王余廷 中交二航局第三工程有限公司

多溶洞地質(zhì)條件具有復(fù)雜性，鉆孔樁施工期間易由于不可預(yù)見(jiàn)因素的干擾而誘發(fā)漏漿、塌孔、卡錘埋鉆等事故，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和施工安全?？紤]到多溶洞地質(zhì)條件的特殊性，施工單位需立足現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，規(guī)范施工，在安全的前提下施作鉆孔灌注樁。因此，下文結(jié)合碼頭工程實(shí)例，探討在多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工技術(shù)。

1.工程概況

江西省九江港彭澤港區(qū)磯山作業(yè)區(qū)集引橋、碼頭平臺(tái)、取水泵房平臺(tái)、變電所平臺(tái)、護(hù)岸于一體，布置情況如圖1所示。水上引橋采用壁厚為14mm的Ф1.0m鋼管樁，芯柱進(jìn)入鋼管樁7.5m；碼頭平臺(tái)鉆孔樁采用Ф1.5m鋼護(hù)筒，壁厚10mm。陸域地形較為平坦，地貌單元屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地；水域近岸段地形較陡，局部形成直降陡坎。

2.多溶洞地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的施工準(zhǔn)備

多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔作業(yè)難度大，有偏孔、漏漿乃至塌孔的可能，為規(guī)避各類(lèi)鉆孔異常狀況，需提前做好準(zhǔn)備工作。鉆頭采用半自動(dòng)沖擊鉆，憑借頻率高、沖程小、擴(kuò)孔系數(shù)較低的特點(diǎn)有效適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件。鉆孔周邊應(yīng)有足夠的優(yōu)質(zhì)粘土和粒徑不超過(guò)15cm的片石，其中粘土可呈餅狀并用薄膜包裹，或制作成直徑為15～20cm的泥球，避免干裂。于現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備ZL40型裝載機(jī)和挖掘機(jī)各1臺(tái)，鉆孔時(shí)發(fā)生溶洞漏漿問(wèn)題時(shí)及時(shí)啟用，將片石鏟起并向孔內(nèi)填入粘土；為確?？妆谠谌芏绰{時(shí)仍具有穩(wěn)定性，額外準(zhǔn)備適量鋼護(hù)筒，以備不時(shí)之需；水上平臺(tái)鉆孔樁施工前，準(zhǔn)備用于調(diào)運(yùn)黃土石塊的料斗[1]。

3.多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)

3.1 造漿鉆孔

泥漿是維持孔壁穩(wěn)定性的重要材料，在溶洞填充物充實(shí)、體積小的溶洞中，泥漿可取得突出的護(hù)壁效果，因護(hù)壁的穩(wěn)定性而有效提高鉆孔質(zhì)量。溶洞填充物具有流動(dòng)性，將泥漿比重控制在1.3～1.4，造漿用土采用高塑性黏土或膨潤(rùn)土。鉆孔期間密切關(guān)注護(hù)筒外水頭高度，據(jù)此動(dòng)態(tài)控制孔內(nèi)泥漿高度，以高出護(hù)筒外水頭1.5m左右較為合適，以防由于水頭壓差失控而迫使孔壁坍塌。

溶洞地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆孔期間遇到的不可預(yù)見(jiàn)因素多。例如，巖面成分不均勻，錘頭由于受力失衡而歪斜，引發(fā)卡錘、偏孔問(wèn)題。巖層夾有溶洞時(shí)，開(kāi)孔前先詳細(xì)勘察，確定巖面標(biāo)高和溶洞標(biāo)高，根據(jù)此兩項(xiàng)勘察數(shù)據(jù)確定孔深，再根據(jù)孔深要求在鉆頭的鋼絲繩上設(shè)置標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記判斷鉆孔深度。鉆進(jìn)至溶洞頂蓋周邊位置時(shí)，以小沖程的方式鉆進(jìn)，避免卡鉆。

鉆頭入巖后，檢查鋼絲繩是否偏位，根據(jù)偏位程度判斷偏孔現(xiàn)象。鉆孔過(guò)程中發(fā)生偏孔時(shí)，向孔內(nèi)拋填適量片石至偏孔處以上1～2m的位置，小沖程沖擊片石，促進(jìn)片石由松散轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)狀態(tài)，待錘頭鋼絲繩恢復(fù)中心位置時(shí)，正常鉆進(jìn)。鉆孔偏位，如圖2所示。

3.2 遇溶洞的鉆孔施工

根據(jù)填充物的不同，溶洞分為有填充物和無(wú)填充物溶洞；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，溶洞分為單層溶洞和多層溶洞。溶洞形式多樣，各自的特性存在差異，需要采取針對(duì)性的處理措施。在下文的分析中，考慮的是單層溶洞和多層溶洞兩種形式，探討在漏漿、塌孔等異常狀況下的應(yīng)對(duì)措施。

3.2.1 回填黃土塊石以防漏漿

引橋陸上鉆孔樁樁徑1 m、長(zhǎng)33.4m，施工范圍內(nèi)存在溶洞，鉆進(jìn)至孔深33m位置時(shí)漏漿、埋鉆，鉆進(jìn)進(jìn)程被迫中斷。經(jīng)調(diào)查，溶洞的規(guī)模較大，填充物不飽滿(mǎn)。針對(duì)漏漿問(wèn)題，提出如下措施：孔口鋼護(hù)筒加長(zhǎng)至3節(jié)，以免由于漏漿而導(dǎo)致地表失穩(wěn)塌陷；沖擊鉆沖孔至孔的最深處，孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后隨即填充塊石黃土，回填深度約為15m，并用錘頭沖擊，促使填料逐步密實(shí)，填料內(nèi)部的空隙減小后，填料的體積壓縮、高度降低，此時(shí)繼續(xù)回填至孔深15m的位置并沖孔擠壓，按該方法多次操作，使回填料充滿(mǎn)溶洞；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查后，若無(wú)漏漿問(wèn)題，方可繼續(xù)鉆進(jìn)[2]。

3.2.2 遇到流沙塌孔時(shí)的下放內(nèi)護(hù)筒應(yīng)對(duì)措施

引橋陸上某樁孔的樁底標(biāo)高-13.5m，地面標(biāo)高12.5m，溶洞含兩層，位置集中在-3.49m至-8.59m和-10.39m至-12.49m處。鉆進(jìn)至孔深17m時(shí)漏漿，孔內(nèi)逐步有溶洞填充物的流入，針對(duì)漏漿問(wèn)題采取回填塊石黃土的處理方法，繼續(xù)鉆孔至25.6m的孔深時(shí)再次漏漿，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員察覺(jué)異常后隨即提起鉆頭，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)有大量涌入的溶洞填充物，鉆進(jìn)施工進(jìn)程中斷。

溶洞填充物的流動(dòng)性強(qiáng)，常規(guī)回填塊石黃土的方法并不足以有效應(yīng)對(duì)填充物異常流動(dòng)的現(xiàn)象，為此采用下內(nèi)護(hù)筒的應(yīng)對(duì)措施，基本思路是：第一層溶洞頂至第二層溶洞底的高度為9m，對(duì)應(yīng)內(nèi)護(hù)筒由7節(jié)組成，分兩段，各段的節(jié)數(shù)分別為4節(jié)、3節(jié)，經(jīng)焊接后組成完整的內(nèi)護(hù)筒結(jié)構(gòu)；調(diào)整為Ф1.25m鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，于地表埋設(shè)2節(jié)護(hù)筒，避免漏漿塌方；適度沖孔至25.6m，利用汽車(chē)吊向孔內(nèi)放置內(nèi)護(hù)筒，放置過(guò)程中嚴(yán)格控制內(nèi)護(hù)筒的姿態(tài)，避免磕碰；兩段護(hù)筒的焊接作業(yè)在孔口處完成，焊接成型且無(wú)質(zhì)量問(wèn)題后繼續(xù)下放；護(hù)筒底口落至孔深25.6m的位置時(shí)，在孔口護(hù)筒處焊接吊筋，避免內(nèi)護(hù)筒失穩(wěn)下滑；在前述基礎(chǔ)上，用Ф1m的原鉆頭造漿鉆進(jìn)。

3.2.3 遇多層溶洞時(shí)的澆筑素混凝土應(yīng)對(duì)措施

碼頭平臺(tái)某鉆孔樁的樁底標(biāo)高-26.7m，護(hù)筒直徑1.5m、標(biāo)高17.64m，溶洞位置集中在-6.3m至-9.2m，-9.6m至-14.6m，-15.5m至-18.8m三處。鉆孔期間漏漿，采取回填黃土塊石的方法后恢復(fù)正常鉆進(jìn)狀態(tài)，但后續(xù)有塌孔、竄孔現(xiàn)象，繼續(xù)采取回填措施并復(fù)鉆，即便經(jīng)過(guò)多次處理，現(xiàn)場(chǎng)施工條件依然較差，鉆進(jìn)結(jié)果顯示孔內(nèi)有持續(xù)性的溶洞填充物涌入，鉆進(jìn)過(guò)程中漏漿問(wèn)題嚴(yán)重。孔深達(dá)到34m時(shí)，快速回淤至孔深26m處，根據(jù)溶洞的位置分布特點(diǎn)，從第三層溶洞頂部回淤至第一層溶洞底部，鉆進(jìn)進(jìn)尺始終無(wú)法繼續(xù)增加。并且，在溶洞地質(zhì)條件的影響下，入巖部分的偏孔現(xiàn)象明顯[3]。

溶洞填充物的流動(dòng)性強(qiáng)且溶洞由多層組成，根據(jù)溶洞的特性采用造濃漿沖孔逐層澆筑的方法，澆筑材料采用素混凝土；按照1.4左右的泥漿比重造濃漿，循環(huán)沖孔直至到位為止。鉆進(jìn)至36m時(shí)出現(xiàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)尺的狀況，采取濃泥漿循環(huán)護(hù)壁的方法，并用混凝土做封堵處理，避免回淤?；炷翝仓恢贸^(guò)溶洞頂部2～4m，施工狀況表明混凝土面可正常升高并在某時(shí)間節(jié)點(diǎn)維持穩(wěn)定，待混凝土凝固24h后進(jìn)入復(fù)鉆環(huán)節(jié)，此階段鉆進(jìn)至超過(guò)溶洞第三層底部2m，繼續(xù)澆筑封堵、復(fù)鉆成孔。

3.3 混凝土澆筑

3.3.1 混凝土泄漏時(shí)的澆筑措施

鉆孔樁的混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)為溶巖地區(qū)時(shí)，澆筑期間存在混凝土面突然下降的狀況，若混凝土未及時(shí)跟進(jìn)，澆筑成型的樁體結(jié)構(gòu)普遍存在斷樁問(wèn)題。因此，加強(qiáng)混凝土的供應(yīng)和澆筑是避免斷樁的關(guān)鍵，為現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工配備足量的混凝土罐車(chē)，規(guī)劃混凝土輸送方式，實(shí)現(xiàn)混凝土的持續(xù)性供給。

混凝土澆筑期間存在溶洞漏漿問(wèn)題時(shí)，通常以持續(xù)跟進(jìn)混凝土灌注的方法應(yīng)對(duì)，但若操作不當(dāng)，則無(wú)法保證處理的有效性，混凝土泄漏的問(wèn)題仍持續(xù)發(fā)生，澆筑作業(yè)仍進(jìn)行但混凝土面的標(biāo)高無(wú)法上升至設(shè)計(jì)要求的位置，在此狀態(tài)下，頂部混凝土凝固板結(jié)，而下方的混凝土無(wú)法充滿(mǎn)升高，嚴(yán)重時(shí)有埋管問(wèn)題，直接影響混凝土澆筑的進(jìn)度和質(zhì)量，混凝土浪費(fèi)量增加，嚴(yán)重抑制工程的經(jīng)濟(jì)效益。

混凝土漏漿時(shí)，可見(jiàn)混凝土面持續(xù)下降，降低至某特定的高度后維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，且觀察此時(shí)的混凝土面不難發(fā)現(xiàn)其高于漏砼的部位。究其原因，溶洞壁由于受損而漏漿時(shí)，周邊的水滲入溶洞內(nèi)并聯(lián)通，因此漏砼部位和對(duì)應(yīng)水深的壓強(qiáng)幾乎相當(dāng)，此時(shí)的混凝土面相對(duì)穩(wěn)定。

暫不考慮阻力的影響，認(rèn)為孔內(nèi)砼壓力與江水水頭壓力平衡時(shí)的高度為混凝土面下落至最低點(diǎn)的位置，即：

式中：ρ水為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；h1為水面至漏漿處的高度，m；ρ混為混凝土的密度，kg/m3；h2為砼面至溶洞漏漿處的高度，m；。

可得：h2=1/2.4h1。

按照前述方法計(jì)算后，初步確定混凝土面下落的高度，但現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜，溶洞內(nèi)填充物、溶洞的規(guī)模等因素均會(huì)對(duì)混凝土面的高度造成影響，因此結(jié)合實(shí)際狀況更加精準(zhǔn)地采取控制措施?；炷撩骈L(zhǎng)期停留在某處并且即便持續(xù)澆筑混凝土也依然無(wú)高度變化時(shí)，測(cè)量此時(shí)混凝土面的高度；為減小混凝土灌注對(duì)漏砼部位產(chǎn)生的沖擊力，減小導(dǎo)管埋深至2m左右；在混凝土拌和階段適當(dāng)降低坍落度，確保漏砼區(qū)域周邊有一定的砼堆積初凝現(xiàn)象；考慮到泵管易堵塞的問(wèn)題，在砼達(dá)到初凝狀態(tài)前每15min進(jìn)行一次沖管作業(yè)，適當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)管以免埋置在混凝土內(nèi)。按前述方法處理后，后續(xù)施工期間混凝土面有上升時(shí)，表明處理效果較佳，可完成剩余部分的施工作業(yè)；否則，表明混凝土仍然外漏，需重復(fù)操作直至妥善解決混凝土泄漏的問(wèn)題為止。

3.3.2 防止混凝土漏失的措施

鋼筋籠下放前做好準(zhǔn)備，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)存在的高度不超過(guò)1m的小型溶洞，采取將土工布包裹至鋼筋籠的方法，纏繞層數(shù)控制在2～3層，增設(shè)保護(hù)層墊塊，起到保護(hù)作用。嚴(yán)格控制樁徑和嵌巖深度，避免混凝土從小溶洞位置流失。

4.多溶洞地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工工藝總結(jié)

經(jīng)過(guò)前述的分析，總結(jié)在多溶洞地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)：

（1）遵循因地制宜的原則，從現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和水文條件出發(fā)，制定科學(xué)可行的施工方案；加強(qiáng)方案論證，優(yōu)化不足之處，在源頭上規(guī)避異常狀況；施工前安排技術(shù)交底和安全交底，使工程人員掌握各樁基所在部位的施工條件，做到心中有數(shù)。

（2）鉆進(jìn)期間遇溶洞時(shí)，結(jié)合技術(shù)資料采取針對(duì)性的控制措施，保證施工安全和施工質(zhì)量；回填黃土塊石屬于常見(jiàn)的方法，具有操作便捷、成本低的優(yōu)勢(shì)；下放內(nèi)護(hù)筒也具有可行性，但必須精準(zhǔn)控制孔的孔徑、垂直度，以免由于巖面狀況的影響而無(wú)法正常施工；澆筑素混凝土的應(yīng)用效果較佳，幾乎在各類(lèi)型的溶洞中均具有可行性。由此看來(lái)，溶洞的處理方法較多，但各自的適應(yīng)性、操作要點(diǎn)、應(yīng)用效果均具有特殊性，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、鉆孔灌注樁的施工要求等方面做合理的選擇，力爭(zhēng)以便捷的方式妥善處理溶洞。

（3）鉆孔灌注樁施工發(fā)生在多溶洞地質(zhì)條件中時(shí)，樁的施工對(duì)混凝土的需求較為旺盛，需要提高混凝土的生產(chǎn)能力和運(yùn)輸能力，及時(shí)向施工現(xiàn)場(chǎng)提供充足的混凝土。從機(jī)械設(shè)備配置的角度來(lái)看，宜采用大容量的混凝土攪拌機(jī)，并有備用設(shè)備，確保正在運(yùn)行的攪拌機(jī)出現(xiàn)異常后能夠隨即啟用備用設(shè)備，繼續(xù)生產(chǎn)混凝土，避免現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)等料。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)多溶洞地質(zhì)條件下碼頭工程的鉆孔灌注樁施工,采取相應(yīng)的技術(shù)措施,不僅能保證樁基質(zhì)量,又能加快施工進(jìn)度，本文結(jié)合具體工程實(shí)例，針對(duì)多溶洞地質(zhì)特點(diǎn)，提出了具體的應(yīng)對(duì)方案，并就施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)了詳細(xì)的研究，以提高工程的施工效率，促進(jìn)碼頭事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。