巖溶地質沖擊鉆孔施工技術的應用研究

劉小龍

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巖溶地質沖擊鉆孔施工技術的應用研究

劉小龍

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇 無錫 214028）

以武廣客運專線XXTJI標施工段汀泗河特大橋鉆孔灌注樁鉆孔施工技術為實例，詳細介紹了巖溶地層沖擊鉆孔施工技術，為沖擊鉆孔在巖溶地質中的應用奠定技術基礎。

巖溶地層；沖擊；溶洞；斜巖石

1　工程概況

武廣客運專線烏龍泉至花都段第一標（XXTJI）施工段汀泗河特大橋位于湖北省咸寧市境內，固跨汀泗河、長青河及京珠高速而設置，管段內共有97個墩臺（0＃—96＃），852根樁基。根據不同跨度地質條件，樁徑分別有1.0m、1.25m和2.0m三種，樁長6m－80m不等。

橋址地形表現為兩端高中間低呈SW向走低。高地呈渾圓狀，丘坡，多為農田，中間地主要為水塘，相對高差25m，絕對高程20－45m。區內地表水發育，主要為水塘及河流，地下水補給來源為大氣降水，季節性變化較大，崗地地下水不甚發育。地質特征如下：

（1）Q4l ：淤泥，分布于農田，水塘中，厚2－6m，呈流塑；

（2）Q4al ：粉質粘土，粘土，向部有角礫土，圓礫土，碎石土；

（3）Q4dl+pl：粘土，厚0－3.8m呈軟塑，分布于5＃－65＃墩間；

（4）Q2+3al+pl：粉質粘土，粘土，角礫土，圓礫土，碎石土，厚1.2－43m，呈軟塑－硬塑，分布于0＃－5＃，66＃－96＃墩之間；`

（5）P1m：基巖：主要為白云質灰巖。泥質灰巖，堅硬，弱風化，區內連續分布，為橋梁基礎支持力層。

2　施工方案

2.1 工程特點`

從設計勘探資料分析，橋基樁孔94.8％處于巖溶發育區，其主要形式有溶槽，溶溝，溶洞和裂隙，其中主要溶洞發育高度0.6－30.4m，大多數全充填或半充填，充填物一般為含碎石，角礫，圓礫及沙的粘土。穩定性較差，透水性較強。由于巖溶發育，由此而產生的斜巖石甚多，地質結構復雜。這對于樁孔成孔極為不利，也是工程施工的難點和重點。

2.2 施工方案的確定

根據每個墩位地形情況，0#臺，1＃墩及66＃－96#墩位龍崗區，2＃－6＃墩位于丘間谷地，7＃－65＃墩位于河流一級階地。原橋墩基基礎設計施工方案位：5＃－40＃，53＃－65＃墩采用鋼板樁圍堰，變橋通大水鉆孔機平臺，其余墩則開挖平整場地，采用沖擊法進行施工。該方案對保持河體及井口穩定，杜絕孔口坍塌有利，且成孔把握大，但機械設備投入較大，造價高及工期長。為此，施工單位第二種施工方案即5＃－40＃，53＃－65＃采用囤土圍堰筑島，并與縱向貫通便道相連的施工方案，后經過反復對比論證，認為該方案相對來說比較經濟適應，又能滿足工期要求，其不足之處在于樁孔成孔難度較大，在征得建設單位和設計單位同意后，決定采用該方案進行施工。

3　施工方法

3.1 施工工藝和步驟

根據23＃－9，25＃－9樁孔成孔工藝試驗成果，確定鉆孔施工工藝和步驟如下：

（1）平整場地：將施工場地平整壓實作為施工用地。需筑島處利用挖方區的粘土填筑，碾壓密實，并設置排水坡和排水溝。河流中的筑島采用編織袋圍邊，外測打入木樁防護，間距50cm。并采用鐵絲綁扎相連。

（2）定好樁位：在實地按照樁的設計位置采用全站儀進行樁位放樣，標志好樁的具體位置，并在樁中心四周2m設置好護樁。

（3）修建泥漿池及材料堆放場地：此項工作應在施工場地時一并考慮。堆放材料包括粘土，泥塊（球），片石及水泥等。

（4）預制井口護筒：采用5－10mm的鋼板在鋼歷加工場進行預制。其現場有三種：每節長1.5m，2.0m和3.0m，直徑比樁徑大20－40cm。

（5）安置鉆機：鉆機的機座應安置牢固水平，以保證不出現沉降和移位。在技嘉頂部對稱設置纜風繩，保證機架穩定。

（6）井口護筒埋設：人工開挖埋設，埋入深度必須進入原狀土穩定層，且堅固，不漏水。護筒頂高出場地50cm。埋設完后用羅盤儀校正護筒垂直度。

（7）沖擊成孔：采用沖擊鉆機沖擊成孔，垂直這幾孔深。并檢查孔徑，孔位，孔隙和孔斜情況后轉入下道工序。

（8）清孔：當泥渣多時，清孔采用撈渣桶配合換漿法，不多時，采用換漿法，保證清孔后滿足泥漿無2－3mm顆粒，泥漿比重不大于2％，粘度17－20s，沉渣厚度不大于5cm。

3.2斜巖面鉆孔施工

（1）對斜巖面，如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等，提鉆后先在孔深2~3米范圍內投填片石后進行反復小沖程沖砸形成孔底施工平臺，以保證沖擊鉆孔施工時不出現偏孔。

（2）如果采用該方法效果不理想時，如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等，提鉆清孔后先灌注3~4m深度的C30砼，當砼強度不低于70%設計強度后再進行沖擊鉆孔。

3.3溶洞鉆孔施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，開鉆前應詳細分析地質資料，弄清楚開孔順序。

（1）對半充填或充填的連通性好溶洞以及裂隙發育溶洞進行預注漿處理。施工前仔細研究勘探設計等有關資料，對裂隙發育的溶洞在鉆孔前進行預注漿處理，即通過對樁位周邊等間距的設置4個灌漿孔，采用灌漿的方法對溶洞的空隙進行填充加固，經過擠密、滲透和劈裂等作用達到加固土塊的目的，鉆孔樁的周邊形成防水帷幕[1]。灌漿孔孔徑采用80mm，孔深達到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預注漿共計248個灌漿孔9650m。實踐證明，采用此方法對鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）對半充填或全充填的溶洞，如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。為克服穿透溶洞頂板后，在充填層進行鉆孔施工時會出現漏漿。為解決這一問題，先采取孔內用泥漿補漿以保持泥漿高度，然后往孔內填充少量片石及袋裝粘土和泥塊，一直填到比溶洞頂板高2~3 m為止，接著用小沖程鉆孔施工把回填物擠入溶洞和孔壁內對孔壁進行加固，最后提高泥漿相對密度到1.2~1.4。施工中應密切觀察孔內泥漿高度，尤其是對規模較大的溶洞，發現漏漿應反復多次采取上述措施進行處理才能控制得住。

（3）對規模較小的孤立溶洞且無充填物時，為解決鉆孔施工過程中穿透溶洞頂板時的泥漿突然滲透問題，應采取在孔內進行混凝土回填的方法。

3.4斜巖面施工

當鉆孔遇到斜巖面時，鉆孔施工時會因為鉆頭會順著巖層的傾斜面滑動而出現偏孔或斜孔等情況。為防止這種情況發生，施工中有針對性地采取下述方法進行控制：

（1）片石回填：鉆孔施工中提鉆后，在離孔底2~ 3m深度內用片石進行填充，然后采用較小的沖程進行來回沖砸，在鉆孔的孔底制造出一個水平的鉆孔平臺，這樣就能避免沖擊鉆孔施工是不會出現偏孔或斜孔情況。若一次片石回填后仍然出現偏孔或斜孔等情況，則再次進行片石回填直達不再發生偏孔或斜孔為止[1]。如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等。

（2）回填混凝土：當回填片石不能糾偏或糾偏不甚理想時，可采用此方法進行。即提鉆清孔后，向孔內灌入高標號（C30）水下混凝土3~4m，待混凝土強度達到70%以上后再沖擊成孔。如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等。

3.5溶洞施工

由于橋地處溶槽，溶溝和溶洞眾多，造成了墩與墩之間鉆孔會有貫通，或者樁孔與樁孔之間的鉆孔會連通。針對這種情況，在鉆孔施工前，對孔位的地質等資料進行詳細的分析和研究，如果有上述情況的孔位鉆孔時對其鉆孔施工的順序進行謹慎的選擇。為堵住或減少鉆孔過程地下水的移動通道，以防止樁鉆孔施工中泥漿和混凝土等出現大量流失，應嚴格按照先外圍后中間的順序進行鉆孔，先進行單個溶洞、溶槽或溶溝下端的孔位進行鉆孔施工。此外，針對溶洞的填充和發育規模等存在很大差異，溶洞內的土層的填充物不穩定，會嚴重影響孔位的鉆孔施工，在鉆孔前對這些溶洞應采取有效的技術措施進行處理，以保證這些位置的鉆孔樁的施工安全和質量。

（1）預注漿。對溶洞連通性較好、溶洞裂隙發育、半充填或充填的溶洞進行預注漿處理。施工前，對勘探、設計等有關資料進行認真分析，找出該類溶洞進行注漿預處理，即：在樁孔四周均勻布置4個灌漿孔，灌漿通過擠密、辟裂和滲透作用對土塊進行加固或對溶洞空隙進行直接填充，通過處理使得樁四周形成防水帷幕。灌漿孔孔徑采用80mm[1]，孔深達到溶洞底部，漿液采用水玻璃水泥漿。本工程預注漿共計248個灌漿孔9650m3。實踐證明，采用此方法對鉆孔防止漏漿和塌孔起到了較好的效果。

（2）擠石造壁。對半充填或全充填的溶洞進行擠石造壁處理。考慮到在溶洞頂板進入充填層進行鉆孔施工時，會發生漏漿，在鉆孔施工中應按照漏漿情況，漏漿不大時，采取鉆孔施工時不斷地向孔內補充漿，使孔內泥漿水頭的高度始終保證在規定范圍內，漏漿大時，還應采取往孔內放入袋裝粘土、泥塊少量片石等混合物，直至填到比溶洞頂板高2~3m為止，再用小沖程把回填物擠入溶洞內裂隙和孔壁及，達到加固孔壁不漏漿的目的，同時把泥漿相對密度增大到1.2~1.4這一范圍[2]。在這一施工過程中應密切關注孔內泥漿面高度情況，若仍出現漏漿，則應把袋裝水泥投入孔內以到達快速固結孔壁的目的，如圖1所示。對規模較大溶洞，為控制施工漏漿應采取多次反復。如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。

圖1.擠石造壁示意圖

（3）回填混凝土：適應于沒有充填物且規模不是太大的孤立溶洞。當鉆孔穿過溶洞頂板時，孔內泥漿就會發生突然滲透漏，因此，對于這樣的溶洞事先應作好補漿準備工作。一旦出現后應立即向孔內補漿，以防止上部孔壁和井口發生塌孔。待泥漿基本穩定后，探明空洞高度并與設計資料對比分析，大概估算出溶洞體積，然后想溶洞灌入C20水下砼灌注量以高出溶洞頂板2~3m為止，待混凝土強度達到70%以后重新開鉆。如4#--1，4#-5，19#-6，84#-2，87#-8等。

（4）下鋼護筒：適應于規模較大且未充填的空洞。該方法先采用大口徑的鉆頭戳能夠機成孔并鉆穿溶洞頂板。查明溶洞高度，然后向孔內沉放鋼護筒直至溶洞底板。鋼護筒之間搭接長度小于1.5m，內護筒外徑比外護筒內徑小5cm左右，但最小護筒內徑應滿足樁徑要求。若溶洞底板為斜巖面，護筒地步可能只有一點或幾點接觸巖面，其余部分則懸空時，施工時可依據斜巖面施工處理措施進行處理。直至鋼護筒下到溶洞底板堅固不漏漿為止。然后更換鉆頭，正常鉆進直至成孔[3]。如80#-7，80#-2，8#-8等。

4　結　語

巖溶地質沖擊鉆孔施工時應采取有效措施對施工中經常遇到的樁孔漏漿、樁孔偏孔（孔斜）、樁孔塌孔、樁孔擴徑、樁孔卡鉆等問題進行處理，例如在樁孔塌孔段回填粘土、片石及水泥混合料采用小沖程重新開始；加強施工管理，特別是施工隊伍的管理，做到精心施工，規范施工。由于在施工過程中針對巖溶地區的特點，采取了有效的技術措施，取得了良好的效果。所成的樁基，經第三方檢測單位檢測以及監理驗收，合格率100%，表明采取的施工方法是成功的，為巖溶地區鉆孔樁的施工積累了可借鑒的技術資料。

[1]衛啟陽,劉海平.巖溶地區橋梁基樁施工技術[J].橋梁建設,2010,(4):84-86.

[2]陳偉.巖溶山區高速公路橋梁樁基施工技術應用探討[J].山西科技,2010,(6):72-73.

[3]劉鈞泉.巖溶發育地區的樁基施工[J].中南公路工程,2002,(3):52-54.

（責任編校：宮彥軍）

2015－12－26

劉小龍（1982－），男，內蒙古呼和浩特市人，工程師，本科。

U445

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1673-2219（2016）05-0062-03