碼頭樁基溶洞施工處理技術

◎ 胡敢均 中交二航局第一工程有限公司

碼頭施工過程中，施工人員會遇到很多復雜的地質條件，例如脆弱的地基、水下工作以及可能出現的溶洞等等。其中，在巖溶地區建造碼頭樁基的過程中，巖溶治理的好壞，不僅決定了整個樁基建設的成敗，還影響了整個碼頭建設的質量安全與否。因此，除了要對巖溶地區的現狀給予足夠的重視，還要走進施工現場進行實地考察，確定溶洞的大小與種類，合理選擇施工計劃，保證施工后的效果。

1.工程概況

武穴港田鎮港區紅陽湖作業區祥云綜合碼頭工程在地質勘察階段共14個地質鉆探孔。其中，在引橋K4鉆探孔位置發現一個0.6m高的溶洞，該溶洞為軟塑狀粘性土填充，灰巖鉆孔見洞率7%，后續根據設計要求進行補勘了3個鉆探孔，未發現溶洞。引橋陸上樁基大多為嵌巖灌注樁，嵌巖深度≤3倍樁基并不>3m。需要按設計圖紙要求均需要進行逐樁探溶施工；探溶時在樁底標高以下5m遇溶洞可不采取工程措施，若在樁底標高以下距離溶洞小于5m，應穿過溶洞后再按規范嵌巖深度進行嵌巖。

2.探溶作業

在進行1#引橋105-1號樁探溶施工過程中，當鉆進31m時，出現泥漿流失的現象，取芯率低，巖芯破碎。在巖層鉆進1.8m后泥漿急速流失，并且鉆進速度明顯加快。經取樣查看，鉆進加快區域取出物取芯率低，少量能保持塊狀，主要為砂及土的混合物，徒手輕輕搓揉即變松散，由此可確定該部分為溶洞，經探測，該溶洞深度為7.2m。結合取出樣及泥漿流失情況分析溶洞內有一定的填充物，但填充物未完全填充滿溶洞。穿過溶洞后巖層內探溶深度8.6m時仍未發現存在溶洞情況，取芯率高，巖樣完整。基于此，完成了該樁的探溶作業[1]。

3.施工處理技術

3.1 施工準備

首先，確定工程項目的各項技術參數，例如溶洞的地點、尺寸、范圍和充填狀態等。同時，做好處置計劃的測算與分析工作，制定可行的施工組織設計。在工程項目開始之前，相關人員還必須對樁位進行相應的溶洞灌漿和鉆孔試樁，用所得測試數據優化并改進施工計劃，最終保證建造工作的正常進行。

其次，做好建筑材料和設備的準備工作。例如大量配制普通水泥，在大型巖溶洞穴中遇到嚴重的泥漿滲漏問題時，施工人員能夠及時注入水泥，從而提高護墻強度，。

做好建筑機械裝備工作，例如鉆機、打樁機、裝載機50型、25t起重機、帶鋼套管的震動錘、挖土機等。在施工現場要配備必要的鋼護筒、鉆孔用水、粘土、塊石、片石等，保證當出現溶洞成孔的現象時，這樣一來，不僅能快速完成灌水和灌漿作業，還能用土塊及碎石回填法恢復常規鉆井工作[2]。

最后，做好相關的人事安排。具體可以從以下幾方面實施：①在建筑工地，必須至少配備2個技術員，并且采用24小時輪班制，加強監管和管理，一旦出現緊急情況，應立即報告主管，并催促施工單位盡快解決；②項目部應組織專業人才，加強對巖溶治理技術措施的研究，成立施工巖洞緊急處置專班，在處置巖溶洞口時，由專業人士負責應急處置；③項目部要組織樁基施工人員定期學習有關溶洞處理的相關知識，并對其進行處理技術指導，保證在處理溶洞時，一旦遇到突發情況時，可以根據交底的方法來應對。

3.2 結合現場情況擬采取的措施

結合105排架探溶情況，探溶鉆頭進入巖面時泥漿有流失的情況，可判斷出巖層有一定的裂隙，并且裂隙填充物不能阻止泥漿流失；結合當鉆頭穿透溶洞時泥漿急速流失情況，判斷溶洞為未完全填充或填充物有流動性，且溶洞空間較大；結合溶洞內取芯率底的情況及分析取出物為軟塑狀砂土混合物，可判斷溶洞內填充物松散，搖振反應迅速，容易液化。結合鉆探孔位置溶洞高度達7.2m及8.6m，溶洞高度高，溶洞上下游側寬度至少大于6m，江岸側寬度難以確定，同時還可能存在貫通的溶洞。

綜合上述情況，若采取向孔內拋填片石及粘性土、壓力注漿很難保證樁基的順利施工，究其原因主要有以下幾個方面：

（1）孔內拋填片石及粘性土、壓力注漿適合于處理較小的溶洞，由于105排架溶洞空間大，可能無法有效地進行填充或注漿；若存在貫通溶洞，處理成功幾率更小。

（2）結合在穿透頂板巖層時，泥漿急速流失情況，存在頂板巖層以上覆蓋層因泥漿急速流失孔壁失穩而發生坍塌的風險。

（3）根據地勘報告描述，江側覆蓋層含砂層，塌孔風險更大，一旦塌孔，將發生埋鉆，處理難度大，時間長，費用高，甚至可能出現埋鉆無法處理的風險。

（4）根據以往施工案例，大溶洞采取孔內拋填片石及粘性土、壓力注漿方案還存在鉆孔順利成孔后在澆筑混凝土時無法澆筑成功的風險：即在混凝土澆筑過程中，受混凝土面高差作用，溶洞填充物在頂部混凝土的擠壓作用下超過了孔壁穩定的臨界值，導致溶洞內孔壁失穩發生混凝土大量流失的情況，進而造成樁基無法澆筑成功或形成斷樁的質量問題。

基于此，為確保樁基順利的施工，結合現場實際情況及分析，105排架樁基施工采用鋼護筒全跟進鉆孔，輔以片石、粘土塊封堵的方法為最優方案：

（1）在頂板巖層裂隙處通過回填粘土鉆頭擠壓可避免泥漿流失情況。

（2）在穿透頂板巖層前下放內護筒至巖面，在穿透頂板巖層泥漿急速流失時可以保障孔壁不發生大面積塌孔。

（3）在溶洞內振動錘下沉鋼護筒跟進避免了無法鉆進成孔的風險。

（4）避免了混凝土澆筑中可能發生的孔壁失穩導致無法成樁的風險。

（5）可以避免混凝土嚴重超灌情況。

（6）根據往施工經驗，大溶洞處理中鋼護筒為最優方案。

4.鋼護筒跟進施工方法

4.1 內鋼護筒制作

鋼護筒加工直徑1m，護筒跟進深度按以下方法計：

L=L1+L2+L3

其中：L：鋼護筒長度；L1：溶洞頂面到地面加30cm的高度；L2：溶洞高度；L3：鋼護筒進入溶洞下巖面的深度，取1m。

則105-1的鋼護筒長度為41m，105-2的鋼護筒長度為43.2m。

為防止護筒在震動錘激振下放及發生縮孔情況時發生變形，需采用12mm厚度鋼板卷制。

護筒分節制作，溶洞頂面巖層以上鋼護筒分2節制作。嚴格控制鋼護筒的加工尺寸，橢圓度應滿足設計要求，端部應平整，同時應設置坡口以便焊接[3]。

（1）105-1號樁鋼護筒加工長度：溶洞頂上2節鋼護筒長度均為16.5m，減少起吊重量及護筒接頭焊接數量，其中一節頂部30cm內進行12mm厚鋼板箍加強，保證振動錘激振時不發生變形。溶洞內護筒按8m一節制作，共1節。

（2）105-2號樁鋼護筒加工長度：因該樁號頂板巖層厚度僅為50cm，且在巖層有泥漿流失，鋼護筒長度控制在頂板巖層上。故溶洞頂上2節鋼護筒長度均為16.6m，以減少起吊重量及護筒接頭焊接數量，其中一節頂部30cm內進行12mm厚鋼板箍加強，保證振動錘激振時不發生變形。溶洞內護筒按10m一節制作，共1節。

4.2 鉆進成孔

（1）鉆頭規格。為確保鋼護筒的順利跟進，105-1號樁采用φ1.2m沖擊鉆頭直至進入頂板巖層1m以內。105-2號樁采用φ1.2m沖擊鉆頭直至進入頂板巖層1m以上，其余巖層、溶洞及溶洞下巖面采用φ1m沖擊鉆頭施工[4]。

（2）埋設外護筒。外護筒采用直徑1.4m，厚度5mm，高度2m的護筒。

（3）鉆進成孔。

1）105-1號樁：采用1.2m錘按照正常泥漿護壁、沖擊鉆進至溶洞頂板巖層約1 m 處，即-1 5.75m 左右。然后起錘，下放鋼護筒，再換用1 m 的錘進行沖擊鉆進，減小沖擊鉆沖程，控制在0.8～1.5m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，不得高沖程鉆進，以此防止出現卡錘危險。

2）105-1號樁：采用1.2m錘按照正常泥漿護壁、沖擊鉆進至溶洞頂板巖層以上約1m處，即-15.9m左右。然后起錘，下放鋼護筒，再換用1m的錘進行沖擊鉆進，減小沖擊鉆沖程，控制在0.8～1.5m，通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，不得高沖程鉆進，防止出現卡錘的危險。同時1m鋼護筒跟進。

圖1 下節護筒固定方法

圖2 上下節鋼護筒對接導向方法

4.3 下放內鋼護筒

（1）溶洞上部頂板巖面及以上覆蓋層的鋼護筒下放采用25T汽車吊配合下放，首節下放至高出地面0.5m左右時，在護筒頂兩側對稱焊接鋼牛腿用以固定鋼護筒，避免在上下節護筒焊接時發生掉落的情況，鋼牛腿擱置在工20型鋼上，型鋼擱置在經硬化處理地基的枕木上。

當下節鋼護筒固定后，在護筒頂外側焊4個導向鋼板，導向鋼板高度20cm。用吊車起吊上節鋼護筒，下端套入導向鋼板內，采用水平尺嚴格控制好各節護筒連接的垂直度，不得超過施工規范要求的1/100，力求上下節鋼護筒在同一軸線上。

上下節鋼護筒焊接采用雙面開坡機進行焊接。

在上下節鋼護筒焊接好后割除鋼牛腿、鋼導向板，使用25T汽車吊起吊下放，待汽車吊鋼絲繩穩定后慢慢下放，確保鋼護筒進入頂板巖層[5]。

（2）在1m錘擊穿巖層后，焊接8m或10m長鋼護筒，采用25T汽車吊輔助DZP45振動錘，將鋼護筒打入溶洞內直至巖面，方可進行鉆進成孔。在下沉鋼護筒的施工過程中，振動錘必須保持平穩，牢固的固定在內鋼護筒頂部，并居中護筒頂面的平面位置，避免因偏心造成護筒產生偏斜。

（3）基于考慮溶洞下巖面為不平整，鋼護筒與巖面未貼合緊密，為避免在混凝土澆筑過程中在鋼護筒下部發生混凝土滲漏的情況，要求鋼護筒進入溶洞下巖面一定的深度。采取回填一定的粘土及片石進行沖擊鉆進，在沖擊鉆鉆進巖面一定的深度后采用振動錘將鋼護筒打至巖內1m左右[6]。

4.4 施工安全

（1）為防止因溶洞滲漏而引起的地表沉降，灌漿作業中需增設硬式鉆井平臺協助的方案，采用I56a型工字鋼，配合水平臥式井字法，平臺比樁基礎要寬2-4m。

（2）在處理溶洞時，要與現實相聯系，做好灌漿，拋石，埋管等有關工作，精確地記錄建筑參數，對溶洞的容積和深度的精確測量，用可靠的資料提高建筑效率，保證建筑安全[7]。

5.結語

綜上所述，在進行巖溶地區碼頭樁基的施工時，不僅要做好相關地質調查工作，確定溶洞的確切地點和大小，還要采取適當的溶洞處理技術，確保樁基整體的穩定可靠，最終為巖溶地區樁基溶洞碼頭施工的質量奠定堅實基礎。