特殊地質條件下沖擊鉆成孔施工處理對策及措施

摘要 山區高速公路橋梁樁基礎施工中常見的特殊地質條件主要包括巖溶、塑性土、石膏、斷裂斷層、地質構造及分層復雜等，特殊地質會對橋梁樁基礎施工安全、質量、進度產生較大影響。為解決特殊地質條件下沖擊鉆成孔施工困難，該文在總結項目實際處理方案的基礎上，重點分析了橋梁樁基礎沖擊鉆成孔中偏孔、縮孔、漏漿、溶腔溶洞等特殊地質災害的施工處治對策及措施，有效解決了橋梁樁基礎沖擊鉆成孔施工中特殊地質處治問題，工程中取得了良好的實施效果。

關鍵詞 山區高速；特殊地質；樁基礎；沖擊鉆成孔；處治措施

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0124-03

0 引言

隨著交通事業的快速發展，山區高速公路橋梁工程的建設日益增多，在復雜地質條件下橋梁工程樁基礎采用沖擊鉆成孔在目前實際工程中的應用較為廣泛，技術也是相對較成熟的。然而，在橋梁樁基礎沖擊鉆成孔施工過程中，特殊地質條件往往成為制約工程進度、影響工程安全與質量的關鍵因素。橋址區溶腔、塑性土、縫隙、孤塊石、斷裂斷層、地質構造及分層復雜等特殊地質問題，給沖擊鉆成孔施工帶來了極大的挑戰。因此，研究和掌握特殊地質條件下沖擊鉆成孔處治施工技術，對于確保橋梁工程的順利進行和安全性具有重大的實際意義。該文旨在通過對特殊地質條件下沖擊鉆成孔施工處理對策及措施，為類似工程項目提供技術參考和借鑒。

1 項目概況

田坪子大橋左線全長552.53 m，右線全長507.5 m，橋梁上部結構引橋布置為40 m、30 m預應力簡支T梁，引橋下部結構采用柱式墩、承臺、樁基礎；主橋布置為69 m+130 m+69 m連續剛構，主橋下部結構采用雙肢薄壁墩、箱型墩、柱式墩、承臺接群樁基礎。

樁基共計80根，樁徑1.8～2.4 m，樁長14～54 m。橋址區屬構造剝蝕中山斜坡堆積地貌及侵蝕堆積地貌、中山峽谷地貌。位于金沙江左岸斜坡的中下部為一單向斜坡，橫向地形起伏較大，內側為高陡山體，坡腳部位地形相對較緩，主要為階坎狀地形，場地外側鄰溪洛渡水庫。橋位區所跨斜坡覆蓋層以礫粉質黏土、泥石流堆積、角礫、中部碎石角礫、沙礫、孤塊石為主；下部為泥質粉砂巖、白云巖等，并受庫區坍岸、巖溶、斷裂斷層、地質構造及分層影響。

2 特殊地質條件分析

2.1 特殊地質條件的類型

類型主要包括以下幾種：

（1）侵蝕堆積地層：這類地質條件表現為礫粉質黏土、泥石流堆積、角礫，甚至呈斷層泥，巖體強度低，較軟弱，穩定性差。

（2）斷層斷裂：斷層破碎帶是常見的不良地質段，其施工難度取決于斷層的性質、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動性以及樁基礎軸線和斷層構造線方向的組合關系等因素。

（3）塑性土或石膏：其中石膏多呈透鏡體、似層狀產出，多為雪花石膏，質軟。由于石膏具有膨脹性及腐蝕性，對樁基成孔挑戰極大。

（4）巖溶地質：可溶巖主要為分布在奧陶系、寒武系等地層中的灰巖、白云質灰巖等，巖溶地質是由于地下水對可溶性巖石進行溶蝕作用而形成的一種特殊地質現象，易產生溶洞、溶溝等巖溶現象，施工難度極大。

（5）地質構造及分層：地質構造及分層在地層中非常常見，多出現孤塊石、軟硬巖相間、滑層、縫隙等，對樁基成孔影響較大。

2.2 特殊地質條件下沖擊鉆成孔的特征

特征主要體現在以下幾個方面：

（1）施工難度大：特殊地質條件下，由于巖體強度、斷裂斷層，溶洞、地質構造及分層復雜等原因，易導致發生塌孔、偏孔、縮孔、卡錘、漏漿、掉錘等，施工難度極大，需要采取對應有效的施工方法和措施。

（2）施工風險高：特殊地質條件下，沖擊鉆成孔施工易發生錘體急速下落、垮塌下沉、設備傾覆等事故，對施工安全、進度構成嚴重影響。

（3）地質條件復雜多變：特殊地質條件的地質特征復雜多變，現有勘測手段一般無法做到精確覆蓋樁位，施工過程中需要不斷觀察、勘測和調整施工方案，以適應地質條件的變化。

（4）需要特殊處理措施：針對特殊地質條件，需要采取特殊的處理措施，如調整鉆進參數、施工工藝、回填混凝土或片石、特殊再造泥漿、鋼護筒等，以確保沖擊鉆成孔施工的安全、質量及進度。

3 特殊地質條件下沖擊鉆成孔施工處理對策及措施

3.1 項目特殊地質條件的認識

3.1.1 右線8號墩樁基8a-1、8a-2、8b-2，左線8號墩樁基8a-2

受庫區坍岸、巖溶縫隙、斷裂斷層影響，右線8號墩樁基8a-1、8a-2、8b-2，左線8號墩樁基8a-2等部分樁基礎在沖擊鉆成孔施工過程中，輕微漏漿次數較多，也有多次嚴重且快速漏漿情況，分別漏漿至孔深18～26 m

間，沖孔無法正常進尺，過程中肉眼觀察漏漿速度較快，并伴隨孔壁小規模垮塌，周邊地表調查未發現漏漿排出點。

3.1.2 左、右線7號墩及8號墩

受泥石流堆積碎礫石覆蓋層、地下水裂隙、軟硬巖、孤塊石、庫區塌岸、地質構造分層影響，左、右線7號墩、8號墩部分樁基礎在沖擊鉆成孔施工過程中，多次反復發生塌孔、偏孔、縮孔等，造成沖擊鉆失穩、卡錘、埋錘等情況，經現場勘測總結，影響位置主要為孔深3～16 m、27～33 m間，過程中肉眼未發現異常，沖擊鉆鉆進過程中無較大異常。

3.1.3 左線9號墩樁基9a-1、9c-3

受小型巖溶及地下水沖蝕影響，沖擊鉆鉆進施工中，經現場觀察，左線9號墩9a-1、9c-3出現急速落錘、漏漿、擺錘、進尺突進等突發情況，發生沖擊鉆移位、錘頭掉錘、鋼絲繩崩斷，鉆機設備存在傾覆風險，在初次回填處理后依然無法正常鉆進。

3.2 項目特殊地質條件沖擊鉆成孔處理對策及措施

3.2.1 漏漿

基于現場實際施工情況、原因分析和探測的結果，根據現場漏漿嚴重程度，制定針對性地處理對策和措施。主要包括以下內容：

（1）輕微漏漿

輕微漏漿發生后，立即翻查現場沖擊鉆鉆進記錄，并實際量測孔深，綜合分析后，初步判斷漏漿縫隙的大概深度范圍，選擇質量好的黏土，提高泥漿濃度質量或添加水泥外加劑制漿液，恢復鉆進，增強護壁及封堵可能存在的小型裂隙，根據處理效果，查看后續是否繼續漏漿，一般來說，通過此方法可基本解決輕微漏漿的成孔問題。

若采取以上措施依然反復出現輕微漏漿，根據每次發生輕微漏漿時的鉆進記錄和量測孔深，基本可判定該段地質小型裂隙或縫隙較多，此時需直接采用質量好的黏土進行孔樁回填，并輔以粒徑均勻的片石，重新進行沖孔鉆進。

（2）嚴重漏漿

嚴重漏漿主要特征為速度快、深度深、漏漿段孔壁隨著時間推移，陸續出現垮塌掉塊情況，故須在發生嚴重漏漿后，快速進行現場探測并進行周邊地表調查，隨即組織機械材料，反復采用C20混凝土進行回填，掌握好時間，再重新沖孔，將混凝土擠壓封堵裂隙斷層，避免繼續漏漿；取得一定效果后，再采用質量好的黏土或水泥外加劑制漿液進行孔樁回填，重新進行沖孔鉆進，直至成孔。

若以上處理對策及措施，多次反復處治后，依然無法解決漏漿問題，便可采用鋼護筒全跟進，鋼護筒根據樁徑大小采用厚16 mm的鋼板制作，其內徑應大于鉆頭直徑，埋置較深時，采用多節鋼護筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時保證接頭圓順，同時滿足剛度、強度的要求，采用振動錘輔助下放（取出）鋼護筒。

（3）優化施工組織

收集過程中施工資料，量測數據等信息，及時進行施工總結，指導后續施工。在處理過程中和后續施工中，加強鉆機地質記錄，對泥漿性能、地層、鉆機行程參數進行實時優化調整，及時發現并處理異常情況。

3.2.2 塌孔、偏孔、縮孔、卡錘

橋位區所跨斜坡覆蓋層以礫粉質黏土、泥石流堆積、角礫、中部碎石角礫、沙礫、孤塊石為主；下部為泥質粉砂巖、白云巖等，并受庫區坍岸、溶腔、斷裂斷層影響，很容易發生塌孔、縮孔、漏漿、溶洞、偏孔等特殊情況，發生此類情況的原因往往不是單一的，而是綜合性的影響導致，造成的后果也是相互連續的，故在施工過程中必須及時收集現場真實數據記錄并分析總結，果斷采取處理措施，針對塌孔、偏孔、縮孔、卡錘情況主要處理對策如下：

（1）塌孔處治措施

輕微塌孔：使用挖土機向孔內回填可塑性好的黏性土，鉆機反轉向下加壓，正轉取土，充分壓實孔壁，重新成孔。

嚴重塌孔：向孔內添加水泥外加劑泥漿或澆筑低標號C20混凝土，掌握好時間，重新成孔。

（2）偏孔處治措施

輕微偏孔：嚴格控制鉆進速度和鉆進壓力，避免過快或過慢導致偏孔，調整鉆進參數、更換鉆頭、修正孔位等。

嚴重偏孔：發生嚴重偏孔時，分析地層構造，采用具有一定強度的片石回填，石塊選擇應以硬度大，不宜松散為主，直徑根據樁徑決定。當錘將大石沖擊為碎塊后會根據重力自動平均分布在孔底，再用錘沖擊可以導致孔底受力糾偏。根據地質情況，預判偏孔影響高度，然后回填C30強度混凝土，待強度達到80%后，再進行沖孔。

（3）縮孔處治措施

輕微縮孔：根據鉆探資料，若有軟弱層或塑性土時，注意要經常掃孔，控制沖擊進程及速度，提前對錘進行補焊直接大于設計孔徑，沖擊鉆孔過程中反復掃孔。

嚴重縮孔：常規掃孔無作用時，增大沖擊錘直徑，進行超設計直徑孔進行鉆孔，同時反復回填片石及黏土進行鉆孔，反復逐段鉆進。根據地勘及實際現場情況，采用回填C20混凝土及片石進行反復鉆進，直至縮孔受混凝土及片石的擠壓有效控制，再逐段鉆進。

（4）卡錘處治措施

輕微卡錘：提高泥漿濃度，用小沖錘沖擊被卡鉆錘四周，同時用沖、吸的方法將鉆錘周圍的鉆渣松動后提起。

嚴重卡錘：1）初步判定卡錘原因，用小爆破或用滑輪組、輔助起重設備強提；2）定制小型鋼棒（直徑0.5 m），利用鋼棒對卡錘主體進行沖擊并在卡錘的花瓣空間進行沖擊錘打，將卡錘的障礙物或堆積物進行沖散，然后提

錘；3）邀請專業水下作業人員進場，對卡錘原因進行準確判斷，再針對性制定措施；4）以上辦法均無法解決后，立即對孔內泥漿進行抽排，再采用土石回填將孔填滿，采用人工挖孔將錘取出，根據卡錘深度，在確定后續成孔的施工工藝。

3.2.3 溶腔、溶洞

針對巖溶及地質分層發生的溶腔、溶洞問題，處理對策及措施主要包括以下內容：

（1）在容易發生溶腔、溶洞施工中，結合水影響、渣樣取樣分析、沖孔鉆進記錄的數據統計分析、結合超聲波檢測等工具定性分析等綜合型手段，進行沖擊鉆成孔相關處理。目前該橋梁樁基沖擊鉆成孔施工過程中采用調整鉆進參數、特殊泥漿、片石黏土筑壁、混凝土填充、鋼護筒跟進等處理措施后，基本解決了成孔困難問題。

（2）片石黏土筑壁法

溶洞內無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3 m以內，但存在嚴重漏水，護筒內水頭高度不能保持時，可采用片石、黏土比例，回填沖擊，用0.5～0.8 m小沖程，不循環泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實，再加漿提高水頭到正常高度，讓黏土與片石混合物充分擠入溶洞，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續鉆進，形成人工泥石護壁。如此反復多次回填片石、黏土，反復沖擊直至形成泥石護壁并不再漏漿為止。

（3）溶洞在采用片石與黏土回填仍不能產生有效護壁時，采用C25混凝土進行灌注填充，保證有效護壁樁基順利成孔。凝土回填擠洞施工時，按下導管澆筑水下混凝土的方法，混凝土采用C20素混凝土，摻適量早強劑，使混凝土3 d強度達70%，以便下一步鉆孔。

回填混凝土前通過現場實際記錄，先確定溶洞頂點高程，回填混凝土高出溶洞頂1～2 m即可。先計算樁孔所需混凝土數量進行澆筑，隨時檢測混凝土澆筑高度，隨時增添混凝土澆筑數量，當達到預定澆筑高程后，暫停澆筑隔1 h后混凝土頂面高程穩定不再下沉即算完成。對多層溶洞，則由上而下，分段進行溶洞回填，每次均按以上控制。

（4）上述回填方法均不能解決，就只能采用全鋼護筒跟進，根據樁徑大小采用厚16 mm的鋼板制作，鋼護筒的內徑應大于鉆頭直徑，埋置較深時，采用多節鋼護筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時保證接頭圓順，同時滿足剛度、強度的要求；采用振動錘輔助下放（取出）鋼護筒，成本較大，不易重復利用。

4 結語

特殊地質條件下橋梁工程樁基礎沖擊鉆成孔施工技術是一項復雜而重要的工作。在施工過程中，不同的地質條件應采取不同的處理對策及措施，通過科學的地質勘察、優化施工工藝和綜合施策等手段可以有效應對特殊地質條件帶來的挑戰，可以確保橋梁樁基礎工程的安全、質量與高效施工。在施工中應加強地質勘察、成孔檢測，不斷提高沖擊鉆成孔施工技術手段，以確保沖擊鉆施工順利成孔。隨著技術的不斷進步和創新，特殊地質成孔處治施工技術將會更加成熟和完善，該技術旨在為特殊地質條件下橋梁工程的安全、高效建設提供有力支持。

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收稿日期：2024-08-09

作者簡介：張潔（1991—），男，本科，工程師，主要從事高速公路、省國道改建等路橋隧施工現場技術質量安全成本管理工作。