巖溶地區樁基施工技術及異常情況的處理

黃 杰

（重慶巨能建設集團路橋工程有限公司，重慶）

前言

巖溶地貌在我國很多地區都有分布，而不少工程項目尤其是公路、橋梁項目都會建設在巖溶地區。考慮巖溶地質本身的復雜性，工程結構設計和施工難度較大，而且經常會遇到一些異常情況，如溶洞、卡鉆、斷樁以及地面塌陷等，影響工程的施工和施工安全。對此，施工單位需要做好地質勘察，確定好最佳的施工技術方案，加強對于異常情況的防范和處理，以此來保障工程基礎結構的穩定和安全。

1 工程概況

汾水河大橋組合梁上跨汾水河，平面處于R1240m+直線+R2500 曲線上，為了能夠更好地適應山區公路橋梁“化整為零、集零為整”的建設條件，在組合梁方面采用了“窄幅鋼箱+組合橋面板”結構。橋梁設計行車速度為80 km/h，設計使用年限為主體結構100 年，支座、伸縮裝置等不低于15 年。橋梁采用的雙向四車道設計，跨徑組合為60 m+90 m+60 m，基礎采用了墩柱基礎。橋梁主要技術指標見表1。

表1 橋梁主要技術指標

2 施工技術

2.1 施工準備

前期準備工作對于工程的施工非常關鍵，結合該工程的具體情況分析，在特殊的地質環境中，最為重要同時難度最大的項目是樁基施工。在本項目中，工程施工地質類型主要有淺層溶洞以及軟土，淺層溶洞分布在基巖面下2～8 m 的深度范圍內，多數溶洞內部存在有填充物，呈軟塑狀或者流塑狀。工程樁基分布于河岸兩側，屬于灰巖、白云巖、角礫巖和第四系黏土層，含有大量的不良地質，而且對于地下溶洞的變化及其敏感，不良地質的分布和發展不同，溶洞也會隨之改變，從小型的裂隙到空腔溶洞，甚至出現管狀、串聯、大型溶腔和地下暗河等[1]。以水泥為例，選擇不低于42.5 級的硅酸鹽水泥，比表面積不超過360 m2/kg，堿含量不超過0.6%，氯離子含量不超過0.03%。混凝土最小水泥用量為350 kg/m3，膠凝材料總量不超過500 kg/m3。

2.2 護筒埋設

工程中采用的是鉆孔樁的形式，樁位護筒長度控制在2.0 m 即可，保護樁基施工過程中孔口土層的穩定性。對于存在的塌孔，需要在開孔前做好回填工作，該區域護筒的長度需要適當加長至3.0-6.0 m。在進行護筒埋設作業時，使用十字定位線確定位置見圖1。使用黏土對外緣進行填充并壓實，若護筒埋設區域的地質條件差，在進行開孔時，可以適當加入一些碎石、泥塊等，做好沖擊加固[2]。

圖1 護筒埋設定位示意圖

2.3 樁基成孔

巖溶地區橋梁樁基施工采用的是沖擊鉆機鉆孔配合混凝土灌注成樁的方式，具體來講又可以分為傳統沖擊鉆和泵吸式反循環沖擊鉆鉆進，鉆進方法不同，需要關注的側重點也會有所不同，開孔選擇的是30 cm 的小沖程沖擊鉆孔模式，采用間斷沖擊的方式，鉆進速度控制在（60～80）cm/h。巖溶地區的地質狀況復雜，在對汾水河大橋樁基進行施工時，需要對每一根樁所處位置的地質條件進行檢查，每鉆進2 m，對土樣和碴樣進行取樣檢測，保障鉆進施工的安全性。鉆機就位前，需要設置4 根或者6 根14 m 長的型鋼作為支墊，避免沖擊鉆孔過程中出現鉆機傾斜的問題[3]。樁基成孔見圖2。

圖2 樁基成孔

鉆機在巖溶區域鉆進時，應該將泥漿濃度控制在1.15～1.20 之間，做好泥漿的合理配置，考慮巖溶區域的巖溶水偏弱酸性，可以依照具體的檢驗結果，依照一定比例，在鉆孔內加入木屑、燒堿等材料，以此來對泥漿護壁的效果進行強化。進入到溶洞中后，通過鉆孔向溶洞中填入塊石或者片石，填充高度應該超過溶洞深度0.5 m～1.5 m，以小沖程沖錘進行沖擊，確保其能夠進入到裂隙溶洞內。如果溶洞容積較大，無法使用片石進行填堵，則可以使用C15 素混凝土進行灌注和填塞，當混凝土達到設計強度后，再進行沖擊鉆孔。整個鉆孔過程中，必須做好孔內泥漿面變化情況的跟蹤管理，如果發現有漏漿問題，需要及時進行補漿[4]。

2.4 溶洞穿越

面對不同的溶洞，在鉆孔穿越時需要采用不同的技術和方法：

（1） 溶洞較小，不存在流動水，內部充滿填充物，可以依照常規方法進行鉆進施工，適當加大泥漿比重1.3～1.4。若填充物為摻雜有砂石的淤泥，可以分層投放片石及粘土，適當加大泥漿比重，配合小沖程沖擊的方式，對孔壁進行穩固，避免出現坍塌的情況。

（2） 溶洞較小，有流動水存在，沒有填充物或者只有少量填充物，可以使用片石、碎石以及袋裝水泥進行分層填筑，又或者先利用片石和碎石將溶洞填滿，再進行注漿操作，等到漿液凝固后，進行沖擊鉆孔[5]。

（3） 溶洞較大，沒有流動水，填充物較多，可以分層投放片石和粘土，適當加大泥漿比重，配合小沖程沖擊將填充物擠密，然后進行鉆孔作業。

（4） 溶洞較大，沒有流動水和填充物，如果想要將其填滿，需要投入大量的材料，成本較高，可以下入鋼套管進行溶洞穿越。要求鋼套管外徑較鋼護筒內徑小5 cm，頂部高出溶洞頂板1.0 m，形成緊貼泥漿護壁的喇叭口，避免出現樁身混凝土在應力作用下斷裂的情況。

2.5 樁基成樁

樁基成孔之后混凝土灌注過程中，為防止樁身混凝土和溶洞內泥漿發生置換現象采取以下措施進行控制：

（1） 詳細做好鉆樁記錄，增加記錄漏漿體積、漏漿位置、漏漿速度等數據；

（2） 調整水下混凝土配合比，骨料采用一級配（小于2 cm），避免鋼筋籠卡住石子，水泥漿流入溶洞泥漿流入樁內，該部位出現離析的情況；

（3） 混凝土澆筑至溶洞漏漿位置，減慢混凝土灌注速度。必要時利用混凝土初凝性能進行灌筑（每車留混凝土觀察其凝固時間），注意竄動導管防止堵塞（停放期間導管每10～20 min 上下竄動），一般根據天氣控制在1 h～2 h 灌注10 m3。

3 異常情況處理

3.1 漏漿

巖溶區域樁基鉆孔施工中，鉆機穿越砂礫層和溶洞時，容易出現漏漿問題，導致鉆孔內泥漿面的高度突然下降，甚至可能全部流失。因此，在鉆孔施工過程中，應該安排專人對泥漿面的變化情況進行跟蹤觀察，準備部分泥漿備用，宜為孔內泥漿的2 倍，以確保在必要時能夠做好補漿工作。鉆機穿過溶洞頂板時，泥漿會在極短的時間內全部流失，需要使用裝載機將提前準備好的粘土、片石等投入，做好堵漏工作的同時，對水和泥漿進行補充，直到泥漿停止流失，見圖3[6]。

圖3 漏漿問題處理

3.2 卡鉆

卡鉆問題一般發生在鉆頭鉆破溶洞頂板后，鉆頭可能會掉入到溶洞中，頂部卡在洞口位置。可以使用撬棍撬動鋼絲繩，搖晃鉆頭，當鉆頭恢復轉動后，緩慢嘗試提升。也可以使用鋼板卷制成帶有喇叭口的套筒，將吊鉆鋼絲繩套住，沿鋼絲繩將其下放到鉆頭頂部，將鉆頭起出。如果是孔壁掉落石塊引發的卡鉆問題，可以通過晃動鉆頭的方法來嘗試晃掉石塊，又或者使用鉤子來對石塊的位子進行確定，將石塊松動后提出鉆頭。若石塊較大，無法松動，則可以借助水下松動爆破的方法進行處理。

3.3 斜孔

斜孔或者彎孔形成的原因有很多，如巖層傾角偏大，軟硬不均勻，風化程度不一致等。鉆頭在沖擊鉆進過程中，會逐漸朝著相對較軟或者破碎程度較高的一側傾斜，引發斜孔彎孔的問題，見圖4。依照橋梁所處區域的地質剖面圖，在鉆孔底部，接近傾角較大的巖面時，應該在巖面較低的一側投放粘土以及片石，配合小沖程反復沖擊的方式，將巖面墊平，以此來規避斜孔問題。對于已經發生的斜孔或者彎孔現象，可以投入一些強度超過基巖的片石，填筑高度超過斜孔位置至少1 m，使用鉆頭沖擊的方式將其壓密。如果彎斜區域較長，片石的投放應該分段分次進行，每一次投放的長度為2～3 m。如果在片石投放并且反復沖擊后，依然無法達到理想效果，則可以使用C35 以上的混凝土進行灌注，放置3～4 d 后重新進行鉆孔。糾偏工作需要在發現后立即進行，以盡可能縮短糾偏時間，減少材料消耗。糾偏前需要對鉆頭進行修理，在其四周通過通過焊接的方式，固定10 mm 厚度的梯形齒塊，將井壁巖石刮除，以此來為糾偏工作提供便利。

圖4 斜孔示意圖

3.4 斷樁

如果溶洞之間出現了相互聯通的情況，則無法對混凝土的具體灌注量進行準確測算，容易引發混凝土大量流失的問題，從而導致斷樁問題；如果導管接頭位置密封不嚴，同樣可能引發斷樁，見圖5。斷樁可以說是樁基施工中影響最大同時處理難度最高的異常情況，一般都是以預防為主，在混凝土灌注前，于漏斗中備足混凝土，對施工過程進行嚴格把控和全面記錄，混凝土的澆筑必須保持連續性。在穿越溶洞時，需要基于之前的條件，對混凝土澆筑的速度和導管埋設深度進行控制。

圖5 斷樁

3.5 塌陷

工程施工中，曾經出現了地面塌陷的問題，塌陷區域是以樁孔為直徑約20 m 的圓形，最大深度為3 m。對塌陷的原因進行分析，主要是樁位下存在有較大的溶洞。在進行巖溶勘察時，采用的是一樁一孔超前鉆的方式，受各方面因素的影響，可能出現未能準確探測溶洞的情況。結合后續的強化勘探結果，考慮塌陷樁位置巖溶發育，而其兩側樁位沒有溶洞發育，需要對溶洞進行必要的處理。對照工程的實際情況，樁位下方有3 個溶洞分布，如果以第二個溶洞底部作為樁端持力層，則樁端嵌入巖層的深度為1 m，下部完整基巖厚度為4.4 m，并不能很好地滿足工程設計施工方案的要求。如果樁端穿越所有溶洞后進入持力層，則其下部完整基巖厚度可以達到6.8 m，能夠滿足施工要求。

4 結論

總而言之，在巖溶地區進行樁基施工的過程中，因為地址條件復雜以及溶洞的存在，施工難度較大，需要作業人員做好全面深入的勘察工作，依照勘察結果制定出科學有效的施工方案，切實保障工程技術的可行性和可靠性。另外，應該對施工過程進行全面監控，督促施工人員嚴格依照操作規范的要求進行管理，完善應急處理措施，以此來保障工程項目施工的效果。