巖溶地區鉆孔樁成孔施工技術

章鴻祥

【摘 要】通過對溶巖地區樁基鉆孔施工技術的探討,可以加深溶巖地區鉆孔樁成孔技術的認識,從中得到有益的參考和幫助。

【關鍵詞】巖溶 鉆孔樁 沖擊成孔

【中圖分類號】TU7【文獻標識碼】A

巖溶、溶隙等是一種形態奇特且分布的自然現象,宏觀上雖有特定的發育規律,但在不大的施工場地上,其分布則是無常的,這無形中就給樁基施工增加了難度。沖擊鉆孔對不均勻地層具有良好的適應性,鉆進時易及時發現和處理因地層軟硬不均而引起的鉆孔偏斜;對于溶洞地層能很好地沖填加固孔壁,并能及時造漿,防止和糾正偏斜孔。

一、施工準備

沖孔樁施工時,在穿越松散地層、溶洞、陡巖面等地層時,如施工工藝不當會導致孔壁失穩坍塌、斜孔和卡鉆埋鉆等事故,故施工前要充分做好以下幾方面的技術準備工作:

1、全面熟悉設計圖紙和技術規范,掌握詳盡的樁位地質資料,制訂適當的施工方案和施工技術保障措施,報監理工程師審批;

2、設計要求每根樁必須用地質鉆機鉆探,詳細記錄地質狀況、溶洞深度、高度、填充物類型,繪制地質柱狀圖,為制定相應的施工方案提供詳實的依據;

3、根據地質鉆探資料和填充物情況,對每根樁設計出相應的溶洞處理方案及施工措施;

4、設計要求施工前在橋位處進行鉆孔樁成孔試樁試驗,以取得經驗數據,完善施工方案,指導施工;

5、遇到與地質勘探資料不一致的特殊溶洞時,必須請監理工程師和設計單位核查,明確處理方案,并報監理批準后實施。

二、沖擊鉆孔成孔

1、埋設護筒

在樁基定位并經復核無誤后方可進行護筒埋設,護筒中心的位置要準確,傾斜度小于1%,長度根據不同的地質而定,頂面需高于地面0.5m～1.0m,以便提高孔內水頭壓力。護筒長度不短于3m～4m,護筒周圍換填粘土。為盡量減少成孔作業過程中鉆機底座偏壓力對孔壁穩定性的影響,可采用鋼軌支架墊起鉆機以分散沖擊力。

2、泥漿制備

鉆孔泥漿由水、粘土(膨脹土)和添加劑組成,有懸浮鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具,增大靜水壓力并在孔壁形成泥皮、隔斷孔內外滲流、防止坍孔的作用。鉆孔泥漿選用水化快、造漿能力強的粘土制備,泥漿比重取規范高限1.2～1.4,泥漿稠度、含砂率、失水率按規范要求控制。

3、覆蓋層鉆進

覆蓋層鉆進時,每進2m要進行一次拋片石粘土填料沖砸固壁。上下填料搭接長度不小于0.5m。鉆進時采用1.5m～2.0m的中小沖程,并加大泥漿稠度,持續反復沖擊使孔壁堅實。鉆至離溶洞頂部約1.0m左右時,在1m～1.5m范圍內變換沖程,逐漸將洞頂鑿穿,隨時防止卡鉆。

4、擊穿溶洞頂板

首先,擊穿溶洞頂板后,孔內水位迅速下降,鉆機司機應提起鉆頭,置放在距離鉆孔4～5m的地面上,離開鉆機;同時另一人將大水管放入孔口,對孔內補水,保持孔內水頭高度;裝載機向孔內填土石,土石的比例是1∶1,回填高度超出溶洞頂不小于2m,若此時仍在漏水,繼續回填土石,高度超出溶洞頂4m左右,等待2h,觀察地面有無塌陷跡象,若無安全隱患開始下步工作。

第二步,鉆機重新沖孔,直至漏水止,開始第二輪回填,如此反復多次,直到溶洞內的擋土墻不漏水為止,進入下步工作。

第三步,擋土墻不漏水不能說明它能承受混凝土灌注時產生的壓力。實踐說明,當完成第二步堵漏工作后,必須反復回填土石,沖孔3次以上,提高擋土墻的抗傾覆能力,滿足灌注混凝土時的壓力。

穿越溶洞后,按正常速度繼續鉆孔直到設計樁底。

三、終孔檢查

終孔樁端全巖面現場應主要從四個方面進行綜合判斷:

(1)以樁孔實際見巖高程始,至少進尺50cm后,可申報全巖面檢驗,超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只作為參考;

(2)查閱機臺施工記錄,可將基巖進尺速度0.1m/h～0.2m/h作為進入全巖面的控制速度;

(3)可觀察井口鋼絲繩的擺動情況,錘頭觸巖面時會出現輕微的反彈;

(4)使用細網篩撈取巖渣,巖屑含量為50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時,認為已入巖。

四、清孔

清孔緊接在終孔檢查后進行,避免隔時太長以致泥漿沉淀,引起鉆孔坍塌。采用換漿法清孔,通過向孔底壓注泥漿,讓鉆渣上浮并隨同泥漿流入泥漿池沉淀。為加速清孔,施工人員可用濾網撈出鉆渣。當孔內鉆渣清除干凈、砂率<2%時方可下鋼筋籠。鋼筋籠下完后在灌注混凝土前要進行二次清孔,主要防止沉淀,降低砂率,并向孔內注入稀漿循環流動降低泥漿相對密度至1.1左右,對于易塌地層,泥漿相對密度可保持在1.2～1.25左右。

五、水下混凝土灌注

1、準備工作

⑴ 鉆孔直徑和孔形、清孔工作須滿足規范及設計要求。

⑵ 灌注和處理故障所需各種機械設備必須準備齊全,需要特別注意的是導管連接拼裝的水密性檢驗,升降機械設備、隔水提板等必須符合要求。

⑶ 水下混凝土的配比經試驗確定,一般坍落度應控制在18～22cm。

⑷ 首批灌注混凝土的數量計算,要確保第一次埋管達到1.0m以上。

2、灌注施工技術要點

⑴ 首批混凝土的灌注是全樁混凝土灌注成功的關鍵,必須嚴格控制。首批灌注的混凝土的質量和數量,必須滿足混凝土導管一次連續下落后能將導管埋入混凝土的深度<1.0m。

⑵ 根據施工經驗,漏斗下口與導管頂口相接處改變過去的栓閥,采用提板軟墊法。提板可用比導管口徑稍大的鋼板焊上耳扣,下面的軟墊可采用塑料布或水泥袋紙,不會阻礙混凝土下落而且很經濟。灌注開始時,保持導管下口距孔底25～50cm不動,用副卷揚機提出提板,使漏斗底口完全敞開,隔水塑料布托住混凝土降至孔底,用手電筒照射導管內檢查,如沒有被堵塞下不去的混凝土拌合物,也沒有泥漿水充滿導管內,則首批灌注成功,可繼續進行灌注。

⑶ 在繼續灌注混凝土拌合物的過程中,要重點控制導管的最大、最小埋深。控制導管最大埋深的目的是防止埋深過大,導管拔不出來;控制導管最小埋深的目的是防止導管拔出混凝土表面以致導管內進水,而且還容易使后灌混凝土沖破先灌注的混凝土表面而覆蓋在原混凝土表面沉淀的泥渣層上,形成夾層斷樁。

⑷ 混凝土灌注到樁基上部時,由于落差變小、壓力減小,為保證混凝土密實,應上下抖動導管或增大漏斗底口高度,產生較大的超壓力將首批灌注的混凝土全面頂托上升。由于首批灌注混凝土覆蓋底層從樁孔底頂托到樁頂,長期與鉆孔中的泥漿接觸,清孔時泥漿中未清除干凈的泥砂、鉆渣逐步沉淀在首批灌注的混凝土表面,因此灌注到頂時應比設計高程超出0.5～1.0m。

六、結語

巖溶地區鉆孔樁施工由于地質復雜和有許多不確定性,為鉆孔帶來許多難度,因此要求事先多鉆孔,做到每根樁都鉆,繪制每根樁的地質剖面圖,了解溶洞走向,為確定施工方案提供依據。溶洞的處理方法不是一成不變的,應根據覆蓋層地質情況、溶洞填充情況等選擇適合本地區的方法。

參考文獻

【1】劉漢龍,武廣客運專線新廣州站巖溶地區鉆孔樁成孔施工技術,《鐵道標準設計》,2007年第6期

【2】蔣景順,溶洞區鉆孔樁成孔施工關鍵技術,《交通標準化》,2007年Z1期

【3】姚軍軍;姚輝,鉆孔樁穿越溶洞地層的施工,《鐵道建筑》,2005年第5期

【4】張震,鉆孔灌注樁穿越溶洞地層的施工,《山西建筑》,2004年4月