超長溶洞樁基施工技術的探討

魏志強

(中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000)

圍繞超長溶洞樁基施工中形成穩定孔壁難;鉆進進度慢，周期長;在清孔及灌注水下混凝土過程塌孔、穿孔風險大的三大施工難度。我們對上述問題作了仔細研究并取得了一定成果，為同類型鉆孔樁的施工提供了有益參考。

1 工程概況

滬昆客專是國家規劃建設的“四縱四橫”鐵路客運專線網的主骨架，是一條線路里程最長、影響范圍最大、經過省份最多的東西向客運專線。跨譚邵高速公路特大橋主跨距譚邵高速韶山出口約2 km，跨譚邵高速公路特大橋主墩基礎按照上下游分體式設計，17號，17’號位于高速公路東側，18號，18’號位于高速公路西側，每個橋墩均設置8根直徑1.8 m鉆孔樁，上部結構為90 m中承式異型拱。

17號，17’號，18號，18’號共4個主墩樁基礎均位于巖溶發育地區，設計樁樁長100 m～125 m，平均樁長120 m。17號墩粘土覆蓋層較厚，最大達到37 m。樁基溶洞呈連珠形式，平均需穿過15層溶洞，最多為20層，平均累計溶洞高度43.5 m，最大累計溶洞高度58.4 m。大部分溶洞無填充物，含有巨型溶洞，最大溶腔高度為17.5 m。溶洞在墩位處基本為全連通，在地質勘探時還發現與600 m外的獅山村水井連通，溶洞內有探頭石。

2 超長溶洞樁基施工難點

1)樁基溶洞多，各溶洞無填充且互相連通，同時墩位臨近高速公路，形成穩定孔壁確保鉆進不塌孔，確保成孔質量難度大;2)樁基最長樁長達125 m(孔深135 m)，加快鉆進進度控制成樁周期難度大;3)成孔后清孔及灌注水下混凝土過程中不塌孔確保成樁質量難度大。為此，我們對上述問題作了仔細研究，為同類型鉆孔樁的施工提供參考。

2.1 形成穩定孔壁確保成孔質量

下放鋼護筒對松散的覆蓋層通過自身剛度形成穩定孔壁;水玻璃注漿體通過固結填充等形式對無填充和半填充溶洞形成有一定強度的人工護壁;片石黃泥填充擠壓對全填充溶洞形成較穩定的人工護壁。具體敘述如下:

本工程臨近高速公路，樁基距離高速公路最近為8.5 m，鉆孔樁形成穩定的孔壁不僅是鉆孔的需要，同時也能確保高速公路不會因孔壁坍塌造成路基下沉。因此我們采用了綜合處理方式:

1)開鉆前，在承臺周圍及樁身鉆孔對無填充或者半填充溶洞預注水玻璃漿，可以有效隔斷溶洞，固結樁周土體，形成穩定孔壁。2)所有鉆孔樁在開孔后，采用護筒跟進至嵌入穩定的巖層2 m。可避免因鉆孔樁泥漿流失后形成孔壁負壓造成局部坍塌，防止高速公路路基局部下沉。3)鉆進過程中采用片石、黃土回填處理部分全填充或者局部漏漿的溶洞。采用片石、黃土回填后反復沖砸至擠密孔壁，可進一步加強孔壁穩定。

2.2 加快超長溶洞樁基沖擊鉆，縮短成孔周期

施工過程中采用泥漿分離器等設備加快泥漿循環清渣以提高進度;采用自動操作裝置代替人工提高效率，減少誤操作，提高進度。

常規沖擊正循環鉆機在鉆進超長溶洞樁基時成孔慢的主要原因有以下幾點:

1)配套泥漿泵等設備對于泥漿浮渣的作用有限，造成清渣慢，孔底易板結。

2)孔深后主繩難以有效使鉆頭轉動靈活，容易形成十字槽卡鉆。

3)全填充溶洞處巖石軟硬不均，易造成沖擊鉆頭偏孔，嚴重時卡鉆。半填充和無填充溶洞處易發生卡鉆，有時還會因空打斷繩后掉鉆。

針對這些問題，我們從改善換漿設備，控制沖程，加快沖擊頻率等方面進行改進:

1)配置ZX200型泥漿分離器，在鉆孔過程中及時清渣，同時設置配漿池，有效提高了循環清渣的進度。

2)對鉆機安裝自動操作裝置。微機控制的自動操作裝置通過檢測和控制鋼絲繩的松弛量實現自動沖擊。在沖擊開始前，首先設置鉆機沖程和松弛量，然后由微機發出閉合液壓離合器控制信號，使卷揚機開始正轉，并記錄轉筒初始轉角位置，在轉筒不斷轉動的過程中，不斷采集記錄轉筒轉角位置，當鋼絲繩拉緊時微機將此時轉角信息與初始轉角信息比較，修正鉆頭提升量。當鉆頭提升達到提升量后微機控制將離合器打開，在沖程達到設定沖程后離合器閉合進行下次沖擊。在主繩達到沖程仍未出現松弛時系統會自動鎖死停機，防止鉆頭下落過大。在實際操作中，我們設定1.2 m沖程，沖擊頻率達到15次/min，比常規沖擊鉆機7次/min～8次/min，沖擊效率有了極大的提高。使用自動控制后，主繩松弛量極小，主繩基本處于收緊狀態，鉆頭擺動小，擴孔率小。在擊穿溶洞頂面后未出現松繩過多而卡鉆。鉆頭在孔底停頓時間極短，使鉆頭及孔底段泥漿保持轉動狀態，也避免了出現十字槽。

2.3 優化配合比

選擇高性能混凝土;鋼筋籠對應溶洞處外包鋼筋網片，有效減小混凝土對孔壁側壓力，避免孔壁壓穿，確保成樁質量。

混凝土配合比優化后，在保證強度和耐久性的前提下，和易性優良，緩凝時間12 h滿足灌注要求。

在鋼筋籠加工時，針對超大溶洞，在對應鋼筋籠位置外包一層3 cm×3 cm網眼的鋼筋網片，網片包裹外徑同樁徑。外包網片按鋼筋籠分節設置，施工方便，有效減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側壓力，避免孔壁擊穿。

3 樁基施工方案

3.1 總體施工安排

由于橋位巖溶形態復雜，溶洞互相連通，孔深最大達到135 m，采用10 t以上的卷揚機，鋼絲繩采用φ28鋼絲繩。本地區巖石強度較高，鉆頭重量應保證在6 t以上。開孔時根據地質資料確定合理開孔順序。針對樁基臨近韶山高速公路，覆蓋層厚，溶洞多的難點，采用承臺四周注漿封閉預處理，鋼護筒防護跟進至巖面，片石、黃泥過程處理相結合的綜合處理技術，確保成孔質量，也確保臨近高速公路的施工安全。針對樁基為超長樁，尤其是溶洞樁基，孔深后泥漿比重較大，沖擊能低，進尺緩慢，磨損鋼絲繩;鉆頭轉動不靈活，容易形成十字槽、卡鉆的難點采用加重鉆頭及自動控制裝置保證成孔進度。在超大溶段對應鋼筋籠位置外包一層3 cm×3 cm網眼的鋼筋網片，減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側壓力，確保成樁質量。

3.2 溶洞樁基施工關鍵工序

3.2.1 溶洞注漿預處理

水玻璃注漿可以加固溶洞填充物和填滿溶洞空間，防止鉆孔樁施工時泥漿流失及坍孔等情況的發生，保障成孔及水下混凝土澆筑等施工工序的順利完成。在鉆孔樁施工時，在承臺四周及樁間布置壓漿孔進行灌注水玻璃漿，樁身四周孔距按照6 m～8 m布置灌漿孔。注漿時多層溶洞從最上層溶洞開始注漿作業，逐層鉆探逐層注漿。注漿時注漿管伸入溶洞底部，邊注漿邊緩慢上提，對超大溶洞及串通溶洞采用間隔壓漿以減少用漿量。

3.2.2 護筒跟進

17號，17’號墩距離高速公路較近，采用鋼護筒穿透覆蓋層后跟進至穩定巖面以下1 m～2 m的穩定層可以有效起到孔壁防護的作用，也可以避免因鉆孔樁孔壁坍塌造成高速公路路面塌陷。

首先利用3 m高，直徑2.4 m的護筒開孔，加大鉆頭直徑至2.05 m鉆至穩定巖面以下1 m～2 m，采用直徑2 m的護筒跟進至孔底。護筒跟進完成后將鉆頭改成1.8 m把護筒底口沖砸密實，同時內護筒與外護筒間隙用黃土填塞密實后正常鉆進至設計標高。

3.2.3 鉆進過程中溶洞處理

鉆進過程中溶洞處理主要采用片石、黃土回填，反復沖砸至溶洞擠密孔壁，彌補加固注漿處理薄弱段，有效形成穩定孔壁。

回填時針對不同地質情況采用不同比例片石、黃土回填，按先堵后擠的方式處理，控制漏漿，保持孔內水頭，再分層回填反復沖砸至不漏漿。

3.2.4 鋼筋籠外包網片

在鋼筋籠加工時，在超大溶段對應鋼筋籠位置主筋焊網片支撐筋，外包一層3 cm×3 cm網眼的鋼筋網片，網片包裹外徑同樁徑，有效減小混凝土灌注過程中混凝土對孔壁側壓力。

3.2.5 自動操作裝置安裝調整

微機控制的自動沖擊鉆機減輕操作人員的勞動強度，提高了生產效率。施工時在幾臺鉆機上設置1 m～2 m沖和松弛量進行鉆進，比較各地質情況下鉆進情況，調整設置最合適沖程。

4 結語

本工程超長溶洞樁基通過一系列的技術手段，達到了安全優質的目標，采用自動化操作裝置降低施工人員勞動強度，達到了高效的目標。該項目對于類似項目施工具有一定的借鑒意義。

[1] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.跨譚邵高速公路特大橋〈長昆客專(長玉段)施橋—52A〉設計圖[Z].2009.

[2] 《公路施工手冊》編寫組.公路施工手冊——橋涵[M].北京:人民交通出版社，2010.

[3] 任立濤.樁基施工小結[J].山西建筑，2010，36(17):121-122.