淺談南欽鐵路聯坡雙線特大橋巖溶地質鉆孔樁施工

摘 要：南欽鐵路聯坡雙線特大橋樁基礎地處廣西巖溶發育地段，溶洞且有單層、多層，空溶洞、半填充、泥漿填充、密實粘土填充的多種復雜情況。針對每個樁的實際情況具體分析判斷，有針對性地分別采取拋填片石和粘土、鋼護筒跟進、鉆孔注漿封閉等處理措施，取得了較好的效果。通過該橋施工，對于類似巖溶地區鉆孔樁施工有借鑒的作用。

關鍵詞：橋梁 巖溶地區 鉆孔樁 施工

中圖分類號：U445.551 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-04

1 工程概況

中鐵大橋局南欽鐵路NQ-1標聯坡雙線特大橋里程為D2K14+045.62至D2K16+31.586，全長985.966 m，位于良慶鎮淥曉村旁。該橋設計為62個墩臺（0#～61#臺），共有樁基礎494根，設計樁徑均為1.25 m，平均樁長約為30 m，全部為柱樁。橋址位置地形起伏不大，地表大部分為旱地，少量荒坡，丘間槽地多為魚塘、水田。橋梁沿線主要特殊巖土為人工棄土、松軟土、粘土、灰巖等，地下水位較低，巖溶發育。根據目前掌握的地質勘探資料顯示，聯坡雙線特大橋沿線在樁中心處的溶洞最小為0.2 m、最大為17 m，且有單層、多層，空溶洞、半填充、泥漿填充、密實粘土填充的多種復雜情況，樁基礎施工的溶洞處理是本橋施工的重點、難點。

2 施工準備

施工前除正常施工準備外，還需做好以下事項。

（1）對承臺各樁地質資料進行綜合分析，對該承臺下溶洞分布的位置、高度、填充物、開放型或封閉情況、連通性等必須提前

掌握。

（2）根據對地質資料分析每個樁情況，選擇施工方法。

（3）施工前應進行詳細的技術交底，使具體操作人員、技術人員、作業隊長等都知道溶洞的位置、大小、充填情況以及應采取的施工方法和措施。

（4）編制突發事件的應急預案，報監理審批。

（5）巖溶地區鉆孔樁突發事故、事件較多，如：突然漏水、塌孔、埋鉆、卡鉆等。其應急措施要落在實處，管理手段也應更嚴謹，以減少或制止事態擴大化，避免發生安全事故。

（6）備足成孔用水、粘土、片石等材料，確保溶洞擊穿時迅速補水、補漿預防坍孔，并及時拋填粘土片石，以恢復正常鉆孔

作業。

（7）準備好處理施工故障的備用機具設備，如運輸、起重、打撈、急救設備以及不同性能的其他鉆機、鉆具等。

3 溶洞的判別和處理方法

（1）根據有關地質鉆探資料的說明進行溶洞的判別（具體以設計院提供的說明為準）。

①凡灰巖地區中出現的空洞稱為溶洞。溶洞有全填充，半充填和空洞三種情況。

②凡巖土交界面等出現的頂板為土層的洞稱為土洞。

③鉆進過程中巖心半邊被溶蝕、巖芯表面有小洞穴、溶蝕裂隙發育，巖心采取率低，巖心多不新鮮等地段劃為巖溶裂隙發育帶，該段可能處于溶洞邊緣，也可能只是溶蝕洞穴裂隙發育，也應作為溶洞處理。

④當工程地質鉆探的巖芯在灰巖地區出現完整柱狀中夾有破碎帶者，遇此情況應與鄰孔柱狀圖一起進行分析，極有可能是巖溶洞或巖洞邊緣，不可一概否定此處無溶洞。

⑤在閱讀地質柱狀圖巖土特征描述內容時應特別注意，地質用語的含義：

a）漏水：表明此處有開放型溶洞或有地下河的可能，施工到此應特別注意；制定相應的措施確保工程安全、質量。

b）無填充物，漏水，明顯掉鉆；屬開放型。

c）流塑，取芯難，明顯掉鉆；

d）流塑（軟塑），鉆進速度快，取芯難，有掉鉆現象；

e）流塑、取芯難，不漏水；屬封閉型。

f）全充填物或半充填、充填物為粉質黏土、角礫土及碎石

土等。

⑥有漏漿情況出現說明可能遇到溶洞，但是只塌孔不表示就是溶洞。漏漿發生的原因一般是遇到空洞或裂隙，塌孔一般可能因為護壁不到位，上部砂土層隨漿液循環流失引起塌孔，不能一概列入溶洞范疇。

（2）溶洞的處理方法。

①本橋因為溶洞情況非常復雜，為了確保安全質量，防止溶洞施工引發坍塌、埋鉆事故，擬對巖層以上的覆蓋層全部采用鋼護筒跟進，根據覆蓋層厚度及實際地質情況采用壁厚為8～12 mm的鋼護筒。

②對本橋溶洞部位的處理，具體主要采用以下三種方法：

1）拋填片石、粘土法；2）鋼護筒跟進法；3）注漿填充法。

③溶洞處理方法的選擇。

1）高度2 m以內的溶洞主要采用拋填片石泥土法施工。

2）高度2 m以上的溶洞主要采用鋼護筒跟進法施工。

3）多層溶洞主要采用注漿填充法施工。

因為溶洞施工的復雜性，具體施工方法的選擇不是絕對的，可綜合考慮各種情況結合使用。特別情況特殊處理，處理前應事先研討。

4 溶洞處理的工藝措施

4.1 拋填片石粘土法

（1）覆蓋層的鋼護筒跟進的施工方法同護筒跟進法中A護筒的施工方法，護筒內徑采用1.4 m。

（2）當鉆至溶洞頂1 m左右時，首先準備足夠的小片石或狗頭石以及粘土，粘土要做成泥球，對于半填充物要準備足夠的

水源。

（3）根據鉆孔的進尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測護筒內泥漿面的變化，如果泥漿面下降，則需迅速補水補漿。擊穿洞頂后，在溶洞內鉆進時，根據填充物的不同，要采取不同的鉆進方法。當充填物為軟弱粘性土或淤泥時，應向孔內投入粘土和片石混合物；當為砂層、卵石層時還應提高泥漿的粘度和相對密度，只有當泥漿漏失全部消失后才能正常鉆進。這樣反復多次，使泥漿沖擊溶洞。

（4）沖擊鉆鉆進通過溶洞過程中，在巖溶地區由于地層情況復雜，穿越溶洞時通常遇到斜面開孔的情況。一般地，沖孔進入巖層或者穿過溶洞到達溶洞底面時，由于溶洞的頂板和底板犬牙交錯，高低不平，這種情況，就需往孔內拋設10～15 cm比例為1∶1的小塊片石與粘土的混合物，用鉆頭低沖程沖砸、密打，則需反復多次，使四周形成牢靠的孔壁，以防坍孔。再用“重錘輕打”方法鉆進，超過巖斜面最底點0.5 m以后，再正常鉆進。具體步驟

如下：

開鉆前先投邊長小于或等于15 cm，比例為1∶2的小片石和粘土的混合物，至巖面以上1～1.5 m；然后鉆頭小沖程反復沖砸，鉆進0.5 m，再用小片石和粘土混合回填；再次用低沖程反復沖砸、密打；按反復沖砸三次，逐漸加深牢固。以上步驟不斷反復，以小石片不在擠走為準，這時說明巖面的沖擊不再單點或局部的接觸了，然后仍用小沖程，要控制好鋼絲繩的松緊，在斜面上穿孔，并使孔的周邊形成堅固密實的 “石壁”，保證沖孔順利地超過傾斜巖面。孔面“石壁”形成后，應停鉆測量，認真檢查孔位偏差，在排除形成斜孔的可能后方可正常鉆進，否則應回填片石、粘土塊的混合物重新開鉆。

（5）其他相關要求

①對塊石的要求：石料應選用硬質巖石，強度在30～60 MPa范圍之內，節理裂隙不發育，尺寸不大于40 cm，自然級配。

②粘土應選用優質粘土（含砂率≯5%，塑性指標>17%～25%），并將粘土裝入編織袋內備用，必要時準備水泥。

③土、石比例，土：石=0.5∶1～1∶1（體積比），水泥按每米兩包。

④一旦發現孔內泥漿水位下降立即集中填土、石是防止塌孔的關鍵，應在工地備有一臺裝載機用于回填物料，時機不能錯過。

⑤回填高度應在洞頂板以上1～1.5為宜，再多則效果下降，每鉆進0.5 m就要向孔內補填塊石和粘土。

⑥鉆孔過程中應保持水位。

⑦用小沖程（小沖程指沖程在1 m以下），讓粘土和塊石充分擠入溶洞。

⑧遇到易坍塌的覆蓋層同時坍塌情況發生時，應立即采用拋填片石和粘土，下部以拋片石為主，上部按比例拋土石，回填到塌方部位。

4.2 鋼護筒跟進法

鋼護筒跟進法見圖1。具體施工方法為：

（1）埋設直徑為1.5 m，長度為2.5 m的外鋼護筒A，以直徑為1.45 m的沖擊鉆沖孔。邊沖進邊對外鋼護筒分段接長，采用震動錘震動下沉，直至下沉至基巖面（對外鋼護筒A頂端進行加固處理，防止卷邊），防止因為擊穿溶洞突然漏漿造成孔口坍塌或埋鉆。

（2）仍然以直徑為1.45 m的沖擊鉆按正常沖程沖進，當不斷沖擊巖層直至達到溶洞頂上方約1 m位置時，改換小沖程擊穿溶洞。當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升鉆頭，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，鉆頭不明顯受阻礙，說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時將鉆頭提起。如溶洞為空溶洞，用鋼絲繩活扣綁住內鋼護管（直徑1.4 m、長度=溶洞高度+1 m），用吊機或沖擊鉆機自吊，把內護筒下放至孔底，回填片石及粘土或灌注砼，封閉護筒頂、底空隙，待固結后改換直徑為1.25 m的鉆頭正常沖孔；如溶洞有填充物，則先將內鋼護筒（直徑1.4 m、長度=孔深+ 1m）下放至孔底，改用直徑1.25 m鉆頭繼續沖進到溶洞底，然后用震動錘將內護筒震動下沉直至達到溶洞底。內鋼護筒在下沉過程中要不斷監控其位置和垂直度，護筒中心偏離樁中心不超過5 cm，傾斜度控制在1%以內。

（3）對于多層且透水漏漿空溶洞可根據實際情況采取以上的方法，施工前根據實際情況調整鋼護筒及鉆錘直徑，進行二次跟進、三次跟進等直至成孔，不再鰲述如（圖1）。

4.3 注漿填充法

溶洞注漿處理的目的是：為了加固溶洞的填充物、填滿溶洞的空間，并達到一定的強度（20 MPa以上），防止一些情況的發生如：鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔等，保障成孔及水下混凝土澆注等一系列的施工完成。如溶洞為空溶洞，可以將壓漿孔擴大至30 cm然后插入相應的鐵管，進行灌砂或碎石。同時根據實驗室提供的配合比，灌入部分的水泥漿，達到填滿、固結的

目的。

（1）鉆孔。

①灌漿孔的布置。首先確定溶洞的位置，然后在離溶洞中心1.0 m處鉆孔。孔的數量可以為3個，呈三角形布置，也可按4個孔布置具體根據現場情況適當調整。孔的數量最少不能少于2個，因為壓漿到一定數量時孔內的空氣無法排除，所以對孔口產生了壓力使水泥漿無法灌入，故要鉆一個孔作為減壓孔。

②鉆進、成孔。鉆具大小的選用，可根據溶洞大小、項目成本以及施工工期等來確定，一般采用直徑為8～10 cm的鉆頭。鉆孔施工，沿程詳細記錄地質情況（每個注漿孔垂直偏斜率、孔位偏差、鉆孔傾角、鉆孔深度、鉆孔時間），在成孔后與設計圖紙上的地質情況相對比。如果相同，按施工工藝正常施工。如果不同，申報監理、設計院現場確認是否減短或加深。在鉆進過程中應注意孔的傾斜度要小于或等于1%。

（2）壓漿。

①試泵。開泵前先將攪拌桶中加滿清水，三通轉芯閥調到回漿位置，待泵吸水正常時，將三通回漿口慢慢調小，泵壓徐徐上升，當泵壓達到預定注漿壓力時，持續2～3 min，如果不出故障即可結束。

②安裝注漿管和止漿塞。鉆孔完畢后，要清查，在確認沒有坍孔和探頭石的情況下，則可下管。否則，必須用鉆機進行掃孔。注漿套管外露的長度不小于0.3 m，以便連接孔口閥門和管路，嵌入基巖大于0.5 m，用M7.5水泥砂漿固結，并將孔口套管四周搗實封閉，防止液體從周圍流出，從而影響注漿效果。注漿安放好后，在孔口加蓋以防雜物進入。

③壓水試驗。在注水試驗前，量測孔內穩定水位后，進行孔內定量注水，觀測單位長度吸水量變化幅度，注漿后試驗的單位長度吸水量應小于注漿前吸水量的3%～5%，即可判定達到注漿效果。用1.5～2倍于注漿終壓對系統進行試壓，檢查是否有耐壓性，有無漏水；檢查設備機況是否正常；檢查管道是否漏水，使設備充分熱身。試運轉時，壓水逐漸由小增大到注漿壓水壓力，并持續15 min左右。

④漿液配制。根據設計圖紙或現場實際地質情況的溶洞填充物的類型，進行試配，確定壓漿配合比。如無填充物的溶洞，根據現場要求配置有一定強度的水泥混合物灌注，目的就是讓填充物與水泥混合在一起，從而達到填充、加固溶洞的目的，使沖擊鉆順利穿過溶洞。

⑤注漿壓力及順序。注漿壓力不宜太大，控制在0.5～1.0 MPa范圍，具體壓力值由現場試驗確定。速度為15～20 L/min，目的是使漿液滲透到填充物內（包含灌入的砂或碎石），然后固結，滲透最小直徑定為3.0 m，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結體。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，提管速度應根據注漿速度來確定，不宜太快，應使滲透半徑控制在允許范圍內。為防止漿液流失太遠造成浪費，需間歇注漿，使得先注入的漿液與砂子（或碎石）初步達到膠結后再注漿，循環注漿多次，直至達到規定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個孔后進行其他孔的注入，后注漿的壓力必須調高，最后

封孔。

⑥結束注漿。當注漿達到下列標準之一時，可結束該孔注漿。

a）注漿孔口壓力維持在壓滿后的一定壓力內或者逐漸上升，吸漿量不大于40 L/min，維持30 min。

b）冒漿點已出注漿范圍外3～5 m時。

c）注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力超過1.5 MPa。

d）單孔注漿量達到平均注漿量1.5～2.0倍，且進漿量明顯減少時。

⑦提管、回填。注漿完成后應立即拔管，若拔管不及時，漿液會把注漿管凝固住而造成拔管困難。拔出管后，留下的孔洞，及時用水泥砂漿封孔。

4.4 其他可能出現的問題及注意事項

（1）進入巖面或進出溶洞均可能遇到傾斜巖面，對于傾斜巖面，主要采用拋片石、粘土，采用小沖程進行沖進的辦法。

（2）砼灌注過程中砼方量增加。

①原因分析，水下砼側壓力大于孔內泥漿側壓力，造成孔洞處泥漿護壁失去平衡，而被砼擠破，造成砼流失；

②灌注過程中加強觀察和測量，防止砼下降過快導致斷樁；

③保證砼充足的供應；

④施工前要根據實際情況有針對性的制定防止灌注過程中斷樁的措施。

（3）鉆機位置的擺設必須離埋設的鋼護筒口有一定安全距離，嚴禁直接將鉆機架在鋼護筒上施工沖孔，對沖擊鉆鉆機基座、頂部裝置的穩固性檢查做到絕不疏漏，要求基座必須有枕木壓實，鉆機頂端用纜風繩對稱栓牢拉緊。

（4）檢查鋼絲繩的質量，要求優質柔韌、無死彎和斷絲。鉆頭必須設置安全繩，預防一旦鋼絲繩斷裂鉆頭無法提起。鉆進時起落鉆頭速度要均勻.

（5）停止作業后應對鋼護筒口加圍擋設施。

（6）不得過猛或驟然變速，以免碰撞孔壁或護筒，或因提速過快而造成負壓引起坍孔。

5 結語

巖溶發育地區橋梁橋樁基礎施工，首先要針對每個樁基的地質情況和地質資料仔細研究，每個樁的實際情況具體分析判斷，根據其實際情況有針對性的制定拋填片石黃泥、鋼護筒跟進、注漿等方案等處理措施，根據現場實際綜合措施靈活應用，該橋樁基順利施工，取得了較好的效果。通過該橋施工，對于類似巖溶地區鉆孔樁施工有借鑒推廣的作用。

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