劉小龍

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巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔施工技術(shù)的應(yīng)用研究

劉小龍

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇 無(wú)錫 214028）

以武廣客運(yùn)專線XXTJI標(biāo)施工段汀泗河特大橋鉆孔灌注樁鉆孔施工技術(shù)為實(shí)例，詳細(xì)介紹了巖溶地層沖擊鉆孔施工技術(shù)，為沖擊鉆孔在巖溶地質(zhì)中的應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

巖溶地層；沖擊；溶洞；斜巖石

1　工程概況

武廣客運(yùn)專線烏龍泉至花都段第一標(biāo)（XXTJI）施工段汀泗河特大橋位于湖北省咸寧市境內(nèi)，固跨汀泗河、長(zhǎng)青河及京珠高速而設(shè)置，管段內(nèi)共有97個(gè)墩臺(tái)（0?！?6＃），852根樁基。根據(jù)不同跨度地質(zhì)條件，樁徑分別有1.0m、1.25m和2.0m三種，樁長(zhǎng)6m－80m不等。

橋址地形表現(xiàn)為兩端高中間低呈SW向走低。高地呈渾圓狀，丘坡，多為農(nóng)田，中間地主要為水塘，相對(duì)高差25m，絕對(duì)高程20－45m。區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育，主要為水塘及河流，地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，季節(jié)性變化較大，崗地地下水不甚發(fā)育。地質(zhì)特征如下：

（1）Q4l ：淤泥，分布于農(nóng)田，水塘中，厚2－6m，呈流塑；

（2）Q4al ：粉質(zhì)粘土，粘土，向部有角礫土，圓礫土，碎石土；

（3）Q4dl+pl：粘土，厚0－3.8m呈軟塑，分布于5＃－65＃墩間；

（4）Q2+3al+pl：粉質(zhì)粘土，粘土，角礫土，圓礫土，碎石土，厚1.2－43m，呈軟塑－硬塑，分布于0＃－5＃，66＃－96＃墩之間；`

（5）P1m：基巖：主要為白云質(zhì)灰?guī)r。泥質(zhì)灰?guī)r，堅(jiān)硬，弱風(fēng)化，區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，為橋梁基礎(chǔ)支持力層。

2　施工方案

2.1 工程特點(diǎn)`

從設(shè)計(jì)勘探資料分析，橋基樁孔94.8％處于巖溶發(fā)育區(qū)，其主要形式有溶槽，溶溝，溶洞和裂隙，其中主要溶洞發(fā)育高度0.6－30.4m，大多數(shù)全充填或半充填，充填物一般為含碎石，角礫，圓礫及沙的粘土。穩(wěn)定性較差，透水性較強(qiáng)。由于巖溶發(fā)育，由此而產(chǎn)生的斜巖石甚多，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這對(duì)于樁孔成孔極為不利，也是工程施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2.2 施工方案的確定

根據(jù)每個(gè)墩位地形情況，0#臺(tái)，1＃墩及66＃－96#墩位龍崗區(qū)，2＃－6＃墩位于丘間谷地，7＃－65＃墩位于河流一級(jí)階地。原橋墩基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工方案位：5＃－40＃，53＃－65＃墩采用鋼板樁圍堰，變橋通大水鉆孔機(jī)平臺(tái)，其余墩則開(kāi)挖平整場(chǎng)地，采用沖擊法進(jìn)行施工。該方案對(duì)保持河體及井口穩(wěn)定，杜絕孔口坍塌有利，且成孔把握大，但機(jī)械設(shè)備投入較大，造價(jià)高及工期長(zhǎng)。為此，施工單位第二種施工方案即5＃－40＃，53＃－65＃采用囤土圍堰筑島，并與縱向貫通便道相連的施工方案，后經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比論證，認(rèn)為該方案相對(duì)來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)適應(yīng)，又能滿足工期要求，其不足之處在于樁孔成孔難度較大，在征得建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位同意后，決定采用該方案進(jìn)行施工。

3　施工方法

3.1 施工工藝和步驟

根據(jù)23＃－9，25＃－9樁孔成孔工藝試驗(yàn)成果，確定鉆孔施工工藝和步驟如下：

（1）平整場(chǎng)地：將施工場(chǎng)地平整壓實(shí)作為施工用地。需筑島處利用挖方區(qū)的粘土填筑，碾壓密實(shí)，并設(shè)置排水坡和排水溝。河流中的筑島采用編織袋圍邊，外測(cè)打入木樁防護(hù)，間距50cm。并采用鐵絲綁扎相連。

（2）定好樁位：在實(shí)地按照樁的設(shè)計(jì)位置采用全站儀進(jìn)行樁位放樣，標(biāo)志好樁的具體位置，并在樁中心四周2m設(shè)置好護(hù)樁。

（3）修建泥漿池及材料堆放場(chǎng)地：此項(xiàng)工作應(yīng)在施工場(chǎng)地時(shí)一并考慮。堆放材料包括粘土，泥塊（球），片石及水泥等。

（4）預(yù)制井口護(hù)筒：采用5－10mm的鋼板在鋼歷加工場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制。其現(xiàn)場(chǎng)有三種：每節(jié)長(zhǎng)1.5m，2.0m和3.0m，直徑比樁徑大20－40cm。

（5）安置鉆機(jī)：鉆機(jī)的機(jī)座應(yīng)安置牢固水平，以保證不出現(xiàn)沉降和移位。在技嘉頂部對(duì)稱設(shè)置纜風(fēng)繩，保證機(jī)架穩(wěn)定。

（6）井口護(hù)筒埋設(shè)：人工開(kāi)挖埋設(shè)，埋入深度必須進(jìn)入原狀土穩(wěn)定層，且堅(jiān)固，不漏水。護(hù)筒頂高出場(chǎng)地50cm。埋設(shè)完后用羅盤儀校正護(hù)筒垂直度。

（7）沖擊成孔：采用沖擊鉆機(jī)沖擊成孔，垂直這幾孔深。并檢查孔徑，孔位，孔隙和孔斜情況后轉(zhuǎn)入下道工序。

（8）清孔：當(dāng)泥渣多時(shí)，清孔采用撈渣桶配合換漿法，不多時(shí)，采用換漿法，保證清孔后滿足泥漿無(wú)2－3mm顆粒，泥漿比重不大于2％，粘度17－20s，沉渣厚度不大于5cm。

3.2斜巖面鉆孔施工

（1）對(duì)斜巖面，如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等，提鉆后先在孔深2~3米范圍內(nèi)投填片石后進(jìn)行反復(fù)小沖程沖砸形成孔底施工平臺(tái)，以保證沖擊鉆孔施工時(shí)不出現(xiàn)偏孔。

（2）如果采用該方法效果不理想時(shí)，如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等，提鉆清孔后先灌注3~4m深度的C30砼，當(dāng)砼強(qiáng)度不低于70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行沖擊鉆孔。

3.3溶洞鉆孔施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，開(kāi)鉆前應(yīng)詳細(xì)分析地質(zhì)資料，弄清楚開(kāi)孔順序。

（1）對(duì)半充填或充填的連通性好溶洞以及裂隙發(fā)育溶洞進(jìn)行預(yù)注漿處理。施工前仔細(xì)研究勘探設(shè)計(jì)等有關(guān)資料，對(duì)裂隙發(fā)育的溶洞在鉆孔前進(jìn)行預(yù)注漿處理，即通過(guò)對(duì)樁位周邊等間距的設(shè)置4個(gè)灌漿孔，采用灌漿的方法對(duì)溶洞的空隙進(jìn)行填充加固，經(jīng)過(guò)擠密、滲透和劈裂等作用達(dá)到加固土塊的目的，鉆孔樁的周邊形成防水帷幕[1]。灌漿孔孔徑采用80mm，孔深達(dá)到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預(yù)注漿共計(jì)248個(gè)灌漿孔9650m。實(shí)踐證明，采用此方法對(duì)鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）對(duì)半充填或全充填的溶洞，如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。為克服穿透溶洞頂板后，在充填層進(jìn)行鉆孔施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏漿。為解決這一問(wèn)題，先采取孔內(nèi)用泥漿補(bǔ)漿以保持泥漿高度，然后往孔內(nèi)填充少量片石及袋裝粘土和泥塊，一直填到比溶洞頂板高2~3 m為止，接著用小沖程鉆孔施工把回填物擠入溶洞和孔壁內(nèi)對(duì)孔壁進(jìn)行加固，最后提高泥漿相對(duì)密度到1.2~1.4。施工中應(yīng)密切觀察孔內(nèi)泥漿高度，尤其是對(duì)規(guī)模較大的溶洞，發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)反復(fù)多次采取上述措施進(jìn)行處理才能控制得住。

（3）對(duì)規(guī)模較小的孤立溶洞且無(wú)充填物時(shí)，為解決鉆孔施工過(guò)程中穿透溶洞頂板時(shí)的泥漿突然滲透問(wèn)題，應(yīng)采取在孔內(nèi)進(jìn)行混凝土回填的方法。

3.4斜巖面施工

當(dāng)鉆孔遇到斜巖面時(shí)，鉆孔施工時(shí)會(huì)因?yàn)殂@頭會(huì)順著巖層的傾斜面滑動(dòng)而出現(xiàn)偏孔或斜孔等情況。為防止這種情況發(fā)生，施工中有針對(duì)性地采取下述方法進(jìn)行控制：

（1）片石回填：鉆孔施工中提鉆后，在離孔底2~ 3m深度內(nèi)用片石進(jìn)行填充，然后采用較小的沖程進(jìn)行來(lái)回沖砸，在鉆孔的孔底制造出一個(gè)水平的鉆孔平臺(tái)，這樣就能避免沖擊鉆孔施工是不會(huì)出現(xiàn)偏孔或斜孔情況。若一次片石回填后仍然出現(xiàn)偏孔或斜孔等情況，則再次進(jìn)行片石回填直達(dá)不再發(fā)生偏孔或斜孔為止[1]。如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等。

（2）回填混凝土：當(dāng)回填片石不能糾偏或糾偏不甚理想時(shí)，可采用此方法進(jìn)行。即提鉆清孔后，向孔內(nèi)灌入高標(biāo)號(hào)（C30）水下混凝土3~4m，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上后再?zèng)_擊成孔。如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等。

3.5溶洞施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，造成了墩與墩之間鉆孔會(huì)有貫通，或者樁孔與樁孔之間的鉆孔會(huì)連通。針對(duì)這種情況，在鉆孔施工前，對(duì)孔位的地質(zhì)等資料進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，如果有上述情況的孔位鉆孔時(shí)對(duì)其鉆孔施工的順序進(jìn)行謹(jǐn)慎的選擇。為堵住或減少鉆孔過(guò)程地下水的移動(dòng)通道，以防止樁鉆孔施工中泥漿和混凝土等出現(xiàn)大量流失，應(yīng)嚴(yán)格按照先外圍后中間的順序進(jìn)行鉆孔，先進(jìn)行單個(gè)溶洞、溶槽或溶溝下端的孔位進(jìn)行鉆孔施工。此外，針對(duì)溶洞的填充和發(fā)育規(guī)模等存在很大差異，溶洞內(nèi)的土層的填充物不穩(wěn)定，會(huì)嚴(yán)重影響孔位的鉆孔施工，在鉆孔前對(duì)這些溶洞應(yīng)采取有效的技術(shù)措施進(jìn)行處理，以保證這些位置的鉆孔樁的施工安全和質(zhì)量。

（1）預(yù)注漿。對(duì)溶洞連通性較好、溶洞裂隙發(fā)育、半充填或充填的溶洞進(jìn)行預(yù)注漿處理。施工前，對(duì)勘探、設(shè)計(jì)等有關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真分析，找出該類溶洞進(jìn)行注漿預(yù)處理，即：在樁孔四周均勻布置4個(gè)灌漿孔，灌漿通過(guò)擠密、辟裂和滲透作用對(duì)土塊進(jìn)行加固或?qū)θ芏纯障哆M(jìn)行直接填充，通過(guò)處理使得樁四周形成防水帷幕。灌漿孔孔徑采用80mm[1]，孔深達(dá)到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預(yù)注漿共計(jì)248個(gè)灌漿孔9650m3。實(shí)踐證明，采用此方法對(duì)鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）擠石造壁。對(duì)半充填或全充填的溶洞進(jìn)行擠石造壁處理。考慮到在溶洞頂板進(jìn)入充填層進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，會(huì)發(fā)生漏漿，在鉆孔施工中應(yīng)按照漏漿情況，漏漿不大時(shí)，采取鉆孔施工時(shí)不斷地向孔內(nèi)補(bǔ)充漿，使孔內(nèi)泥漿水頭的高度始終保證在規(guī)定范圍內(nèi)，漏漿大時(shí)，還應(yīng)采取往孔內(nèi)放入袋裝粘土、泥塊少量片石等混合物，直至填到比溶洞頂板高2~3m為止，再用小沖程把回填物擠入溶洞內(nèi)裂隙和孔壁及，達(dá)到加固孔壁不漏漿的目的，同時(shí)把泥漿相對(duì)密度增大到1.2~1.4這一范圍[2]。在這一施工過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注孔內(nèi)泥漿面高度情況，若仍出現(xiàn)漏漿，則應(yīng)把袋裝水泥投入孔內(nèi)以到達(dá)快速固結(jié)孔壁的目的，如圖1所示。對(duì)規(guī)模較大溶洞，為控制施工漏漿應(yīng)采取多次反復(fù)。如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。

圖1.擠石造壁示意圖

（3）回填混凝土：適應(yīng)于沒(méi)有充填物且規(guī)模不是太大的孤立溶洞。當(dāng)鉆孔穿過(guò)溶洞頂板時(shí)，孔內(nèi)泥漿就會(huì)發(fā)生突然滲透漏，因此，對(duì)于這樣的溶洞事先應(yīng)作好補(bǔ)漿準(zhǔn)備工作。一旦出現(xiàn)后應(yīng)立即向孔內(nèi)補(bǔ)漿，以防止上部孔壁和井口發(fā)生塌孔。待泥漿基本穩(wěn)定后，探明空洞高度并與設(shè)計(jì)資料對(duì)比分析，大概估算出溶洞體積，然后想溶洞灌入C20水下砼灌注量以高出溶洞頂板2~3m為止，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以后重新開(kāi)鉆。如4#--1，4#-5，19#-6，84#-2，87#-8等。

（4）下鋼護(hù)筒：適應(yīng)于規(guī)模較大且未充填的空洞。該方法先采用大口徑的鉆頭戳能夠機(jī)成孔并鉆穿溶洞頂板。查明溶洞高度，然后向孔內(nèi)沉放鋼護(hù)筒直至溶洞底板。鋼護(hù)筒之間搭接長(zhǎng)度小于1.5m，內(nèi)護(hù)筒外徑比外護(hù)筒內(nèi)徑小5cm左右，但最小護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)滿足樁徑要求。若溶洞底板為斜巖面，護(hù)筒地步可能只有一點(diǎn)或幾點(diǎn)接觸巖面，其余部分則懸空時(shí)，施工時(shí)可依據(jù)斜巖面施工處理措施進(jìn)行處理。直至鋼護(hù)筒下到溶洞底板堅(jiān)固不漏漿為止。然后更換鉆頭，正常鉆進(jìn)直至成孔[3]。如80#-7，80#-2，8#-8等。

4　結(jié)　語(yǔ)

巖溶地質(zhì)沖擊鉆孔施工時(shí)應(yīng)采取有效措施對(duì)施工中經(jīng)常遇到的樁孔漏漿、樁孔偏孔（孔斜）、樁孔塌孔、樁孔擴(kuò)徑、樁孔卡鉆等問(wèn)題進(jìn)行處理，例如在樁孔塌孔段回填粘土、片石及水泥混合料采用小沖程重新開(kāi)始；加強(qiáng)施工管理，特別是施工隊(duì)伍的管理，做到精心施工，規(guī)范施工。由于在施工過(guò)程中針對(duì)巖溶地區(qū)的特點(diǎn)，采取了有效的技術(shù)措施，取得了良好的效果。所成的樁基，經(jīng)第三方檢測(cè)單位檢測(cè)以及監(jiān)理驗(yàn)收，合格率100%，表明采取的施工方法是成功的，為巖溶地區(qū)鉆孔樁的施工積累了可借鑒的技術(shù)資料。

[1]衛(wèi)啟陽(yáng),劉海平.巖溶地區(qū)橋梁基樁施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè),2010,(4):84-86.

[2]陳偉.巖溶山區(qū)高速公路橋梁樁基施工技術(shù)應(yīng)用探討[J].山西科技,2010,(6):72-73.

[3]劉鈞泉.巖溶發(fā)育地區(qū)的樁基施工[J].中南公路工程,2002,(3):52-54.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2015－12－26

劉小龍（1982－），男，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，工程師，本科。

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1673-2219（2016）05-0062-03