巖溶地質沖擊鉆孔灌注樁施工與處理

郭 建 紅

(古交市永賀房地產開發有限公司，山西 古交 030200)

巖溶地質沖擊鉆孔灌注樁施工與處理

郭 建 紅

(古交市永賀房地產開發有限公司，山西 古交 030200)

通過分析安基山特大橋的現場實際情況，介紹了巖溶地質沖擊鉆孔灌注樁施工的整體思路，并對加強型泥漿護壁、雙護筒跟進成孔、偏孔處理等操作要點進行了闡述，為同類工程施工積累了經驗。

巖溶地質，沖擊鉆孔灌注樁，技術，經濟

1 工程概況

1.1 設計

安基山特大橋巖溶地質，3號墩臺～26號墩臺共249根樁位于巖溶地區。根據設計單位中鐵第四勘察設計院橋墩臺基礎展開圖(工程地質機動鉆孔的勘探資料及現場調查測繪分析)，橋址區下伏基巖中一部分為三疊系(T2)角礫狀灰巖及三疊系(T1)灰巖，巖溶較為發育，據鉆孔揭露，巖石常見溶隙、溶溝及溶洞。本區屬隱伏巖溶區，地表被覆蓋，在已鉆的202個鉆孔中，揭露灰巖鉆孔192個，見溶洞總數244個，見溶洞的鉆孔110個，最大洞高達20.45 m(JZ-Ⅲ-064-安19-2)，鉆孔線溶率10.9%，部分有充填，巖溶充填物主要為淤泥，流塑狀粉質粘土，粘土夾碎石。溶洞充填情況，4號墩臺～17號墩臺溶洞多無充填物或充填物多為浮泥，鉆具多自動下墜，18號墩臺及23號墩臺～上海臺溶洞充填物多為粉質粘土或角礫土，角礫為灰巖或強風化閃長斑巖，局部膠結較好，具一定強度。溶洞塌陷情況：橋址區為隱伏巖溶區，地表被覆蓋，通過鉆孔揭露，15號、18號墩臺部分地段第四系直接接觸槽洞，覆蓋層較薄，且溶洞充填較差，所以易產生溶洞塌陷。根據TB 10027—2001鐵路工程不良地質勘察規程中的附錄E判定，橋址區4號墩臺～14號墩臺巖溶強度分級不發育，15號墩臺～上海臺巖溶強度分級中等發育。

1.2 現場實際

我工區在安基山特大橋巖溶地區沖擊鉆孔灌注樁施工中，按照設計地質展開圖繪制單樁樁基地質參數表(如表1所示)：以實測護筒頂標高為控制基點，作為樁基施工過程控制交底下發到作業班和施工隊,施工中單樁每2 m及巖層分界處取碴留樣,進入樁底1 m以上留碴取樣4次，并經專業監理工程師和設計院地質工程師復核,以指導生產和復核地質情況與設計是否相符。施工的整體思路以設計指導施工，施工復核設計，預防與有效施工，經濟處理相結合。2008年4月11日開始鉆孔樁施工至2009年1月樁基施工結束，經現場復核：橋址區3號墩臺～12號墩臺巖溶強度分級不發育，13號墩臺～上海臺巖溶強度分級中等發育。

2 技術經濟比較

方案一：巖溶地區樁基壓漿的施工工藝：施工準備→先導孔鉆進→注漿前注水試驗→注漿→封孔→一般注漿孔鉆進→一般注漿孔注漿→注漿效果檢測。

施工準備→下護筒→鉆孔→清孔、測孔→下鋼筋籠→灌注混凝土→質量檢查→施工結束。

方案二：巖溶地區樁基沖擊成孔改進的施工工藝：施工準備→大護筒跟進→鉆孔→加強型泥漿護壁→跟進小護筒→回填粘土、片石→小沖程沖砸→孔內補水、補漿。

投放粘土、片石→小沖程沖擊→加大泥漿比重→換漿取碴筒清孔→下鋼筋籠、導管→灌注混凝土→觀測混凝土沉降→質量檢查。

2.1 技術比較

按照京滬公司的綱領性指導文件，巖溶地區的孔樁施工可進行1∶1粘土片石拋填，護筒跟進，巖溶注漿，設計圖給出巖溶地區樁基壓漿560 m3。現場采用雙護筒跟進,粘土片石拋填并輔以有效的加強型護壁泥漿護壁技術和穿越溶洞頂板的沖擊成孔技術。巖面檢驗要點：本工程設計要求樁端須滿足設計圖入巖深度，并伸入溶洞以下弱風化巖體中2 m。經比較:先進行巖溶注漿,先導孔施工完成后需上報設計院并現場勘孔與設計地質復核后,另行設計出圖,中間等待時間長,使工期后延1個月～3個月。其中,注漿工藝與孔樁施工不能平行作業,造成停工，直接進行巖溶地質沖擊成孔改進技術則可平行流水作業,其與注漿技術共同點和目的是鉆孔前和鉆進過程中保持地基穩定,理清巖溶發育和走向,防治結合,將地基與孔樁形成堅實的地基基礎。不同點是前者為對巖溶地質直接治理,后者為防治結合。沖擊成孔技術灌注混凝土造成混凝土超方,灌注后需等待混凝土沉降穩定，方可拆除導管。

2.2 經濟比較

經經理部內部核算，C30水下混凝土綜合單價360元/m3，拋填片石60元/m3，粘土15元/m3，巖溶注漿500元/m3，鉆孔60元/m。且拋填用片石(直徑≤15 cm)、粘土皆可就地取材，有效利用路基開挖或基坑開挖爆破后石方，大大降低成本。直接沖擊成孔技術可節省資金125元/m3。

3 施工整體思路總結

1)預防為主，防治結合。根據設計地質展開圖做單樁地質柱狀圖交底書，指導現場施工生產，起到積極的預防作用，同時準備防治材料、補水補漿設備及拖拉設備。施工鉆進孔樁時詳細記錄地質情況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，復核地質情況，理清巖溶地質走向及脈絡，確保巖溶地質有效治理和成樁質量。2)沖擊鉆孔前，鉆進過程中及灌注樁完成后以保持巖溶地質穩定為宗旨，結合加強型泥漿護壁技術，雙護筒跟進成孔技術，穿越溶洞頂板的沖擊成孔技術，巖溶區漏漿、偏孔、卡鉆的預防與處理技術，保證有效防治和處理巖溶地質。進行技術經濟方案比較，以控制施工成本，節約和有效利用資源，快速，安全，高效完成工程施工。

4 施工過程控制總結

1)加強型泥漿護壁：施工中采用觀音土造漿，摻入粘土重量1/8的水泥，或拋填1∶1片石(直徑≤15 cm)，鉆頭反復沖砸，在溶洞壁周邊形成牢固的封閉環。

2)雙護筒跟進成孔：外層護筒直徑1.8 m(樁徑1 m)、2 m(樁徑1.25 m)/跟進至基巖面，內層護筒直徑1.4 m(樁徑1 m)、2 m(樁徑1.8 m)/跟進至孔底，防止溶洞充填物進入鉆孔內以便成樁；避免灌樁混凝土散失到溶洞中，防止斷樁，保證成樁。孔口設置十字護樁，根據測量工程師量測數據控制孔位偏差。

3)穿越溶洞頂板的沖擊成孔：采用十字鉆頭，沖擊鉆進中鉆頭擺動，或撞擊護筒和孔壁，或沖擊聲音減弱，鉆孔接近頂板，停止鉆孔，回填1∶1片石粘土塊1.5 m，以0.6 m沖程反復沖砸。鉆孔穿透頂板時，回填1∶1片石粘土塊1.0 m。

4)漏漿的預防及處理：鉆孔進入溶洞，護筒底發生漏漿時，復打下沉護筒，先用粘土加固封閉護筒底周圍孔隙，再填入1∶1粘土和小片石高出護筒底1 m，小沖程反復沖砸，加固孔底護壁并堵漏。在透水性強的地層，巖層裂隙或有松散填充物的溶洞中，泥漿比重1.5 g/cm3、放慢鉆進速度。鉆孔擊穿溶洞頂板進入空溶洞或有地下水流時，泥漿急劇下沉，立即向孔內補水補漿，保持孔內水頭，同時投放整包水泥和1∶1粘土片石，小沖程邊投料邊沖砸，并在孔樁邊打入一圈木樁至基巖面防止孔壁坍塌，結合護筒跟進，重新造壁，并及時向專業監理工程師匯報并拍照，備設計核查，及時確認工程數量。

5)偏孔處理：沖孔進入溶洞，鉆頭在洞內沖擊高低不平的巖面時，或一面有巖，一面懸空時，造成斜孔，回填1∶1粘土片石至斜孔部位以上1 m，小沖程反復回填沖砸。

6)清孔后沉渣厚度控制:沖擊鉆孔至設計孔底，滿足設計要求后，將拌好的新泥漿20 m3～30 m3通過φ75 mm泥漿管伸入孔底循環，使孔中較細鉆碴懸浮泥漿中，從孔口排出，較大的鉆碴沉入孔底。然后用取碴筒取碴至取不出為止。再通過φ75 mm泥漿管伸入孔底注漿泥漿泵循環約1 h，懸浮的鉆碴經護筒口排出返回沉淀池，待鉆碴沉淀過濾后，測量孔深，反復循環直到達到沉碴厚度，泥漿比重達到設計及規范要求。

7)沖孔及灌注樁身混凝土前泥漿比重控制：設計要求：沖擊鉆孔中巖溶地層泥漿比重1.2 g/cm3～1.4 g/cm3，粘度22 s～30 s，含砂率不大于4%；清孔后灌樁前巖溶地層泥漿比重1.1 g/cm3，粘度17 s～20 s，含砂率不大于2%。現場施工中，清孔后灌樁前由于泥漿稀釋，易造成塌孔，泥漿比重控制在1.13 g/cm3，并在泥漿循環中徐徐撒入水泥粉末與泥漿融合，泥漿粘度、含砂率達到設計指標。

8)灌注樁身混凝土時導管埋深及拆管：采用儲料量不小于1.2 m3(樁徑1 m)的料斗，依靠導管及料斗中混凝土自重使孔中管外上返，徐徐提升導管以混凝土順利流通為準，直到灌裝結束，導管埋深控制大于鉆孔中實測的溶洞高度，灌注混凝土的速度均勻。隨樁身灌注至樁頂的混凝土對護壁壓力的不斷加大，逐漸放緩灌注速度，以免巖溶處護壁壓穿。

9)樁身混凝土灌注完成后，不要急于拆除導管，繼續觀測及測量樁頂標高，當樁體混凝土未初凝前，由于混凝土壓力及巖溶孔隙水的侵蝕，巖溶處護壁內受壓力，外受沖刷，護壁容易破裂坍塌，導致剛灌注完樁身混凝土突然流向巖溶區，孔口泥漿面下降，此時需將導管下沉插入混凝土中，繼續灌注直到混凝土不再下沉，孔口泥漿面不再下降，穩定為止。

10)施工中使用了高性能混凝土。樁基C30水下高性能混凝土理論配合比(每立方米用料量)：江蘇鶴林P.O42.5水泥∶江西贛江中砂∶船山二級配碎石(5 mm～16 mm，16 mm～31.5 mm)∶鎮江華源鐵廠粉煤灰∶南京梅寶礦粉∶江蘇博特外加劑∶拌和站飲用水=185∶844∶1 032∶148∶37∶3.33∶149(單位：kg)。灌注前每車混凝土檢測并控制坍落度180 mm～220 mm，灌注中混凝土和易性、流動性良好，能順利入模。采用高性能混凝土能自密實、抗裂，高工作性、高強度、高耐久性,真正達到百年大計。

5 巖溶地質沖擊鉆孔灌注樁施工與處理總結

經比較，巖溶地質沖擊鉆孔灌注樁采用方案二，即巖溶地質直接沖擊成孔施工改進技術是最經濟、最有效的施工方法。安基山特大橋鉆孔樁全部使用這項沖擊鉆孔施工方法，成樁快，經中鐵第四勘察設計院集團有限公司京滬高速鐵路基樁檢測項目部進行基樁檢測(低應變反射波法、聲波投射法)，安基山特大橋根鉆孔樁樁身完整，全部為Ⅰ類樁，檢測結果滿足規范及設計要求。同時大大地降低了施工成本，有效加快了施工進度，提前(比先進行巖溶注漿后沖擊鉆孔)2個月。經經理部內部核算，節約施工成本約150 000元。順利，保質、保量、安全、高效地完成橋梁樁基施工任務，進入下道工序施工。該工法在工區巖溶地質橋梁樁基施工中推廣和不斷完善，取得良好的經濟和生產效益。

此總結參考了現場施工及各位前輩、同行的施工經驗，還需不斷總結，完善，敬請指正，以共同探討，進步。

[1] TB 10027—2001，鐵路工程不良地質勘察規程[S].

[2] 鐵建設[2010]241號，高速鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[3] TB 10752—2010，高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S].

[4] 京滬高鐵安基山特大橋設計圖紙[Z].

The construction and treatment of karst geological impact drilling bored piles

Guo Jianhong

(GujiaoYongheRealEstateDevelopmentLimitedCompany,Gujiao030200,China)

Through the analysis on the actual situation of Anjishan large bridge, this paper introduced the overall train of thought of karst geological impact drilling bored piles construction, and elaborated the enhanced slurry-supported, double liners follow up into a hole, slant hole treatment operations key points, accumulated experience for similar engineering construction.

karst geological, impact drilling bored pile, technology, economy

2015-08-23

郭建紅(1980- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)31-0089-02

TU473.13

A