新建鐵路巖溶非常發育地段鉆孔施工技術

吳曉紅，常淑清

(1.唐山學院土木工程系，河北唐山 063000;2.中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162)

新建鐵路巖溶非常發育地段鉆孔施工技術

吳曉紅1，常淑清2

(1.唐山學院土木工程系，河北唐山 063000;2.中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162)

介紹了新建鐵路某特大橋巖溶非常發育地段樁基鉆孔技術。施工中采取了巖溶注漿或填注細石混凝土、鋼護筒跟進、片石加黏土回填等相關綜合鉆孔技術措施，從而使本橋鉆孔施工順利完成，保證了全橋的整體施工進度。

巖溶 鉆孔 注漿 鋼護筒

1 工程概況

某特大橋通過地區的地質情況復雜，地表以剝蝕為主，部分地段基巖裸露;出露基巖為古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，巖性為石灰巖、頁巖、砂巖、泥巖、泥質砂巖等;奧陶系、寒武系石灰巖局部巖溶較發育，個別地段十分發育，巖石表面沿裂隙發育有溶溝、溶槽，溶隙和溶洞絕大多數為全充填和半填充。巖溶發育地段從上向下地質情況一般依次是粉質黏土、礫砂、粗砂、礫砂、黏土、砂類土、石灰巖、泥灰巖、石灰巖等，溶洞以較大溶洞為主，呈串珠狀發育地下洞穴，有巖溶水水流。巖溶十分發育地段橋梁基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑為1.2 m或1.5 m，樁長為50～80 m，橋墩大部分為流線型墩，一般架設32 m簡支梁。由于巖溶發育，此段鉆孔樁設計樁長較長，長樁達80多m，一般樁長>50 m。該區域巖溶十分發育，很多溶洞呈串珠狀貫通，鉆孔施工過程中容易漏漿、卡鉆，施工難度非常大。受溶洞影響，鉆孔樁設計入巖深度較大，很多入巖深度>50 m，入巖底部的巖石硬度較大，強度大都為1 500 kPa，能夠滿足此地質條件的施工機械選擇比較單一，一般采用沖擊鉆。

溶洞上覆蓋粗砂層和砂類土層，且地下水位高，沖擊鉆孔難度大。由于巖溶十分發育，半填充和無填充的溶洞較多，沖擊鉆孔過程中，易造成坍孔、埋鉆、掉鉆、地面塌陷等問題，成孔難度大。

2 巖溶發育地段成孔施工

2.1 成孔工藝流程

巖溶發育地段成孔工藝流程見圖1。

圖1 巖溶發育地段成孔工藝流程

2.2 施工工藝及方法

2.2.1 施工準備

由于在強發育巖溶地段進行鉆孔樁施工難度很大，應挑選有巖溶地區施工經驗的人員，詳細研究地質狀況，調試配置適合巖溶區段的專用泥漿，采用膨潤土護壁，并提高泥漿相對密度，最好先慢慢試鉆，積累施工經驗。

2.2.2 逐孔補充勘查地質狀況

巖溶強發育地段，每個鉆孔樁孔位處的溶洞情況也不盡相同。在沒有勘探的孔位進行每個孔位鉆探，查清楚每個孔位的詳細地質情況，詳細記錄地質狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，并畫出每根樁的地質柱狀圖列表，為制訂相應施工方案提供詳實依據。對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測密度、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。采用每個孔位處地質勘探取芯鉆孔后對后面鉆孔樁沖擊成孔也有很大的幫助，因為遇到1 500 kPa硬巖即使采用沖擊鉆施工速度也是非常慢的，如果孔位處提前鉆小孔后破壞了巖石的整體性，可以提高成孔的速度。

2.2.3 注漿或填注低強度等級細石混凝土

根據每個孔位的地質情況，對每個孔位處的溶洞進行預處理。對于較大的串珠溶洞，如果溶洞為填充型的，采用注漿對溶質進行加固，如果溶洞是無填充型的，采取填注低強度等級細石混凝土，以防止鉆孔過程中突然漏漿造成坍孔。對溶洞加固的順序為從上往下進行，可以采用間歇式施工。對較小的溶洞可以不采取預處理措施，只要在沖擊鉆孔過程中采用拋填片石黏土即可。

2.2.4 沖擊鉆孔鋼護筒跟進到位

1)跟進鋼護筒長度<8 m時，鋼護筒壁厚采用8 mm;鋼護筒長度為8～20 m以內的，鋼護筒壁厚采用12 mm;鋼護筒長度>20 m的，鋼護筒壁厚采用20 mm。

2)采用預埋100 t沉拔樁機輔助下沉比樁徑大40 cm的鋼護筒，每節長度4～6 m。

3)遇到砂層或巖層，鋼護筒無法下沉時，要采用沖擊鉆鉆進，護筒跟進，鋼護筒焊接接長，采用雙面滿焊。

4)護筒要跟進至基巖，鋼護筒入巖深度不小于0.8 m。

2.2.5 注漿加固鋼護筒底部砂類土層

采用注漿方法將溶洞頂板處的粗砂或砂類土進行固結，范圍為鋼護筒周邊3 m范圍。采用注漿泵注漿，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa范圍，注漿速度15～20 L/min，注漿參數或采取現場試驗確定，最小滲透直徑保證3.0 m，以保證溶洞頂板處土體形成固結體及將鋼護筒周邊進行固化使其形成統一的固結體，從而防止擊穿溶洞頂蓋，造成坍孔、地面塌陷等問題。注漿必須遵循先外后內的原則，即先注外圍孔，最后注里面的孔，里面孔注漿壓力須適當調高，而且所有的孔注漿壓力需要逐步提高，最后封孔。

2.2.6 沖擊鉆孔

1)沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進行。

2)為防止意外，沖孔前應有備用措施，備好材料，一旦泥漿泄露，及時向孔內投放黏土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內形成片石夾黏土的圍護結構墻，保持孔內泥漿高度，使得沖鉆順利進行。

3)當鉆至溶洞頂在1.0～1.5 m范圍內變換為低沖程密打或變換鉆頭，逐漸將洞頂擊穿，以防卡掉鉆。

4)加大泥漿質量和密度。采用優質泥漿，當缺少優質黏土時，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力，其質量配合比為黃土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸末可按黃土體積的10%摻入。

5)當巖面的傾斜較大時，鉆頭擺動撞擊護筒或孔壁時，要及時回填比巖層還要堅硬的片石，使孔底出現一個平臺后再轉入正常沖孔。

2.2.7 拋填片石黏土處理小溶洞

拋填片石黏土是處理溶洞最常用也比較有效的方法，小溶洞采用這個方法，大型串珠溶洞經過注漿或填注細石素混凝土后，在鉆進過程中也要作為一個補充措施合理應用。

片石尺寸不宜過大，宜控制在10～15 cm左右，黏土宜做成直徑15 cm左右的泥球，而且還要備足水源。在鉆進過程中，要有專人觀測護筒內泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應迅速補水，并及時將鉆頭提起，防止埋鉆或卡鉆。同時迅速向孔內投放片石黏土，沖砸固壁，并反復操作，直至當泥漿漏失現象全部消失后才轉入正常鉆進。

3 結語

在巖溶十分發育地段本工程一開始鉆孔時，經常遇到鉆孔漏漿、卡鉆、掉鉆、埋鉆、坍孔、地面塌陷、鉆機倒塌等問題而影響施工進度，施工進展十分緩慢，鉆一個孔有時幾個月都無法成孔。后采取了巖溶注漿或填注細石混凝土、鋼護筒跟進、片石加黏土回填等綜合鉆孔技術措施，從而提高了成孔質量和速度，也保證了全橋整體施工的順利進行，說明了本文介紹的巖溶非常發育地段鉆孔技術是可行的。此法為今后在巖溶發育地區鉆孔樁施工積累了一些寶貴經驗。

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U455.49

B

1003-1995(2011)02-0058-02

2010-10-20;

2010-11-20

吳曉紅(1976—)，女，山東臨清人，講師，碩士研究生。

(責任審編 王紅)