巖溶洞穴地區鉆孔灌注樁的施工工藝探究

曹瑞普 張杰

摘 要：在巖溶洞穴特殊地質條件下，橋梁樁基施工過程中常發生卡鉆、漏漿、斜孔等現象。本文結合貴州省安順市馬場大橋的施工經驗，總結了巖溶洞穴地區鉆孔樁施工工藝和施工要點，并對常見問題提出了相應對策。

關鍵字：巖溶洞穴 施工工藝 施工要點 對策

1.工程地質概況

馬場大橋位于貴州省安順市境內，屬云貴高原剝蝕—溶蝕低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，總體地勢東低西高，地形起伏較大。馬場大橋，全橋布置1*24+8*32+1*24m簡支箱梁，全長347.668m，橋梁下部均為鉆孔樁樁基礎，共計12個墩臺；樁基直徑為125cm，鉆孔樁最大樁長40m，最小樁長8m。

該橋位處于巖溶洞穴不良地質條件下，橋址處于露碳酸鹽灰巖地層，地表主要為溶溝溶槽及溶蝕小孔；地下主要為巖溶洞穴。在各墩臺鉆孔中均發現有地下溶洞，一般呈串珠狀發育，內為空洞或為軟塑狀黏土夾角礫充填，洞徑多為0.5-6米。橋址巖溶發育深度在高程1216-1257m垂直帶，局部并伴有溶蝕破碎帶發育。通過地質鉆探發現其中7#-3樁基處巖溶最大洞徑約17m，為軟土填充。

2.巖溶洞穴地區鉆孔灌注樁施工工藝

2.1鉆具及鉆進方式的選擇

針對馬場大橋尤其是樁基7#-3的巖溶地質，巖溶溶洞較大，且呈串珠狀分布（其中最大溶洞洞徑為17m），施工技術難度大。為保證施工質量，確保施工進度及施工安全，采用鋼絲繩沖擊鉆成孔并配合鋼護筒跟進，主要是考慮小溶洞回填片石、粘土，大溶洞鋼護筒跟進，沖擊鉆能夠適應不同條件的鉆進，在施工中方便提錘安裝護筒、也可通過回填片石和黏土有效的處理斜巖、溶洞等問題，并能通過砸實擠密解決漏漿問題，從而有效地防止塌孔。

2.2施工工藝

2.2.1場地準備

首先檢查場地是否平整，清除場地范圍內的雜物、換除軟土、整平夯實；開挖泥漿、沉淀池設置泥漿循環凈化系統。

2.2.2測量放樣

以測量控制導線點為基礎，將樁位位置用全站儀進行精確放樣，并設置護樁；沖擊鉆就位，測量誤差控制在5mm以內。

2.2.3埋設護筒

孔口護筒直徑比設計孔徑大20cm，護筒長度為3m-4m；埋設護筒時用十字樁校正，護筒周圍換填粘土并分層夯實加固，避免護筒下沉；護筒高出地面50cm，護筒傾斜偏差不得大于1%。

2.2.4鉆機就位

護筒埋置準備無誤后，沖擊鉆就位對準按零誤差控制；機就位必須穩固。

2.2.5鉆孔

開鉆前須進行技術交底，技術人員現場書面通知機組，交待該機所鉆樁基的孔徑、孔深、護筒頂至樁底深度，地質柱狀圖及溶洞分布詳圖。

施工前根據樁基地質柱狀圖及巖溶分布，在孔口附近提前準備片石、黏土、水和水泥等，片石和黏土重量比例為1：1。同時開挖較大泥漿池，儲備泥漿制備量，較正常施工時多出50m3的泥漿，以備漏漿時使用，同時加大泥漿稠度，采用優質膨潤土或黏土現場造漿。

下面以樁基7#-3為例，根據樁基立面展示圖中在鉆進孔底標高1239.62m時有1.1m深度的溶洞，在1238.02往下有1m的溶洞，在1235.22m時有小于1m深度的溶洞，溶洞體積較小，即在鉆進距該溶洞頂板時0.5m時，鉆頭采用小沖程低錘輕沖擊、慢沖擊，避免過大沖擊振動溶洞，出現孔壁垮塌造成卡錘現象。

待沖擊鉆鉆進到設計圖紙上孔底標高為1233.92m顯示最大溶洞頂不到一米時，開始放置鋼護筒至孔內，護筒直徑大于孔徑10cm，每節長度為7.5m，壁厚能使護筒保持圓筒不變形；必要時用振動錘振動下沉，振動錘必須平穩，并固定在護筒頂面的平面位置一定要居中，盡可能避免因偏心造成護筒偏斜。同時采用水平尺嚴格控制好各節護筒焊接的垂直度。待溶洞頂擊穿后，鋼護筒慢慢隨振動錘振動下沉。然后護筒一節一節焊接入孔。當溶洞頂被擊穿時泥漿面急速下降，這時應準備好相當的泥漿和粘土、片石，以備使用。

待將鋼護筒下至最大溶洞底部后，再用沖擊鉆繼續沖擊到設計樁底。

2.2.6清孔并下鋼筋籠

在終孔檢查符合設計要求后，及時清孔，避免孔內泥漿沉淀至樁底，造成泥漿護壁失效出現塌孔現象。清孔采用換漿法將鉆渣循環排出孔口至沉淀池，必要時人工采用掏渣桶將浮渣清除直至泥漿三指標符合設計規范要求，并經監理工程師同意后及時下鋼筋籠。

2.2.7水下混凝土的灌注

混凝土采用導管法灌注，為了防止孔壁存在沒有完全充填的溶洞，而使在灌注過程中混凝土的流失，進而造成導管埋深深度不夠，形成斷樁。要求導管的埋入混凝土的深度保持在5-9m，每次拆導管前要在不同的位置測量2-3個點，確認無誤后才能進行。

3巖溶洞穴地區鉆孔灌注樁施工要點

（1）開鉆前，將樁基地質柱狀圖掛在鉆機上，讓每個施工人員都充分掌握溶洞的位置、大小和充填情況等資料；在鉆進過程中，由現場技術員對施工人員進行跟班技術作業，隨時測量孔深，并根據孔深確定地層狀況從而采用不同的沖程和處理方法。

（2）樁基鉆孔時在附近配備挖掘機和鏟車，同時在孔口附近儲存一定數量的片石、黏土、水泥。當鉆至溶洞時及時回填片石黏土并循環沖擊形成固壁，并及時補漿繼續鉆進。

（3）沖擊至溶洞頂時，為防止溶洞頂板巖層軟硬不一致、厚度不等時鉆頭受力不均而導致出現卡鉆、斜孔，采用回填與巖層強度相等的片石黏土以平衡鉆頭。

（4）當回填片石黏土并循環沖擊并不能解決漏漿現象時，可在補水后拋填袋裝水泥并伴有片石黏土的混合物，然后進行小沖程沖擊，如此反復操作，直到凝固后的水泥黏土漿把漏漿口封堵為止。

4巖溶洞穴地區鉆孔灌注樁施工常見問題即對策

巖溶洞穴地區主要是碳酸鹽灰巖地層，地表巖溶主要為溶溝溶槽及溶蝕小孔，該巖溶地區的特殊性決定施工過程中出現常見事故的現象不可避免。

（1）卡鉆

卡鉆主要原因是鉆頭在孔內碰到大的探頭，石塊落在鉆頭與孔壁之間；鉆頭未及時焊補導致鉆孔直徑逐漸變小，使鉆頭入孔沖擊被卡住；上部孔壁坍落物卡住鉆頭。

處理措施：鉆頭上下活動，調整鉆頭方向，讓石塊落下；若孔徑已變小，應嚴格控制鉆頭直徑，并在孔徑變小處反復沖刮孔壁，以增大孔徑；若仍無效，則用小鉆頭放入孔內，沖擊大鉆頭直至松動。

（2）漏漿

漏漿主要是鉆頭鉆至溶洞時或者沖鉆擊振動引起孔壁脫石開裂，泥漿流向溶洞內，水頭急劇下降，嚴重時導致泥漿護壁失效造成塌孔。

處理措施：在遇到漏漿現象時首先迅速補水并回填片石黏土，必要時摻加袋裝水泥，循環回填沖擊使孔壁擠壓密實形成一道固壁。

（3）斜孔

斜孔是巖溶地區鉆孔施工常見的問題。一般是因為孔底巖層為斜巖或巖層軟硬不一，遇到探頭石或溶洞頂板厚度不等，致使鉆頭受力不平衡傾斜沖擊。

處理措施：拋填強度與孔內巖層一致的片石黏土小沖程循環沖擊。

4.結束語

本文結合貴州省馬場大橋的施工經驗，對巖溶洞穴地區中鉆孔灌注樁施工提出采用回填片石、黏土配合鋼護筒跟進法等多項有針對性的施工工藝，并對施工常見問題：卡鉆、漏漿、斜孔等提出了相應對策，從而為巖溶洞穴地區樁基施工提供了依據，具有一定工程使用價值。

參考文獻：

[1] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規范[S].人民交通出版社，2011.

[2]黃慶鵬.淺談白坭河特大橋溶洞處理施工技術.城市建設，2010.02.

[3]長占彪，潘軍.典型巖溶地質鉆孔施工方法.鐵道標準設計，2007.08.

[4]包全坡.珠三角巖溶地區橋梁樁基成孔技術.江蘇建筑，2012.06.