丹通高速和平大橋樁基溶洞處理

朱光業

中鐵十四局集團有限公司青島工程分公司 山東青島 266061

丹通高速和平大橋樁基溶洞處理

朱光業

中鐵十四局集團有限公司青島工程分公司 山東青島 266061

對丹通高速公路桓仁新開嶺至丹東古城子段和平大橋樁基溶洞的特點進行了分析，并提出了合理的處理方案。實踐表明，該方案不僅有效地節約了成本，更加快了施工進度，還為類似的樁基溶洞處理積累了豐富的經驗。

1 工程簡介

和平大橋位于桓仁縣向陽鄉和平村，為跨越鄉道雅和線及大荒溝河設置。第二孔跨越雅和線，雅和線公路現狀為寬3.5m砂石路，凈高不小于4.5m。雅和線規劃寬度：路面7.0m，路基8.5m。大荒溝河橋位處設計流量Q1%=568.5m3/s，設計流速4.81m/s，設計水位293.340m。左線中心樁號K54+746.90，孔徑13～25m,交角45°，橋長331.10m；右線中心樁號YK54+747.65，孔徑13～25m,交角45°，橋長332.40m。上部構造采用裝配式預應力混凝土箱梁，下部結構采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎；肋板臺、鉆孔灌注樁基礎、淺基礎。橋址場地地勢起伏較大，橋孔布置已經盡量避讓了陡坡。在K54+641.630之前為整體式路基，K54+641.630之后為分離式路基，但由于左右線相距較近，故仍按整體式路基設計，橋面凈寬2×10.50m。

2 地質及水文資料

本橋橋位區地貌為剝蝕丘陵、沖洪積平原地貌，其中在小樁號橋臺位置為剝蝕丘陵地貌，基巖裸露，地勢較陡，其他地段為沖洪積平原地貌，地勢較平緩。地下水類型為第四系松散孔隙水。橋址處無可液化土層存在，未發現不良地質現象，但原線初勘時部分鉆孔揭露巖溶發育，標準凍深1.2m。

3 設計要求

本工程所有樁基全部為嵌巖樁，據不完全勘察鉆探統計，有60%的樁基礎存在不同程度的巖溶發育，設計原則是：“樁底存在弱風化巖石應不小于5m，嵌巖深度不小于2倍的樁徑”，樁頂豎向力為5300kN。

4 成孔工藝總結

4.1 代表性地質柱狀圖

圖1 代表性地質柱狀圖

4.2 鉆機的選擇

選擇鉆機的主要指標是基巖的可鉆性，即灰巖呈中風化或弱風化較為破碎狀態時，可以選擇沖擊鉆成孔。選擇卷揚機帶沖擊鉆較為經濟合理，且事故率低；

沖擊鉆沖擊弱風化灰巖1d（12h）進尺一般在0.3m左右;

工程初期，共進場8臺鉆機施工，在鉆孔樁開工初期，也曾經嘗試過用3.5t的錘頭沖擊1.40m樁基，但由于功效較低，加之工期緊迫，隨即更換鉆頭，使用5t的錘頭沖擊，功效明顯提高。

4.3 造漿

因施工地點位于山區內，當地河水水資源較豐富，故造漿采用河水造漿；石灰巖地區一般都有優質的黏土，這樣就地取材，利用河水和當地的紅黏土造漿。具體做法是使用濾網直接過濾出泥漿中的碎石屑，泥漿進入循環池，或者再利用泥沙分離器，充分提高泥漿的利用率，減少泥漿損失。這樣就避免了多次使用挖掘機清渣，使泥漿池內的泥漿損失過大。

5 溶洞處理

5.1 該地區溶洞的特點

該地區屬于中等海拔地區，鉆孔樁施工范圍有巖溶發育的位置均在灰巖地層，鉆探資料顯示，絕大多數的溶洞內都有黏土，角礫等充填物，個別存在空洞或半填充狀態；從逐樁鉆孔揭示，樁身與溶洞的交匯形式復雜多樣，有的貫穿整個樁身，有的切入樁身一部分，有的則半邊為石崖半邊為溶洞；有的溶洞漏漿嚴重，有的漏漿不明顯。

5.2 施工工藝探討與總結

5.2.1 鉆機選擇

根據巖石的堅硬程度和地質特點，選擇帶卷揚機的沖擊鉆成孔（正循環），優點是操作手可及時發現是否出現溶洞，可根據不同地質情況控制提錘高度，成孔速度快，擴孔系數較小，護壁效果好；另外，勘察孔未必能揭示真實地質情況，其他鉆機在遇到溶洞時，不一定能夠及時發現，容易發生處理不及時而造成孔內事故。

5.2.2 鉆孔遇到溶洞時易發生的幾個問題

（1）漏漿

在石灰巖溶洞發育區內施工，出現地下暗河及空洞可能性較大，根據逐樁鉆探資料反映的情況，溶洞內一般的填充物是黏土、礫石夾黏土、強風化灰巖和水，容易出現漏漿的是填充礫石夾黏土和水的溶洞。通常鉆進過程中泥漿的比重為1.2～1.3，在壓差作用下，溶洞中的水通過裂隙或其他方式排出，造成漏漿，漏漿速度快來不及補充時，容易造成孔口塌陷，甚至造成埋鉆的事故。

（2）錘頭傾斜

溶洞與樁身交匯形式多種多樣，容易形成孔底傾斜，有的會出現半邊為巖石半邊為溶洞的情況，因此在沖孔過程中易出現錘頭傾斜的現象，操作手可以通過作業手感和觀察鋼絲繩在孔口的偏移情況及時發現，如不及時處理，會發生偏孔，甚至會造成卡錘（見圖2所示）。

（3）混凝土漏失

混凝土灌注時，因混凝土的容重是孔內泥漿容重的2～2.1倍,原來相對穩定的壓力平衡被破壞，混凝土會出現漏失現象，這也是造成混凝土超灌的主要原因之一。

圖2 示意圖

5.2.3 溶洞的處理

根據這種地質與水文情況的特點，該工程的樁基溶洞處理概括起來主要有以下幾個方面：

（1）對溶洞的初步判斷和施工準備

對溶洞的定性判斷的依據是勘察地質資料，包括逐樁鉆孔記錄資料，以及周圍相近樁基的地質資料。因為溶洞的發育并不是呈點狀，而是呈線型或面型分布，如果周圍樁基地質鉆探紀錄中溶洞沒有漏水的紀錄或者是全充填狀態，基本可以判斷該樁基的溶洞不會漏漿，在鉆孔過程中不必采取特殊的處理措施，可按常規施工正常埋設護筒；反之，本樁及相近樁位的地質鉆探紀錄中都有漏水現象，就應該重點防范，具體做法是：先正常埋設護筒，備足黏土、片石、生石灰、水泥及少量速凝劑，當鉆進到指定深度后，投入混合物對溶洞進行封堵；漏漿特別嚴重僅投入混合物難以解決時，再二次下設鋼護筒，鋼護筒內直徑比樁徑大1～3cm，如果受阻，可用錘頭打入至穩定土層，目的是防止漏漿而造成的孔口塌陷。

（2）遇到溶洞時的鉆進施工

①漏漿處理

按照地質資料所揭示的溶洞位置，不論大小都應加強鉆進過程中的觀測，畢竟勘察孔只能揭示一小部分，就是說即使地質圖中標明的是小溶洞，也有可能是大溶洞或與大溶洞相聯通。當孔底接近溶洞時，應減小提錘高度，注意觀察，一旦發現泥漿漏失，應立即提錘，迅速往孔內拋投粘土、片石、生石灰、少量水泥混合物，拋填厚度不易過大，超過溶洞頂2.5m即可，以免多做無用功，粘土、片石、生石灰、水泥比例控制在40：50：9：1左右（質量比），片石粒徑不大于50cm，生石灰及水泥在混合物中起到填充溶洞后進一步擠密固化作用，效果明顯，提高功效；混合物填充完畢后，觀測連續10小時沉降小于0.5米時可落錘復沖，這樣經過一次或幾次回填復沖的循環處理，漏漿就可以控制，即可恢復正常沖孔。

②偏錘處理

當遇到如圖2的地質情況時，易發生偏錘，如不及時處理可能會發生偏孔，甚至卡錘。操作手操作時可以通過作業手感和觀察鋼絲繩在孔口的偏移情況，斷定錘頭出現偏移，可以采取往孔內拋投片石的方法，補充孔底繼續沖孔，這樣通過多次循環處理，通過該地層后，即可恢復正常沖孔。

③混凝土漏失的處理

對于較大的溶洞或漏漿嚴重的溶洞，為防止混凝土灌注時發生漏失，可以采取下鋼護筒封堵的方式解決，下鋼護筒關鍵是確定鋼護筒的直徑和下入位置。根據本工地現場的實際統計數據，錘頭直徑比設計裝徑小2～3cm，擴孔系數可控制在1.15左右，鋼護筒的內直徑則按比設計樁徑大2cm加工，這樣既可保證擴孔系數控制在合理范圍之內，又可以保證鋼護筒順利安放。這種鋼護筒采用8～10mm厚的鋼板卷制較為經濟合理，因為成孔時孔壁已被片石、粘土、生石灰混合物擠密，不必擔心鋼護筒會被混凝土壓壞。下鋼護筒可根據溶洞所處的位置和大小來確定，不必整個孔壁都用鋼護筒進行封堵，本著節約的原則，可以選擇懸掛于孔口或者焊接到鋼筋籠上安放到指定位置。

對于小的溶洞或漏漿輕微的溶洞，灌注混凝土前可以不考慮下鋼護筒，就是說允許混凝土小部分漏失，因為1t鋼護筒約為15m3混凝土的成本。但是，在不下鋼護筒的情況下，灌注完成后不要急于拔導管，注意觀察孔內混凝土頂面標高是否有變化，如果25min內沒有明顯變化，即可拔出導管；如果孔內混凝土頂面標高在緩慢下降，應繼續補灌，以免造成接樁。

6 總結

在工藝研究階段，通過不斷的資料收集和工藝逐步改革，不僅有效地節約成本，更加快了施工進度，還積累了豐富的樁基溶洞處理經驗。

[1] 中華人民共和國行業標準：公路橋涵施工技術規范（JTJ041-2000）

[2] 中華人民共和國行業標準：建筑樁基技術規范（JTJ94-2008）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.028

朱光業（1977.2-），男，山東德州人，大學本科，工程師，研究方向：土木工程施工有關方面研究工作。

樁基；溶洞；處理措施