量評價涉及以下內容：樁身的完整性、混凝土的強度。巖溶地區旋挖樁施工期間，出現塌孔、沉渣厚度過大的可能性非常高，這種現象會在很大程度上影響樁基礎的施工質量。結合該項目而言，施工單位采用鉆孔法檢測樁基礎的完整性和樁底的沉渣厚度。

4.2 樁身完整性檢測

樁基礎施工完成后，施工單位為保證施工質量，使用鉆芯法對樁基進行測試，其主要目的是檢查樁身完整性與混凝土的強度是否滿足設計要求。

4.3 檢測數量及鉆孔位置

（1）樁基礎的等級設計為甲級或地基條件非常復雜，樁基礎的可靠性不理想的灌注樁項目內，檢測的數量不得低于總樁數量的30%，且不得低于20 根；其他工程項目，檢測的數量不低于總樁數量的20%，不低于10 根。

（2）單柱下的承臺檢測數量不得低于1 根。

（3）甲級大直徑灌注樁，其檢測數量不得低于總樁數量的10%，且必須使用聲波透射法或鉆芯法進行檢測。

（4）對于樁徑未超過1.2m 的樁體，其鉆孔的數量控制在1～2 個；對于樁徑保持在1.2～1.6m 之間的樁體，其鉆孔的數量控制在2 個，對于樁徑超過1.6m 的樁體，其鉆孔的數量為3 個。

（5）若鉆孔的數量為1 個，開孔的位置選擇在距離樁中心10～15cm 部位比較合適；若鉆孔的數量為2 個及以上時，開孔的位置選擇在距離樁中心0.15～0.25D（D 為受檢樁直徑）部位比較合適。

（6）假若對持力層進行鉆探，單樁至少1 個鉆孔。

4.4 鉆芯情況

使用GY- 150 液壓型鉆機進行鉆芯檢測，這種鉆芯設備的振動比較小，扭矩比較大，可以使用液壓進行控制，取芯工具的性能比較高。

4.5 鉆芯報告結論

該項目總計需要對56 根樁進行檢測，檢測結果為：

（1）樁身的完整性類型屬于Ⅰ類樁，其中，3 根樁的樁身完整性類別屬于III 類樁。

（2）每根樁的端部與持力層接觸狀況比較理想，樁底沉渣厚度符合設計要求。

（3）每根樁的混凝土抗壓強度均超過30MPa，說明樁身的強度等級符合設計要求。

（4）每根樁的持力層均是完整灰巖，說明基礎具備良好的承載能力。

綜上所述，此次研究的56 根樁均檢測合格。