淺談沿海復雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術

李 正 全， 冉 鵬， 石 智 鑫

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

淺談沿海復雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術

李 正 全， 冉 鵬， 石 智 鑫

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

通過深茂鐵路巖溶樁基施工實踐，針對不同的巖溶種類總結(jié)出不同的處理方案及施工技術，可為今后類似工程建設提供參考。

巖溶；樁基；注漿；鋼護筒；回填；深茂鐵路

1 工程概述

深茂鐵路那龍河1號特大橋全長1 532.48 m。橋梁的下部為鉆孔樁基礎，樁徑分別為1 m、1.25 m，樁基深度為9～66 m。該橋位于灰?guī)r區(qū)，巖溶發(fā)育強度屬于強發(fā)育，溶洞大小不一，埋深較大，分為充填、半充填和未充填溶洞,部分呈串珠狀發(fā)育。巖土為松散狀種植土、素填土及軟塑性粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松軟，壓縮性高、強度低，工程特性較差，易產(chǎn)生不均勻沉降。

2 巖溶的分類與處理

2.1 溶洞分類

(1)按溶洞的大小分：①大溶洞：溶洞高度>3 m；②小溶洞：溶洞高度<3 m。

(2)按溶洞填充狀態(tài)分：①全填充溶洞：洞內(nèi)完全充填砂石、礫巖、土等。充填物呈軟～硬狀、流塑狀；②半填充溶洞：洞內(nèi)約有二分之一為填充物，頂部為空腔；③無填充溶洞。

(3)按溶洞垂向個數(shù)分：①單個溶洞：樁基范圍內(nèi)僅有一層溶洞；②多層溶洞：樁基范圍內(nèi)有多層溶洞。

(4)按是否漏水分：①全漏水溶洞：溶洞與其它溶洞或地下河連通；②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有滲漏水現(xiàn)象；③不漏水溶洞：溶洞完整，無滲漏水現(xiàn)象。

2.2 溶洞處理方案

根據(jù)溶洞大小及填充情況等，選定經(jīng)濟可行的處理方案，選定原則見表1。

(1)回填法施工：回填法施工主要適用于溶洞高3 m以下、充填或半充填的溶洞，或高度1.5m以下無充填的溶洞，采用拋填片石、黃泥擠壓填充復鉆處理。

表1 溶洞處理方案選定表

(2)注漿法施工：主要用于高度3 m以上的溶洞處理，屬于復合地基化學加固處理法之一。注漿主要針對地表進行，同時兼顧對巖溶進行填充，在土體中形成縱橫交錯的網(wǎng)狀漿脈或漿體，使注漿段巖土體的孔隙或孔洞被漿液充填或擠密，泥漿液流與土體混合成新的固體，起到增強表層土體的物理力學性質(zhì)、提高地基土的承載力及巖體完整性的作用。

(3)鋼護筒跟進法施工：對串珠狀溶洞、空洞或其洞內(nèi)填充物為軟塑或卵石土且溶洞不大(溶洞深度為2～4 m)時，可采用單護筒跟進成孔；對溶洞深度超過4 m、洞內(nèi)填充物為流塑或空洞狀的情況最好采用內(nèi)外雙護筒跟進成孔。

3 施工準備

(1)詳細掌握溶洞出現(xiàn)的位置，推斷其范圍大小。對于地質(zhì)資料不詳?shù)闹鶚叮龢犊走_到設計標高后，應探明樁底以下不小于3倍樁徑深度范圍內(nèi)的巖層情況，確認沒有溶洞后方可終孔。

(2)對于位于巖溶地區(qū)的擴大基礎，當開挖至基底標高后，需在基礎范圍內(nèi)的四角及中心深約5 m范圍內(nèi)探明基礎以下是否有溶洞存在，如有溶洞，應修改設計。

(3)對有溶洞的樁位的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料進行分析，根據(jù)巖溶高度、地質(zhì)情況和施工難點確定鉆機類型，制定施工方案和技術保障措施。

(4)做好現(xiàn)場施工的籌備工作，合理布設泥漿池與沉淀池，鉆孔平臺應搭設牢固，機械設備性能保證完好，備足成孔用泥漿、粘土、片石等必備材料，確保連續(xù)作業(yè)。

4 巖溶區(qū)的樁基施工

(1)泥漿制備。施工時應加強泥漿護壁,選用優(yōu)質(zhì)材料以加強泥漿的護壁效果。

(2)鉆 進。

①采用小沖程的沖擊鉆開鉆，初成孔應能起導向作用，且孔口豎直、圓順、堅實、不坍塌。當鉆進深度超過鉆頭全高加正常沖程后，方可進行正常的沖擊鉆孔。

②沖孔至距溶洞頂板1 m左右時，加大泥漿比重，選用小沖程進尺，逐漸將頂板擊穿，防止卡鉆；同時，在擊穿頂板之前補泥漿、拋填片石、粘土混合料，若樁孔繼續(xù)漏漿，則改拋片石、袋裝粘土、袋裝水泥混合料，采用小沖程沖錘輕打，慢慢將片石、袋裝粘土、水泥擠壓到溶洞中堵塞溶洞通道，如此反復操作，直到不再漏漿為止，遂轉(zhuǎn)入小沖程沖孔，順利穿越溶洞。

③沖錘擊穿溶洞頂板后向孔內(nèi)投入片石、袋裝粘土，填至超過溶洞頂面 1.8～2.5 m位置，然后用小沖程沖錘沖擊投下的混合物，使其擠入裂隙、溶洞內(nèi)，多次堵塞溶洞通道固壁。

④巖溶水一般呈酸性，在成孔過程中，巖溶水一旦進入泥漿，因泥漿呈酸性而導致發(fā)生沉淀，此時應投入小蘇打進行中和，以免孔壁坍塌。

⑤沖擊成孔過程中，泥漿濃度的檢測應隨地層的變化而變化，嚴格按規(guī)范要求施工。

⑥在巖溶地區(qū)成樁選用沖擊鉆機成孔時，所控制的沖能應以2.5～5 t·m為宜。沖能小則破碎能力小，鉆孔速度進尺慢；但沖能過大，通過頂板的速度就快，易卡鉆。

⑦合理制定施工順序。在同一座橋梁的范圍內(nèi)宜跳墩施工，同一橋墩樁基礎宜只采用一臺鉆機施工。樁基施工時，應先安排外圍樁、而后中間樁，先安排含有較深、較大、較多溶洞的樁孔施工以及長樁施工，后安排短樁、溶洞較小的樁孔施工。

5 所采用的巖溶處理技術與方法

5.1 注漿加固

(1)地表注漿：根據(jù)實際地質(zhì)情況在每一根樁基周邊地表鉆4個注漿孔。鉆機為地質(zhì)鉆機，采用巖芯管開孔，鉆進分層采樣。在土體中形成縱橫交錯的網(wǎng)狀漿脈或漿體，使注漿段巖土體的孔隙被漿液充填或擠密，泥漿液流與土體混合成新的固體，以達到提高地基土承載力的作用。

(2)填充注漿：注漿法也兼顧對樁基孔內(nèi)全填充、半填充巖溶進行加固與填充。對于可能存在溶洞的樁孔，特別是半填充或無填充物的溶洞采用小鉆頭進行正循環(huán)超前鉆，鉆穿溶洞頂板直至終孔標高，補充優(yōu)質(zhì)泥漿以及用鋸末和粘塑土加水拌成軟塑狀的混合物，用其填滿溶洞。

5.2 回填法

采用回填法鉆至溶洞頂1 m左右時，變換小沖程，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆。當沖孔穿透土洞或溶洞頂板后，立即提出鉆頭，拋填片石、水泥、粘土等填充料，然后采用小沖程施工，從而將填充料擠壓入溶洞，形成樁孔護壁。為了確保護壁的穩(wěn)定，采用這種回填、擠壓方式需經(jīng)過3～4個循環(huán)。溶洞回填高度在洞頂以上1～1.5 m，再多則效果會下降，每進尺0.5 m回填一次，其目的是將粘土和片石充分擠入溶洞，如果在回填過程中出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿漏失，應及時補充泥漿。回填用填充料之各種材料的比例要視工程地質(zhì)勘察所探明的溶洞內(nèi)充填物的種類具體確定。

5.3 混凝土灌注法

對于較大溶洞，可以采用灌注低標號混凝土的方法進行處理。當擊穿溶洞頂板發(fā)生漏漿時，為節(jié)約混凝土灌注量，先填粘土塊和片石，反復沖擠，待溶洞填注基本飽滿時，再下導管灌注低標號混凝土，混凝土應灌至溶洞頂1 m以上，待混凝土達到一定強度后方可繼續(xù)鉆孔。

對于有些較大的半填充溶洞內(nèi)部分填充物強度較高、形成類似“探頭石”等地形，鉆孔時容易發(fā)生偏孔卡鉆，出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，采用填充混凝土的方式進行處理效果較好。

5.4 鋼護筒跟進法

(1)鋼護筒的選擇。

內(nèi)護筒長度和內(nèi)徑的確定：護筒長度L=(h+H)m。式中h為超前鉆確定的溶洞高度；H為溶洞頂?shù)降孛婕?0 cm的高度。

單層護筒內(nèi)徑大于樁直徑10 cm，多層護筒最內(nèi)層護筒的內(nèi)徑大于樁直徑10 cm，其外面一層護筒內(nèi)徑大于內(nèi)層護筒外徑10 cm并以此類推。鋼護筒要具有一定的剛度，單個大溶洞用單層護筒，兩個大溶洞用雙層護筒，以此類推。

(2)內(nèi)護筒的沉放。

當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，若沖錘不明顯受阻，說明頂部已成孔并且圓滑、垂直，此時，用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護筒，用吊機把內(nèi)護筒放入外護筒內(nèi)沉至孔底，必要時用振動錘輔助內(nèi)護筒下沉。

(3)所采用的施工關鍵技術。

對于連珠溶洞或大溶洞塌孔，應先采用片石、黏土或其他措施鉆至大溶洞或連珠溶洞最底部后，采用護筒跟進至穩(wěn)定巖土層以防止塌孔，再換小鉆頭鉆進。確保鋼護筒置入穩(wěn)定地層是保證孔口平面位置準確性的關鍵。同時，由于巖溶地層的不均勻性，巖層間主要是一些流塑狀的填充物，因此，如何確保鉆孔過程中不塌孔，使鋼護筒底腳與孔壁保持密貼以起到有效支撐孔壁的作用亦是關鍵。井口段采用12 m長的加長鋼護筒護壁時，應在混凝土未初凝、擴孔率滿足要求時及時拔除鋼護筒，以達到不影響成樁質(zhì)量的目的。

6 結(jié) 語

筆者以那龍河1號特大橋樁基施工實例為基礎，探討了沿海復雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工的技術，結(jié)合其他單位巖溶區(qū)樁基施工安全技術經(jīng)驗，參考鐵路建設類似工程施工實例及專家、設計單位的意見，在施工過程中以技術標準為前提，調(diào)整和優(yōu)化了施工中各種控制參數(shù)，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，總結(jié)形成了該復雜地質(zhì)條件下巖溶區(qū)樁基施工技術。

(責任編輯：李燕輝)

2017-02-06

TV553；TV52

B

1001-2184(2017)02-0010-03

李正全(1976-)，男，四川成都人，項目常務副指揮長，高級工程師，碩士，從事鐵路工程施工技術與管理工作；

冉 鵬(1985-)，男，四川巴中人，項目總工程師，工程師，從事鐵路工程施工技術與管理工作；

石智鑫(1993-)，男，四川成都人，項目工程科副科長，助理工程師，從事鐵路工程施工技術與管理工作.