巖溶地質(zhì)鉆孔灌注樁施工探討

石城祥

（貴州建工集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002）

0 引言

巖溶地貌在我國(guó)分布面積廣，其地質(zhì)及水文地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，形成了許多諸如石林、石筍、鐘乳石、溶洞、暗河、懸泉、瀑布以及隱藏于地層中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景觀和地質(zhì)構(gòu)造。在這些地區(qū)進(jìn)行道路建設(shè)常常需要架設(shè)橋梁跨越溝谷，當(dāng)橋梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，需要在巖溶地層中成孔，本文將就該技術(shù)加以探討。

1 工程概況

富源南路設(shè)計(jì)Ⅱ標(biāo)段，樁號(hào)為K2＋330～K4＋750。路線途徑擺郎村，上跨谷南線、貴陽(yáng)油庫(kù)鐵路、龍南線，下穿至牛郎關(guān)立交南側(cè)，道路路線全長(zhǎng)約為2 420m。

道路沿線有立交橋一座，為擺郎立交。立交范圍內(nèi)跨線橋4座，分別為NW匝道橋、A匝的道橋、SW匝道橋、WS匝道橋。主線跨線橋4座，分別為主線上跨擺郎立交A匝道橋、主線上跨谷南線橋、主線上跨水塘橋、主線上跨龍南線橋。此外還有人行天橋2座，梯道橋4座。主線及匝道橋中共有6處橋梁跨越鐵路。圖1為富源南路設(shè)計(jì)II標(biāo)段橋梁示意圖。

圖1 富源南路設(shè)計(jì)Ⅱ標(biāo)段橋梁示意圖

2 巖溶地質(zhì)鉆孔灌漿樁施工技術(shù)

2.1 鉆孔施工準(zhǔn)備

根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，制訂鉆孔施工方案，并向鉆機(jī)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底。備足粘土塊、片石和水泥等材料。鉆孔施工前，測(cè)設(shè)墩臺(tái)中心線，按設(shè)計(jì)圖紙正確測(cè)定樁孔中心線，并設(shè)置護(hù)樁。

2.2 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大200～400mm，采用5mm厚鋼板卷制而成。護(hù)筒中心豎直線應(yīng)與樁中心線重合，除設(shè)計(jì)另有規(guī)定外，平面允許誤差為50mm，豎直線傾斜不大于1%。旱地、筑島處護(hù)筒采用挖坑埋設(shè)法，護(hù)筒底部和四周所填粘質(zhì)土必須分層夯實(shí)。護(hù)筒頂面宜高出施工水位或地下水位2m，還應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求，在旱地或筑島時(shí)還應(yīng)高出施工地面0.5m。護(hù)筒埋置深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或樁位的水文地質(zhì)情況確定，一般情況埋置深度為2～4m，特殊情況應(yīng)加深以保證鉆孔和灌注砼的順利進(jìn)行。護(hù)筒連接處要求筒內(nèi)無(wú)突出物，應(yīng)耐拉、耐壓，不漏水，不變形。

2.3 鉆孔施工

鉆機(jī)就位時(shí)用方木墊平，將鉆頭中心線對(duì)準(zhǔn)樁孔中心。沖擊鉆孔一般采用鉆頭沖擊造漿。沖擊造漿時(shí)，在護(hù)筒內(nèi)投入優(yōu)質(zhì)粘土塊和不大于150mm片石并注水，用鉆頭把粘土沖擊成粘稠狀泥漿，存放在泥漿池內(nèi)備用。取樣測(cè)試泥漿各項(xiàng)指標(biāo)，泥漿的性能指標(biāo)應(yīng)滿足表1要求。

表1 泥漿的性能指標(biāo)

開(kāi)孔時(shí)用小沖程鉆孔，低錘輕打，確保鉆孔開(kāi)孔圓順，防止坍孔。鉆進(jìn)至護(hù)筒底2～3m后加大沖程，主繩放長(zhǎng)量為3～5cm。同時(shí)加強(qiáng)鉆孔地質(zhì)檢查、復(fù)核，并密切注意觀察鉆機(jī)工作情況、周?chē)乇沓两岛妥o(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情況發(fā)生。

2.4 換漿、清碴

隨著孔內(nèi)鉆碴增多，泥漿變得粘稠，粘滯性逐漸增大，鉆孔速度逐漸下降，必須進(jìn)行換漿清抽碴。清碴可采用抽碴法、換漿法進(jìn)行，一般情況下每鉆進(jìn)0.6～0.8m清碴一次，向孔內(nèi)壓入新鮮泥漿，同時(shí)將孔內(nèi)粘稠泥漿置換出來(lái)。樁孔鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)請(qǐng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位對(duì)孔深、孔徑、孔的傾斜及孔位偏差進(jìn)行實(shí)測(cè)檢查、簽證，合格后進(jìn)行清孔。鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)對(duì)孔深、孔徑進(jìn)行檢查，符合有關(guān)規(guī)定后方可清孔。在吊入鋼筋骨架后，灌注水下砼之前，應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉淀厚度，如超過(guò)規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下砼。清孔的注意事項(xiàng)有：a）清孔必須采用砂石泵進(jìn)行反循環(huán)抽渣；b）在清孔排渣時(shí)，必須注意保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔；c）清孔后應(yīng)從孔中提出泥漿試樣，進(jìn)行性能指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定；d）不得用加深鉆孔深度的方式代替清孔。

2.5 吊放鋼筋籠

鋼筋籠在鋼筋加工廠制作，鋼筋籠較長(zhǎng)時(shí)可分段加工、制作，然后分段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)吊裝、接長(zhǎng)。在地下水或地表水具有腐蝕性的地方，鋼筋要按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。鋼筋籠制作完成后，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，利用鉆架或汽車(chē)吊及時(shí)吊放鋼筋籠，并按規(guī)范要求進(jìn)行焊接接長(zhǎng)。

2.6 安裝導(dǎo)管

導(dǎo)管用φ300mm無(wú)縫鋼管制作，每節(jié)長(zhǎng)2.0～5.0m，配1～2節(jié)長(zhǎng)0.5～1.5m短管，絲扣連接。使用前對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密、承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，保證導(dǎo)管不漏水。導(dǎo)管安裝后，其底部距孔底留250～400mm的空間。砼澆筑支架用型鋼制作，用于支撐懸吊導(dǎo)管，吊掛鋼筋籠，上部放置砼漏斗。接著進(jìn)行第二次清孔。

2.7 灌注混凝土

混凝土施工前編制鉆孔灌注樁混凝土施工細(xì)則，嚴(yán)格按規(guī)范操作，確保混凝土質(zhì)量滿足強(qiáng)度和耐久性要求。混凝土在拌合站采用自動(dòng)計(jì)量的強(qiáng)制式拌合機(jī)拌合，原材料檢驗(yàn)合格。混凝土采用攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，防止運(yùn)輸途中出現(xiàn)離析、造成塌落度損失。樁基水下混凝土采用導(dǎo)管法灌注施工。灌注開(kāi)始后，應(yīng)連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停灌。當(dāng)混凝土面升到鋼筋籠下端時(shí)，為防止鋼筋籠被混凝土頂托上升，應(yīng)盡量減緩混凝土灌注速度，減小混凝土從導(dǎo)管底口出來(lái)后向上的沖擊力。導(dǎo)管提升時(shí)，要保持位置居中，根據(jù)導(dǎo)管埋置深度確定提升高度，提升后導(dǎo)管埋升不得小于1m。樁頂灌注標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高超灌0.5m以上。施工用的鋼護(hù)筒，在灌注結(jié)束后，混凝土初凝前拔出。

3 鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)溶洞的處理方法

3.1 片石回填

對(duì)正常的成孔施工方法進(jìn)行利用，一旦鉆穿溶洞漏漿，就將片石和黃土進(jìn)行反復(fù)的投入，對(duì)鉆頭沖擊進(jìn)行利用，將片石和黃土擠入巖溶裂縫和溶洞中，還可以加入一些鋸末、燒堿和水泥等物質(zhì)，以此增大孔壁的自穩(wěn)能力。

3.1.1 摻加比例

為了對(duì)片石進(jìn)行有效利用，應(yīng)將粘土和片石的比例設(shè)置為7∶3，參加比例為每米2包，摻加鋸末時(shí)，摻加比例為粘土的10%。

3.1.2 摻加方法

片石采用強(qiáng)度≥30MPa的花崗巖或石灰?guī)r，石塊粒徑最好為15～50cm。摻加粘土?xí)r采用水泥袋包裝后投放會(huì)取得更好的效果。水泥投放方法以整袋投放為佳。

摻加方法為：片石、粘土袋和水泥或鋸末（如果摻加）分層間隔摻加，回填高度為溶洞頂板以上1m處。

3.1.3 施工注意事項(xiàng)

對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)的工作情況、護(hù)筒內(nèi)水位的變化以及周?chē)乇沓两档冗M(jìn)行密切的注意和觀察，對(duì)不正常的情況進(jìn)行阻止，一旦出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，就立刻進(jìn)行處理。

以地質(zhì)柱狀圖為依據(jù)，接近溶洞時(shí)要勤于檢查和觀察，以手握沖擊主繩的手感為依據(jù)，并且以抽樣的巖樣和鉆頭沖擊巖層的響聲為依據(jù)來(lái)對(duì)是否接近巖溶地層進(jìn)行判斷。

3.2 素混凝土回填

采取正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)或遇到傾斜巖面時(shí)填入低標(biāo)號(hào)混凝土，間隔一定時(shí)間后采用沖擊鉆沖擊成孔。

3.2.1 混凝土標(biāo)號(hào)及配合比

混凝土標(biāo)號(hào)通常采用C20貧混凝土，為盡快提高混凝土強(qiáng)度，節(jié)約施工時(shí)間，應(yīng)在混凝土中摻加一定的早強(qiáng)劑，提高貧混凝土的早期強(qiáng)度。

3.2.2 摻加方法

對(duì)于傾斜巖面，為校正孔位，回填貧混凝土應(yīng)與傾斜巖面頂面平齊，對(duì)于溶洞處，回填頂面高于溶洞頂板50cm。

3.2.3 施工注意事項(xiàng)

回填48h后，回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)方可重新開(kāi)鉆。

4 坍孔的處理措施

4.1 坍孔原因

坍孔原因主要有土質(zhì)松散，泥漿護(hù)壁不良，遇有溶洞、裂縫，護(hù)筒內(nèi)水位過(guò)高，鉆進(jìn)速度過(guò)快，空鉆時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，成孔后灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等。

4.2 預(yù)防措施

為了預(yù)防坍孔原因，須嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求及樁位的水文地質(zhì)情況選擇適當(dāng)?shù)你@進(jìn)方法，若地下水位不明、不穩(wěn)時(shí)，則應(yīng)先做試樁。根據(jù)鉆孔的工程地質(zhì)情況、空位、鉆機(jī)性能、泥漿材料等選擇合適的泥漿，在鉆進(jìn)過(guò)程中增加取樣次數(shù)，時(shí)刻判明地質(zhì)及泥漿護(hù)壁情況，并做好記錄。成孔后，待灌時(shí)間一般不大于3h。吊裝及焊接的過(guò)程中要對(duì)準(zhǔn)孔位并盡量縮短時(shí)間，在灌注過(guò)程中保持施工質(zhì)量的情況下，盡量縮短灌注時(shí)間。

4.3 處理方案

一旦發(fā)生坍孔，應(yīng)認(rèn)真分析原因和查明位置，然后應(yīng)立即采取相應(yīng)措施。坍孔不嚴(yán)重時(shí)，可回填片石或土到坍孔位以上，采取改善泥漿性能，加高水頭，深埋護(hù)筒等措施，繼續(xù)鉆進(jìn)。在坍孔較嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)將鉆孔全部回填，待回填穩(wěn)定后方可重鉆。

5 結(jié)語(yǔ)

從上述研究可知，巖溶地區(qū)的鉆孔灌注樁施工之所以比較困難，主要是因?yàn)槠涞刭|(zhì)條件比較復(fù)雜，而且在施工過(guò)程中有很多未知因素。因此，在前期勘測(cè)時(shí)，首先要掌握溶洞情況。以不同溶洞的發(fā)育情況為依據(jù)，選擇不同的施工方法。鑒于溶洞鉆孔樁施工事故頻繁發(fā)生，對(duì)可能發(fā)生的問(wèn)題合理預(yù)測(cè)和有效控制可以將損失降到最小。另外，擁有富有經(jīng)驗(yàn)、熟練的操作人員以及進(jìn)行嚴(yán)密的施工組織與管理也是施工成敗的關(guān)鍵。

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