復雜巖溶地質鉆孔樁施工技術探討

王秋懿

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西西安 710021)

1 工程概況

湘桂鐵路擴能改造工程永州至柳州段，其柴田雙線特大橋，全長3 648.78 m，設計鉆孔樁947根，樁徑為125 cm和150 cm，最大樁長93.5 m，為全線最長特大橋，是全線重點控制工程。

橋址所在地區位于廣西省桂林高市靈川地段，地層覆蓋土較厚，表層及局部卵石層中分布厚0 m～20 m軟土，下伏基巖為石灰巖，巖性差異較大，可溶性巖段巖溶強烈發育，溶洞較多，溶洞密集成串且相互串聯，同時溶洞形狀各異，錯落無序，有的溶洞發育規模大，溶洞內充填或半充填含砂、石且漏水或是空腔溶洞;溶洞體高度一般在2 m以上，大者達到30 m溶腔，最大深度87 m，且溶洞分布高度及深度不具備規律性，且有大范圍串通，呈多層立體分布。

2 技術難點

在區域基巖發育極不平衡，溶洞極為發育，溶洞數量多，成串珠式溶洞，溶腔大，樁基施工難度大，長樁多，處理耗時、耗力，成樁困難，施工中不可預見情況隨時可能發生。經常出現漏漿、偏孔、塌孔、卡鉆、掉鉆，甚至地面塌陷、鉆機傾倒等技術問題;一個溶洞反復漏漿，反復處理，使得工效和進度緩慢，甚至沒有進展;并且成孔后的清孔和混凝土澆筑過程中經常出現塌孔、涌水涌泥、漏漿、混凝土超灌、混凝土下沉等技術問題。

3 樁基巖溶整治的原則

1)巖溶樁基整治必須掌握其水文地質特征，必須有詳細地質狀況記錄(包括:溶洞深度、高度、填充物類型)，為制定相應施工方案提供詳實依據。

2)根據設計地質鉆孔柱狀圖揭示溶洞位置和形態，及有無填充物和是否漏水對每根樁制定出相應的溶洞處理方案、鉆進方式及施工措施。

3)巖溶整治方案要結合于工期和成本進行比較。施工中不斷的總結經驗數據，完善施工方案，指導施工，并可提出樁基設計優化方案，進行變更處理。

4)樁基施工先根據地質特點，制定鉆孔順序，同墩臺堅持先施工長樁后短樁，先易后難的原則，探明溶洞地質分布情況后，確定處理方案，提前準備填充溶洞物資，加快鉆孔樁施工進度。

4 溶洞處理措施

針對巖溶發育地區的鉆孔樁施工，經常采用拋填片石、黃泥(或混合稻草)擠壓，灌注水泥或混凝土、鋼護筒跟進、注漿預加固等措施進行鉆孔樁施工，但采用哪種方法或哪幾種方法綜合治理的性價比更高、更有效。首先我們分析鉆孔樁施工中會遇到哪些特殊情況，針對各種情況是如何治理的。

4.1 塌孔、漏漿的情況

在巖溶地區鉆孔樁施工，最常見的是塌孔、漏漿情況，一種是擊穿溶洞后，孔內無填充物或少量填充物時泥漿流失，造成漏漿塌孔;另一種是巖石裂隙漏漿，處理方法因地質和溶洞情況處理不一樣，可分為以下幾種方法。

4.1.1 鋼護筒跟進

鋼護筒跟進是防止孔內泥漿流失引起塌孔或地表塌陷的最好方法，但施工成本費用高，投資大，操作要求高。鋼護筒跟進深度根據土層深度和溶洞發育情況可分為兩種情況:第一種適用于土層地質較差(如卵石土、粉砂類)，覆蓋較深，容易塌孔，且基巖內溶洞規模較大層數較少的淺埋溶洞，鋼護筒跟進深度不深(一般不超過30 m)，只需跟進至基巖面上或基巖1 m范圍內，采用單層鋼護筒跟進;第二種是溶洞規模較大、層數較多、溶洞內填充物性能較差的大型溶洞，且深度較深者必須采用雙層(或三層)鋼護筒才能順利跟進。

1)單層鋼護筒跟進:

a.鉆孔前應先安裝2 m的孔口定位鋼護筒，護筒應比設計樁徑大30 cm～40 cm，高出施工地面50 cm，其埋設位置要準確和牢固。然后采用比設計樁徑大5 cm～10 cm的鉆錘進行開口鉆進，隨后跟進鋼護筒，采用不小于90振動錘將鋼護筒壓入，鋼護筒應大于設計樁徑20 cm～30 cm，鋼板厚12 mm～15 mm，護筒頂外側加焊一圈鋼板作刃腳(10 cm～15 cm)。單層鋼護筒跟進深度不深，一般到18 m～24 m左右鋼護筒即可下沉至基巖，鋼護筒分段加工，現場跟進時拼接，拼接的垂直度、焊接質量控制較高。

b.護筒下沉到基巖面時，應在鉆孔前及鉆孔過程中加入適量小片石和黏土塊，然后用小沖程(0.5 m～1 m)沖擊鉆孔，以便加固護筒底腳孔壁，防止斜孔、塌孔、卡錘、漏漿。

2)多層鋼護筒跟進:

雙層鋼護筒跟進法鉆孔施工流程如圖1所示。

a.鉆孔前根據設計地質資料確定鋼護筒長度、層數及每層鋼護筒的內徑，外層鋼護筒的內徑應比內層鋼護筒內徑大10 cm～20 cm，最后一層鋼護筒內徑應比樁徑大5 cm～10 cm。

b.鋼護筒的厚度及剛度要根據下沉的深度、地質結構、內外壓力差和震動或錘打施工條件等確定。

c.首先開孔時先安裝孔口鋼護筒，護筒應比外層鋼護筒大20 cm～30 cm，高出施工地面50 cm，一般埋深2 m，其埋設位置要準確和牢固。然后采用比跟進內層鋼護筒大5 cm～10 cm的鉆錘進行開口鉆進至第一層溶洞頂板時停止，下沉外層鋼護筒，改用小沖程鉆進，緩慢將溶洞擊穿，當沖外層鋼護筒跟進下沉至第二層溶洞頂，同樣方法擊穿溶洞，改下沉內層鋼護筒穿過第二層溶洞。

d.鋼護筒下沉時容易傾斜，因此鋼護筒外側設置導向鋼板，先保證順直下沉，逐段拼接，待不能自行下落時，再采用振動錘施打。另外當鉆孔穿過溶洞頂時，要用小沖程(0.5 m～1 m)反復回填片石沖擊，使得成孔圓滑;當內層鋼護筒到位后，因與巖面接觸不緊密，所以在鋼護筒刃腳范圍內拋填粘土片石用小沖程進行沖壓，堵住溶洞和護筒之間的裂縫。

圖1 雙層護筒跟進法鉆孔施工流程圖

4.1.2 回填混合物處理溶洞

回填是處理溶洞較快和較有效的方法，但工效低，需反復沖填，適用于較小溶洞、溶溝、溶槽。回填宜采用片石黏土(增加稻草)、袋裝水泥、低標號素混凝土(水下混凝土灌注)等物。

1)回填片石黏土。

巖溶地區進行鉆孔時需在樁位附近準備足夠的片石、黏土，當孔內發生泥漿流失，下降速度較快時，應及時補充泥漿，提出鉆頭，及時采取分層按比例回填片石、黏土，直至不漏漿為止，填充物高出溶洞頂1 m～2 m;如果溶洞較大時且溶洞內填充物較好(如粘土類)時，回填片石黏土增加些稻草，小沖程反復沖填擠壓密實，有利于護壁，當泥漿不漏失后方可轉入正常鉆進。

2)回填袋裝水泥。

當鉆進至溶洞附近時遇到巖石裂隙、溶溝等泥漿滲漏情況，如回填黏土片石當鉆至該位置時，又開始滲漏，無法堵漏，最好是回填袋裝水泥，可更有效的堵裂隙滲漏，同時可提高泥漿粘度。

3)回填素混凝土。

若遇到溶洞過大，且溶洞內填充物較差或空溶洞時，則先回填碎石、粘土及袋裝水泥，用小沖程沖擊，將溶洞初步填堵。因回填沖孔后易再次發生塌孔，可采用低標號混凝土進行水下混凝土灌注，混凝土頂面要高出溶洞面1 m左右，待強度達到要求后重新沖擊，鉆孔可順利穿過溶洞，快速成孔。

4.2 地表塌陷的處理

鉆孔樁位有淺埋溶洞地層、土層較差容易塌陷或存在地面樁位塌陷造成其他結構物隱患的樁孔，需要先對溶洞進行預加固后再進行鉆孔。采取注漿加固能較好處理這類問題，但注漿量較難確定，成本較大。因此先對整個墩臺樁基進行分析，確定布孔位置和數量，主要對巖溶裂隙和溶洞充填物進行注漿固結，其次是回填空腔溶洞。首先對每一根樁的中心位置或橋墩承臺的四角鉆注漿孔，進一步對地質情況勘探，探明溶洞的高度及填充物的詳細情況，確定每根樁的溶洞處理深度，注漿處理方式:對于溶洞半充填物或充填物松散軟塑狀，直接注水泥或水泥砂漿;對于洞內無填充物或填充物較少，需在注漿前填充碎石或干砂，然后注漿。

采用間歇注漿方式，循環注漿多次，注漿壓力控制在0.5 MPa～1.0 MPa范圍，注漿時注漿管必須插入填充物的底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，注漿速度控制在15 L/min～20 L/min。

經過注漿預加固處理后的巖溶，成孔方法基本上與普通石質地層成孔方法相同，采用沖擊鉆沖擊的方式成孔。

4.3 樁孔傾斜偏孔處理

在巖溶地區進行鉆孔樁施工，經常造成鉆孔樁的傾斜偏孔，影響樁的承載能力，或樁基鋼筋籠無法正常下落就位，嚴重的造成卡鉆、掉鉆等事故。造成偏孔的主要基巖巖面傾斜、巖石軟硬不同、樁位巖溶呈半分布狀態。防止孔樁傾斜偏孔，要提高警惕，盡早發現，及時整治糾偏，以免造成嚴重偏孔，主要采取以下措施。

4.3.1 回填處理

1)對于斜巖巖石強度不大和偏孔不嚴重的鉆孔，鉆孔時要加強觀測，一旦發現鋼絲繩偏擺，立即停止沖擊，進行拋填巖石堅硬的大塊片石，采用小沖程沖擊，反復回填片石糾偏。

2)對于溶洞呈半分布的孔樁，且溶洞為空洞或半填充時，采用回填高標號混凝土水下灌注將溶洞填滿，待強度上來后，采用低程勤擊的方法進行沖擊;全填充時，同上采用大塊片石反復回填糾偏。

4.3.2 水下爆破糾偏

基巖強度過大和斜巖傾斜角過大的鉆孔，采用回填糾偏很難糾正時，采取水下控制爆破，破碎或松動斜巖巖面，再沖擊成孔，能快速的糾正偏孔，加快鉆孔迅速，可每天進尺3 m～4 m。

1)鉆孔:采用小型地質鉆機打孔，鉆頭采用110 mm，先跟管鉆進，將套管下到基巖幾十厘米深位置，然后用直徑較小的鉆頭在套管內進行鉆孔作業，鉆孔深度3 m～5 m。

2)裝藥:采用“間隔”分段裝藥，將炸藥按“間隔”方式分段捆綁在鋼筋上，配兩個以上電雷管串聯方式起爆，通過套管向孔內送入，然后將套管向上拔起1 m左右，裝藥量以炸碎或炸裂斜巖巖面為限，裝藥量不能過大，以免沖擊力過大造成塌孔。

3)起爆:每個炮孔至少裝兩發以上雷管，對電雷管要隨時檢查電阻和對地電阻，雷管要串聯方式連接起爆。

4.4 其他特殊情況

巖溶樁基施工，在擊穿溶洞時或穿過溶洞區域，極易發生卡鉆、掉鉆現象。施工中應根據地質資料和錘擊的聲音變化判斷溶洞的位置，當鉆孔接近溶洞頂板前，改為小沖程沖孔，或先用小鉆頭擊破頂板，再用標準錘擴孔;其二當擊穿溶洞頂后，應回填大塊片石將溶洞頂板處反復修圓，防止卡錘。

當遇到卡鉆時不能急于求成，要首先分析原因，是落石或塌孔引起埋錘時，可用小沖錘擊碎石塊和黏土，再用泥漿泵清孔后，提出鉆錘;若是由于斜巖卡鉆，可采用水下爆破法震松，提出錘頭。

當遇到掉錘時，可用錘鉤下撈鉤住鉆錘，清孔后，采用滑輪組進行撈錘，提出鉆錘;若不能鉤住錘頭，請專業潛水員撈錘。

5 結語

巖溶地區鉆孔灌注樁施工難度大，風險高，施工中的不可預見因素太多。要根據設計地質資料，擬定相應的技術處理措施，提前做好充分的準備工作，配備各種處理材料和機械，加快施工進度及成本控制。

在柴田雙線特大橋施工過程中，我們經常遇到漏漿、地表塌陷、塌孔、偏孔和掉錘等情況，在施工中積累了寶貴的施工經驗。巖溶地區樁基施工，決不可墨守成規，采用單一的處理方式方法，以綜合治理的方式更為適宜，我們采用過注漿預加固、水下控制爆破處理斜巖糾偏、長護筒跟進、回填黏土、片石加稻草及水下混凝土回填等施工工藝，為樁基施工進展提供了有力的保障，取得了顯著的效果，順利按期完成了樁基工程，有效的控制了成本。

［1］鐵建設［2010］241，高速鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.

［2］劉漢銀.斜巖巖溶地質鉆孔樁施工技術［J］.鐵道建筑技術，2011(5):91-93.

［3］辛衛軍.淺談巖溶地區的樁基施工［J］.山西建筑，2010，36(8):139-140.