關于水中巖溶地區樁基礎施工的再探討

1 工程概況

紅巖潭大橋位于江西省九江市武寧縣巾口鄉北櫟村山下坪村小組西北約900米處，為整個永武高速公路路線跨越柘林湖尾部兒設置的大橋，全長809米，地處巖溶、裂隙發育地區，因整體90%位于湖面之上，湖床地質十分復雜，變化較大，原地質地貌變化也較大，造成施工難度加大。

紅巖潭大橋樁基設計為φ2.0m、φ2.2m及φ2.5m的鉆孔灌注樁，其中φ2.0m為14根，樁長從19m到50m不等，位于岸上，φ2.2m為38根，樁長從38m到51m不等，位于水中，φ2.5m為34根，樁長從38m到54m不等，位于水中，所有樁基均為嵌巖樁。嵌巖要求嵌入中風化巖不小于設計樁徑的2.5倍，并且要求樁底完整。

2 巖溶地區的地質特點

2.1 地質結構中水系發育發達

地質勘探資料顯示，本橋址位于九江-靖安及武寧-銅陵活動較頻繁的活動斷裂帶附近，武寧向斜北側，巖石傾向東南，傾角10～15°，節理裂隙較發育，且本區為低丘陵地貌，橋區內以壟崗地貌類型為主，兩橋臺位于庫岸的崗坡地，地形起伏較大，地勢較陡，自然坡角約40～50°，地面標高為70m左右，相對高差小，植被發育。橋址區地下水類型有上層滯水、第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水合巖溶水。上層滯水為柘林湖水庫蓄水，受季節及生產影響，其水位升降為2～4m；第四系松散巖類孔隙水主要賦存于第四季殘坡積覆蓋層中，地下水連通性較好，與地表水有較密切的水力聯系，屬橋區主要含水層，但隨季節變化較大；基巖裂隙水主要賦存于礫巖裂隙中，連通性差，富水性相對貧乏；巖溶水賦存于可溶礫巖中的溶洞及溶蝕溝槽中，本橋位溶蝕發育，溶蝕溝槽連通性較好，富水性相對豐富。

2.2 裂隙和溶洞發育

由于溶蝕的作用，加上地下水豐富，本橋位場地內巖溶較發育，溶洞數量較多，多分布于7#～19#橋樁基之位，空間分布較規則。根據地質勘察，整個大橋約有60%的樁位下有溶洞，溶洞頂板最淺埋深5.1米，最深埋深30米，溶洞高度從0.6米到17.1米不等，存在為數不少的條帶狀和直立串珠狀的多層溶洞，溶洞邊界很不規則。溶洞中大多數是半填充物，造成漏水和漏漿，甚至有的在鉆探過程中出現了塌孔現象。

2.3 覆蓋層

覆蓋層中的淤泥、粉質粘土、卵石土層厚度比較大，普遍在3～11.8米之間。淤泥、粉質粘土、卵石土層屬透水層，其內聚力很小，顆粒松散，圓礫個別粒徑較大，硬度較高，在沖孔施工時其進尺慢，當護壁較差時，極易發生孔壁坍塌。

3 巖溶地區成孔工藝的選擇

在巖溶地區如采用鉆孔方式成孔，則存在著3個方面不利因素：（1）樁端必須進入中風化巖不小于設計樁徑的2.5倍，且要求其下7米范圍內無溶洞，對頂板厚度小于6米的溶洞必須穿越，使得樁基入巖量大增，因巖石強度大，要求成孔機械必須有很強的破巖能力，但鉆孔鉆頭難以鉆透頂板，嵌巖難度大；（2）鉆孔時不能擠土堵塞溶洞和裂隙，來防止泥漿的流失，且會造成孔內外的水頭差過大，導致塌孔，清孔無法徹底，即使清孔完成，在灌注混凝土的時候也會導致大量的混凝土的擴散，對樁基質量產生影響；（3）鉆桿拆除相當緩慢，遇到溶洞開始漏漿時，不能及時提起鉆頭，導致塌孔埋鉆，而且絕大多數鉆頭無法提出，造成質量事故。

如果采用沖孔方式成孔，因沖錘沖擊能力大，穿透力強，較易穿透巖溶頂板，不受地下水影響，一旦出現漏漿、塌孔等異常情況，可以馬上以30米/分鐘的提錘速度提上沖錘，避免發生埋錘事故。而且成孔質量上能夠得到滿足，雖然對于砂礫層、巖面陡斜及遇溶洞、裂隙等問題的處理有一定的難度，但通過采取適當的技術措施能夠處理解決。

4 巖溶地區成孔施工特點及技術措施

4.1 沖孔施工

沖孔施工時，因溶洞的存在，最需要解決的關鍵技術問題就是如何讓保證成孔過程中不漏漿，或者產生漏漿但不發生塌孔，保護樁孔，保障施工人員及沖擊鉆機的安全，保證樁孔順利成孔。沖孔施工時有效的方法是做好預防工作，防止坍塌事故的發生。在成孔過程中，采取了下列處理溶洞的技術措施：

（1）因紅巖潭大橋樁基除0#臺5根樁基、1#墩3根樁基、19#墩3根樁基及20#臺5根樁基，其余70根樁基均位于柘林湖湖區之中，在樁基施工之前要進行臨時鋼棧橋以及樁基施工平臺的搭設，由于巖溶地區地質情況異常復雜，雖進行了物探和逐樁加密鉆探工作，亦難以保證全面摸清地質情況，因此每個樁位鉆機就位前，對鉆機底座進行支墊加固，把鉆機與施工平臺焊接加固，以防止塌孔時鉆機下沉和傾斜。

（2）因紅巖潭大橋施工平臺搭設在湖面之上，水深在16米～21米之間，顧采用不小于27米的鋼護筒，埋設于樁位之處，并與搭設施工平臺的鋼管樁焊接聯結，以保證鋼護筒的穩定性。

（3）溶洞處理以做好準備工作為主，鉆孔前在指定場地內準備大量的片石、粘土及適當數量的袋裝水泥，每個樁基設置一個大容積的泥漿循環池，以及安排2個大型泥漿船作為泥漿池，同時配備不少于6臺D220型泥漿泵作為備用，保證一旦樁孔出現漏漿，可以馬上經行補漿，這樣既滿足了施工的需要，又滿足了環保的要求。

（4）進行超前地質鉆，對于地質資料顯示存在溶洞的樁位以及經分析調查可能存在溶洞的樁孔，特別是半填充及無填充物的溶洞，采用小鉆頭進行超前鉆，鉆穿溶洞頂板直至終孔標高下10米，補充優質泥漿以及粘塑土加水拌成軟塑狀的混合物，使其填滿溶洞，觀察24小時后，如情況正常，再正式開始沖孔。

（5）沖孔至離溶洞頂板1米左右時，加大泥漿比重，相對密度達到1.2～1.4，粘度不小于20秒，膠體率不小于95%，PH值大于6.5，先選用小沖程進尺，逐漸將頂板擊穿，防止卡鉆。同時在擊穿頂板之前，安排專人密切觀察孔內泥漿面的變化，認真檢查孔內水頭高度、泥漿稠度和孔外水位變化，經常取渣分析，發現漏漿時應馬上提錘、補泥漿、拋填片石、填粘土，等泥漿水位面不再下降并穩定后，采用小沖錘輕打擠壓形成泥石孔壁成孔。若仍繼續漏漿，則拋填片石、袋裝粘土、袋裝水泥，混合在一起采用小沖程沖錘捶打，慢慢將片石、袋裝粘土以及袋裝水泥擠壓到溶洞中，如此反復操作，直到不再漏漿為止，轉入小沖程沖孔固壁成孔，順利穿越溶洞。

（6）在沖錘沖破溶洞時，如溶洞比較大，無填充物，沖孔至溶洞頂板巖層時，泥漿突然下降，補給泥漿不能回升，也不能保持循環流動，此時，必須往孔內回填片石、粘土和水泥混合物，使溶洞空洞形成一個自然圓錐體，然后，在圓錐體內實施沖孔，使孔周圍形成一定厚度和一定強度的護壁，保證泥漿回升到口形成流動循環，同時沖錘有可能會滑入溶洞中提錘時易被溶洞頂板巖石卡住而造成埋錘。施工時嚴禁在溶洞范圍內松錘，應繃緊鋼絲繩，采用小沖程進行低打緊擊。一旦發現漏漿或異常情況，馬上提錘到孔口，然后采取其他措施。穿越溶洞時，同時要注意鋼絲繩的情況，以便判斷是否斜孔，出現斜孔必須及時進行修孔處理，填充片石及粘土至彎處，校正孔位，再用修正后的沖錘進行修孔，直到滿足設計要求為止。

4.2 終孔的確定

由于巖溶發育的無規律性，給嵌巖樁是否嵌巖，以及嵌巖的深度、位置帶來了一定的不確定性，也因此對樁基的嵌巖狀況的判斷帶來了相當大的難度。施工時，應注意根據地質勘察資料，結合對當地的調查情況，作出綜合的判斷：（1）實際地層是否與勘察資料相符，若不相符應與施工情況反映為主，必要時加補地質鉆探；（2）有無漏漿的出現，依次判斷有無可能存在溶洞，終孔前后泥漿必須穩定；（3）沖孔進尺的快慢以及是否斜孔，一般在溶洞內部或其他軟弱層，沖孔進尺較快；（4）是否有溶蝕面的存在。

灌注水下混凝土之前，必須嚴格控制二次清孔，這對保證樁身質量及混凝土的強度與均勻性將起到良好的效果，在灌注水下混凝土時，由于溶洞的存在，使樁基混凝土體積增加，應根據拌合混凝土的次數計算灌注到孔內混凝土的體積，并測量灌注混凝土上升的高度，根據混凝土上升部位和灌注混凝土數量可估算樁直徑大小情況，以此來保證樁基礎成樁質量。

5 結語

紅巖潭大橋樁基成孔施工中采取的溶洞處理方法，是經過一段時間的不斷摸索和對以往經驗的具體實踐形成的。采取了以沖孔為主的成孔工藝，而且在正式沖孔之前，采用“超前地質鉆”的技術，鉆穿溶洞頂板，讓泥漿現在正式沖孔之前充滿溶洞空間，消除壓力差，大大地減少了沖穿溶洞頂板時產生的漏漿，保證了成孔率100%，經檢測，樁基的合格率100%。證明了所采取的工藝方法是成功的，而且處理溶洞時，沒有施工全護筒代替泥漿護壁，而是采取拋填片石及粘土的方式填堵溶洞至密實狀態，大大節省了混凝土的使用，產生了較大的經濟效益，同時對自然環境的破環也減到了最小，收到了良好的社會效益，為我們今后的施工提供了一個不可多的的實踐經驗。