張政玖

（撫州市公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 撫州 344000）

0 引言

巖溶即喀斯特地貌，主要為白云巖、石灰?guī)r、鹽巖、石膏等可溶性巖層遭遇地下水溶蝕后而形成的特殊地質(zhì)。巖溶地區(qū)一直以來被視為橋梁工程建設的“禁區(qū)”，巖溶地區(qū)施工建設的橋梁基礎必須調(diào)整跨徑、墩臺改位、改用輕型淺基礎結構，甚至移動橋位，以避開溶洞區(qū)域后進行橋梁基礎常規(guī)施工。鉆孔灌注樁成樁技術對于各類地質(zhì)條件均較為適用，承載力高且噪聲、振動小，不存在擠土效應，可保證樁基施工質(zhì)量。鉆孔灌注樁橋梁樁基施工技術應用于巖溶地區(qū)，能有效應對復雜的地質(zhì)條件，在一定程度上降低建橋難度，保證工程施工進度，使橋梁工程社會效益和經(jīng)濟效益得以充分發(fā)揮。

1 工程概況

某大橋為梯形預應力鋼筋混凝土簡支梁橋，長860m，其主橋墩鉆孔樁基礎共136根，直徑為?200cm，該橋梁位于巖溶發(fā)育地段，地表卵石覆蓋層厚最大達34m，大部分鉆孔樁基礎通過溶洞或溶槽，橋梁樁基持力層位于河床以下18～30cm。溶洞溶槽處理是否得當是橋梁鉆孔樁基礎施工質(zhì)量控制的關鍵。

巖溶地質(zhì)條件下橋梁樁基礎施工方案應根據(jù)每根樁基礎覆蓋層、溶洞溶槽發(fā)育、地下水等情況綜合確定。經(jīng)過對該橋梁樁基地質(zhì)條件等的分析，最終確定采用沖擊鉆成孔的施工技術，考慮到橋梁橋位溶洞溶槽情況復雜，樁基范圍內(nèi)巖層起伏多變，必須在施工期間通過沖擊錘接觸巖層后才能準確判斷[1]。

2 橋梁樁基礎施工技術要點

2.1 沖擊成孔

巖溶發(fā)育及溶洞較多地區(qū)的橋梁樁基施工過程中，容易發(fā)生卡鉆、斜樁等問題，一些溶洞填充較滿而另一些溶洞無填充或未填滿，進而形成低壓區(qū)，一旦溶洞內(nèi)或裂隙處鉆進受到壓差作用影響，溶洞內(nèi)或裂隙處便會滲入泥漿，引發(fā)漏漿及埋鉆、擴孔、塌孔等事故。所以沖擊成孔是橋梁樁基礎施工的關鍵工序，必須在沖擊成孔過程中預測各種現(xiàn)象發(fā)生的可能性并事先準備好應對措施，確保正常成孔。

（1）在沖擊成孔施工過程中，該橋梁樁基礎采用?200cm的鉆頭鉆進至卵石層底，且根據(jù)工程地質(zhì)條件在鉆進期間隨時調(diào)整泥漿比重，并及時下放鋼護筒。根據(jù)設計要求在樁基周圍布設?50cm灌注孔，結合灌注施工要求調(diào)整灌注孔數(shù)量。通常情況下，若通過小沖擊鉆進行灌注孔成孔，因上層圓礫石及卵石孔徑為60cm，為避免發(fā)生卡鉆，應跟進螺旋管；下層白云質(zhì)灰?guī)r則通過孔徑50cm的磨盤鉆進成孔。在正常鉆進施工過程中，如遇充填物溶洞及漏漿，必須反復回填沖擊，并通過片石∶黃土∶水泥為70∶25∶5的混合物間隔回填，水泥用量不得小于設計值的30%；為控制漏漿量，節(jié)省處理時間，應提前拌和好片石和黃土，使用過程中再伺機加入水泥。為保證鉆進質(zhì)量，必須對樁基四周地質(zhì)條件進行補充勘測，全面掌握地質(zhì)情況。

橋梁樁基礎沖擊成孔施工過程中，溶洞溶槽以及覆蓋層與巖層相接處施工較為關鍵，因為溶洞頂殼被沖擊錘擊穿后樁孔內(nèi)水和溶洞內(nèi)水連通，使高出河面的水頭快速消失，原高水頭對孔壁所施加的壓力也隨之消失，孔壁垮塌的危險增加，尤其是覆蓋層較為松散的粗顆粒礫石所形成的穩(wěn)定性不良的孔壁。樁孔內(nèi)水和溶洞內(nèi)水連通后還會導致孔內(nèi)泥漿持續(xù)流失，鉆渣難以浮起，錘頭進尺困難，雖然部分地下溶洞封閉較好，連通后水頭不會迅速消失，但在樁孔較大的情況下，大錘頭長時間在溶洞內(nèi)活動，必然會破壞封閉性良好的溶洞，引發(fā)同樣的塌壁危險。

（2）沖擊成孔到達巖面后，因巖面起伏不平，造成巖層與護筒覆蓋層交界處置平難度較大，并容易引發(fā)護筒偏位；當護筒同時位于淺層和松散覆蓋層結構時發(fā)生卡鉆的可能性很大，此時必須在忽略成孔進度的情況下反復加黃泥、片石沖擊，控制沖擊錘提起高度，確保成孔順利，并保證鋼護筒平穩(wěn)嵌入巖層結構中。該大橋位于松散砂礫覆蓋層巖溶地區(qū)，面臨覆蓋層塌孔和溶洞串水雙重難題，在沖擊成孔過程中，鋼護筒應隨鉆下封閉溶洞溶槽。施工開始前必須周密計劃鋼護筒層數(shù)、尺寸、筒壁厚度等參數(shù)，本大橋成孔樁基尺寸為?200cm，在砂礫層范圍內(nèi)通過?195cm的沖擊鉆頭沖擊成孔的過程中，孔徑尺寸可增大至?220cm，但為保證鋼護筒結構能隨樁沉降，護筒外徑不得超出?220cm。但巖層打孔后外徑只能擴大至?210cm，若不考慮覆蓋層，應采用?210cm鋼護筒隨鉆自上而下打孔。針對厚度不同的覆蓋層，使用不同規(guī)格護筒跟進沖擊錘，成孔效果良好。第一層?260cm大護筒比鉆頭在砂礫層內(nèi)擴孔尺寸大，必須通過振動錘與人工掏渣的方式擴孔，孔底存在較大的涌水，所穿過覆蓋層的厚度僅為4m。第二層采用?220cm護筒，并待覆蓋層總厚度超出10m后再使用第三層?210cm護筒。在結束該橋梁樁基礎施工后通過錘擊使同一覆蓋層內(nèi)成孔尺寸可以變化，以便套不同規(guī)格護筒通過覆蓋層。通過錘擊擴孔，該大橋在砂土、砂礫層以及巖層內(nèi)成孔樁基直徑分別增大20cm和10cm。

為保證該橋梁0#主墩承臺樁基施工質(zhì)量，必須在起吊鋼護筒前檢查各施工機械性能并復核導向架位置，待鋼護筒起吊后將其沿著導向架沉入土層，此后起吊振動錘并保證其與鋼護筒中心重合。鋼護筒對接過程中必須參照預留十字線，對接無誤后焊接固定；鋼護筒打設期間應實時校核垂直度等取值，并將誤差控制在允許范圍內(nèi)。

（3）當沖擊成孔穿越至溶洞時，必須按照施工規(guī)范上限確定泥漿比重，并密切關注溶洞鉆穿前孔內(nèi)水頭變化，一旦發(fā)生水頭降速加快現(xiàn)象必須立刻以適量水泥、黏土回填，直至水頭穩(wěn)定。防止泥漿流失是沖擊鉆孔穿越溶洞的控制要點所在，以避免因樁孔護壁泥漿壓力消散而引發(fā)塌孔。在沖擊成孔前必須根據(jù)地質(zhì)勘測結果測算溶洞填充材料總需求量，并按照測算結果準備充足的片石、黏土等填充材料。待穿過溶洞后按照測算量回填片石、黏土及水泥，并應通過低標號混凝土堵住大溶洞暗流。

（4）橋梁樁基礎施工質(zhì)量水平要求較為嚴格，必須嚴格按照設計圖紙及測量定位線施工，在鉆機放置時不能忽略樁基輔助和保護。護筒的設置必須考慮后期樁基遭遇溶洞時能通過鋼護筒跟進，護筒埋設時必須高出地面0.3～0.5m，以確保樁基施工過程中不會灌入地表水而影響泥漿配比。

2.2 清理孔道

考慮到該橋梁樁基礎施工過程中地質(zhì)條件的復雜特殊性，許多穿過地下溶洞的樁孔因周邊地質(zhì)結構十分脆弱，很容易發(fā)生崩塌和位移，影響樁孔孔位及截面積。為此，采用正循環(huán)換漿法清理孔道[2]，以減小清孔過程對孔壁造成的壓力，維持孔壁結構穩(wěn)定。此外，孔道清理施工應在白天光線充足的情況下進行，結束清孔后必須檢測孔道內(nèi)泥漿各項性能和高度。

2.3 巖溶注漿

本橋梁樁基巖溶注漿材料主要為水玻璃與水泥的混合料，水灰比在0.8∶1～1∶1之間，為保證混合料的波美度，水玻璃摻加量應不超出水泥質(zhì)量的10%。在進行樁基施工前通過間歇式循環(huán)方式注漿6h以上，停注后等已注漿液達到初凝狀態(tài)再次注漿。結束注漿后應待漿體材料實際強度達到設計強度值的80%后鉆孔。注漿施工過程中應結合設計要求并根據(jù)實際注漿效果調(diào)整注漿施工參數(shù)，注漿施工機械采用裝配LJ-300型攪拌機的注漿泵，按照0.5～1.0MPa的壓力和20～30L/min的速度注漿，注漿時間應控制在5～10min/0.5m，并根據(jù)巖溶屬性、深度等確定實際注漿量；待注漿壓力達到1.0MPa后還應繼續(xù)注漿10min，并待吸漿量降低至30L/min以下時結束注漿[3]。

2.4 混凝土回填

該橋梁主墩承臺樁基溶腔內(nèi)主要回填絮凝混凝土材料，該材料因摻加了一定比例的絮凝劑，故抗分散性能和堆積速率提高，施工進度加快，工藝簡化，并具備較好的自流平、自密實性能，可有效防止骨料、水泥等材料分散。在混凝土回填施工前，應根據(jù)工程規(guī)模測算首次灌注混凝土方量，由于該橋梁樁基礎工程地質(zhì)條件特殊、擴孔情況復雜，故應根據(jù)測算結果適當放寬回填量，使首次回填灌注高度達到1.0m以上，防止因材料不足而引發(fā)斷樁。

結合《水下不分散混凝土施工技術規(guī)范》（Q/CNPC 92—2003），絮凝混凝土材料坍落度至少為23cm，7d及28d水陸強度比分別為70%～85%和80%～90%；水下靜置1h和2h后坍落度損失分別為0和10%。為避免發(fā)生塌孔，應在每根樁基周圍鉆孔內(nèi)均灌注絮凝混凝土材料，主要通過直徑50cm小孔進行間歇式灌注回填，考慮到該橋梁工程所用絮凝混凝土材料凝固時間為10h，因此相鄰兩次灌注時間間隔應不超出15h。

3 施工中突發(fā)問題的處理

3.1 鋼護筒卡組

在樁基礎施工過程中，鋼護筒進入巖層后卡阻現(xiàn)象較少發(fā)生，通過分析發(fā)現(xiàn)，主要原因是過溶洞時因回填片石反復沖擊使成孔較為規(guī)則。只有1次鋼護筒在巖層內(nèi)跟進時發(fā)生嚴重卡阻，原因均為鋼護筒不規(guī)則，即0#墩1#樁護筒在距離樁底5m處遭遇卡阻，沖擊錘在距離樁底1m處遇到溶槽，填充物大量涌入樁孔，嚴重影響沖擊錘進尺。經(jīng)設計單位及監(jiān)理工程師同意后將最后1m成孔改成?150cm，先將長2m的?200cm鋼護筒沉入孔底，再通過空壓機清孔，待該節(jié)鋼護筒到達距離設計標高1m時便會堵死溶槽。

3.2 卡鉆

當鋼護筒遭遇巖石受力不均發(fā)生外壁垮塌、結構變形時，容易引發(fā)卡鉆，必須明確鋼護筒垮塌及結構變形具體部位，拋填超出變形部位的片石后持續(xù)沖擊以校正變形結構，校正后全面檢查鋼護筒位置，若仍不正確，須整個提出重新安裝。另一種情況是鋼護筒未及時跟上，即鋼護筒位于覆蓋層內(nèi)時護筒下孔壁垮塌，此種情形下必須壓平堆積物，并將護筒向下扎打，保證鋼護筒及時跟上。如果鉆頭尺寸與內(nèi)護筒直徑較為接近且跟得過緊也容易引發(fā)卡鉆，鋼護筒底部必須高出鉆頭頂部50cm。

3.3 掉鉆

卡鉆發(fā)生后必將引起掉鉆。一般情況下卡鉆發(fā)生后鋼絲繩受力將增大，扭折次數(shù)增多，更容易發(fā)生斷裂。巖溶地區(qū)地質(zhì)條件十分復雜，鋼絲繩通常處于不利的受力情況，在卡鉆處理過程中必須檢查鋼絲繩損壞程度，并決定是否更換。一旦發(fā)生掉鉆現(xiàn)象，要設法使鋼護筒套住鉆頭后打撈，其間必須注重鋼絲繩承受力、卷揚機起重噸位的分析以及平臺牢固程度的檢查。提鉆過程中可能帶動鋼護筒，為此，要有足夠的提升力保證設施設備安全。該橋梁樁基礎工程采用大噸位千斤頂提鉆。

在樁基礎施工過程中，打撈鉆頭過程較為復雜，鋼絲繩斷裂部位一般為與鉆頭或卷揚機相接處，為此將打撈圈安裝在鉆頭頂部，將保險索安裝在起重鋼絲繩上。打撈圈具體安裝方式詳見圖2，即將兩塊帶孔的鋼板對稱焊接在沖擊鉆導向圈內(nèi)側支撐架上，再將鋼絲繩穿過兩個孔后繞圈處理并卡緊，然后在其余兩個支撐架上通過10#鉛絲將鋼絲繩捆住，使其投影范圍不超出導向圈范圍。打撈過程中，在上面用鉤子鉤住打撈圈，提升期間10#鉛絲被拉斷，打撈圈吊點隨之對準錘中心，達到理想的受力狀態(tài)。保險索則安裝在沖擊鉆起重繩上，并卡住另一根端頭拴在工作平臺的鋼絲繩，如果沖擊鉆起重鋼絲繩從卷揚機滾筒處斷裂，則只需提起保險索，不用實施打撈。

3.4 護筒相卡

在該橋梁樁基礎施工時，對較厚的覆蓋層通常采用三層護筒，且第二、三層護筒直徑十分接近，這就容易造成護筒相卡。為此，必須保證鋼護筒尺寸準確，尤其是護筒對接加長處理時各節(jié)段表面應位于同一垂直線上，表面突出的焊疤要徹底清除；覆蓋層上部沖擊成孔過程中需增大成孔深度后再跟進護筒，盡量縮短大護筒跟進時間，有效控制其變形。

4 結語

通過對巖溶地質(zhì)橋梁樁基礎施工過程的分析可以看出，巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復雜，施工難度大，工程進度也無法保證。基于此，設計人員必須在詳細地勘資料的基礎上確定橋梁孔徑，且各樁孔內(nèi)必須設置至少兩個鉆孔，以真實反映地質(zhì)條件。巖溶地質(zhì)條件下橋梁樁基礎施工還應合理進行孔徑選擇，在地質(zhì)條件并不復雜且持力層不深的區(qū)域，采用大孔徑樁基礎，而對于地質(zhì)條件復雜且持力層較深的區(qū)域改用小孔徑樁基礎，從而使其達到最佳的施工效果。