施工期巖溶區(qū)樁基基底勘察方法及施工設備研究

琚海牛 謝曉東

摘 要：巖溶區(qū)在我國的國土面積中占有一定的比例，并且分布相對集中，在貴州、廣西大面積分布。隨著我國公路、鐵路、房建等基礎設施的大力推進，公路、鐵路橋梁，抗滑樁，房屋基礎大量采用樁基，為保證工程安全，越來越多的業(yè)主重視巖溶區(qū)地質勘察，要求對橋梁等建筑物樁基采用逐樁鉆探，但詳勘過程中受地形、建筑物等限制無法進行逐樁鉆探。因此，巖溶地區(qū)工程項目在施工期對地質情況不明的樁基基底進行勘察，查明溶洞發(fā)育情況，對工程施工安全質量等顯得尤為迫切和必要。本文主要以貴州省境內某高速公路施工期橋梁樁基基底勘察工程實例為基礎，分析總結了兩年多工程項目的實施經驗，研究施工期巖溶區(qū)樁基基底勘察方法及施工設備，以期能給類似巖溶區(qū)項目提供參考。

關鍵詞：巖溶區(qū)；樁基基底；勘察方法及施工設備

中圖分類號：P642 文獻標志碼：A

貴州省某高速公路是貴州與重慶和四川相連的又一出省通道，也是成渝經濟區(qū)與黔北經濟協作區(qū)加強融合的重要經濟走廊，由于該項目巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段部分樁位無鉆孔控制，為確保本項目橋梁結構安全，根據《公路工程地質勘察規(guī)范（JTG C20—2011）》及《施工圖設計文件》的相關要求，在施工階段須進一步查明樁基基底地質情況，為此，借鑒國內在巖溶地區(qū)逐樁鉆探的工程通用作法，現對本項目巖溶地區(qū)橋梁樁基基底進行鉆探勘察。

1 勘察目的

1.1 查明巖溶區(qū)橋梁樁基底板以下3倍樁徑且不小于5m深度范圍內有無溶洞發(fā)育以及基巖完整程度，地層巖性，水文地質等規(guī)律特征。

1.2 對巖溶區(qū)橋梁樁基基底的地質條件作出評價，為是否進行設計變更提供必要的工程地質資料。

2 勘察依據

2.1 根據《公路工程地質勘察規(guī)范（JTG C20-2011）》7.1.7第2條，巖溶地區(qū)要求樁基礎的勘探深度應至樁端以下完整基巖中5m～8m，第7條規(guī)定巖溶復雜地段，應在施工階段進行必要的補充勘察或開展施工階段地質工作。本項目巖溶地區(qū)無鉆孔控制橋梁樁位需進一步查明樁基基底地質情況。

2.2 施工圖設計文件明確要求“對巖溶地區(qū)橋梁，在施工中進行樁基基底勘察，深度應至樁端以下完整基巖5m～8m，如在此深度內遇到巖溶洞穴時，應在洞穴底板以下穩(wěn)定基巖內再鉆進3倍樁徑，查明樁底巖溶發(fā)育情況，保證樁底以下有足夠厚度的完整灰?guī)r作為大橋樁基礎持力層”。

3 勘察方法及施工設備

3.1 鉆孔布置位置

（1） 巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段無鉆孔控制的樁位均應進行樁底勘探；

（2）巖溶地區(qū)橋梁詳勘階段有鉆孔控制的樁位，若鉆孔未達到樁底以下深度要求的（樁徑D<2m的不小于5m，樁徑D≥2m的不小于3D），應進行樁底補充勘探。

3.2 鉆孔布置數量

樁徑小于2m的圓樁布置兩個鉆孔；2m及以上圓樁布置3個鉆孔；高墩方樁布置不少于4個鉆孔，連續(xù)剛構橋主墩每樁布置不少于4個鉆孔。對巖溶特別發(fā)育地區(qū)及特大橋樁基適當增加鉆孔。

3.3 勘探方法及施工設備

巖溶區(qū)橋梁樁基樁底鉆探勘察成果是橋梁施工工作的基礎，地質條件的探明程度，將直接關系到橋梁的安全。只有采用可靠的質量管理與先進的技術手段查明地質情況，才能確定安全的樁長、埋深及基礎持力層。針對橋梁樁基地形條件、工程地質水文地質條件、樁基成樁方案等不同工況，結合本項目應重視的重點、難點，總結兩年來的勘察經驗，研究出如下幾種勘察方法及相應的施工設備：

（1）孔底風鎬鉆、孔底潛孔鉆（圖1、圖2）

碳酸鹽巖地段，如果橋梁樁基為端承樁，且樁基施工方案為人工挖孔的，在挖至設計樁底標高時，應使用風鎬鉆對樁底地質情況進行核查，查明樁底巖溶發(fā)育情況，施工前排干孔底積水，做好防護措施。第7標段的XX特大橋，10號主墩平均樁基深度55m左右，樁徑2.5m，普通孔底風鎬鉆無法鉆探到3倍樁徑7.5m的深度，我們用新的設備潛孔鉆下到孔底才完成鉆探，且完成質量較好。

（2）孔底回旋鉆孔（圖3）

碳酸鹽巖地段，如果橋梁樁基為端承樁，因地下水較為豐富，樁基施工方案為機械沖孔樁的，在沖孔至設計樁底標高時，孔中積水，工人無法下到孔底施工，應使用回旋鉆機對樁底進行取芯鉆孔，查明樁底巖溶發(fā)育情況，施工時回旋鉆機架設于孔口，因懸空，為防止鉆桿擺動，應下套管至孔底進行鉆探。

（3） 地面回旋鉆孔

部分橋梁樁位處覆蓋層厚度大，地下水豐富，在沒有完全查明地質條件的情況下，一方面可能制定不合理的成孔施工方案，存在施工安全隱患并影響施工進度；另一方面若成孔完成后采用孔底回旋鉆進行鉆探，由于該類樁基一般較長，鉆機架在孔口作業(yè)時，懸空較長，鉆探困難很大，易造成孔壁垮塌，鉆桿折斷等事故，且處理事故的困難較大、費時較長。為保證施工工期，確保施工安全，對覆蓋層厚度大于10m，涌水量大的樁位采用地面回旋鉆孔，鉆探工作完成后再施工橋梁樁基。地面鉆孔施工前應實測孔口標高，復核設計樁底標高，確定鉆孔深度，鉆探至樁底標高以下深度要求同前。

4 遇到溶洞后的處理措施

4.1 加深樁長

采用孔底風鎬鉆、孔底潛孔鉆勘察，遇到溶洞后應繼續(xù)開挖，穿過溶洞2m后繼續(xù)二次鉆探，直到找到合適的基礎持力層；采用孔底回旋鉆、地面回旋鉆勘察，遇到溶洞后，繼續(xù)增加鉆孔深度，直到查明樁底巖溶發(fā)育情況，找到合適的基礎持力層。將鉆探成果資料提交設計，進行設計變更，加深樁長，指導施工。

4.2 改變樁基方案

若巖溶特別發(fā)育，鉆探查明下伏基巖發(fā)育串珠狀溶洞，采用端承樁無法找到合適持力層，應改變樁基方案，采用摩擦樁，確保樁基安全。

5 主要勘察成果

本項目施工期通過對巖溶區(qū)橋梁樁基基底進行勘察，發(fā)現溶洞107個，遇溶率達到了3.58%，成功排除了30多座橋梁，100多根樁基基底存在溶洞的安全隱患，特別是馬山坡2號大橋，該橋施工期勘察樁基27根，其中6根樁底以下發(fā)現溶洞，占比22.2%，若未進行勘察，萬一施工期或通車加載后發(fā)生垮塌事故，將造成重大人員傷亡及財產損失。

6 勘察主要作用

6.1 保證工程質量及安全

在目前工程質量業(yè)主、勘察設計、監(jiān)理、施工單位質量責任終身制的今天，本項目施工期通過對巖溶區(qū)橋梁樁基基底進行勘察，采用相應的處理措施，做到了以防萬一，保證了整個橋梁地基的安全，確保了整個工程質量及安全。

6.2 指導施工

部分覆蓋層厚，涌水量大的橋梁樁基，通過提前勘察，查明了覆蓋層厚度及水文地質情況，便于施工單位選擇合理成孔方式，制定相應預案，加快施工進度，對施工有較好的指導作用。

6.3 指導及控制設計變更

本項目業(yè)主通過招標方式，確定有資質的專業(yè)勘察單位在施工期對橋梁樁基基底進行勘察，查明每根樁的地質情況，為指導設計變更提供了可靠詳實的地質資料，便于業(yè)主、監(jiān)理控制設計變更，做到設計變更有據可依。真正做到該變更的及時變更，消除安全隱患，加快施工進度。無效變更堅決杜絕，節(jié)約工程造價。

6.4 有效規(guī)避責任

以往類似巖溶區(qū)項目業(yè)主一般由施工單位來進行樁底鉆探，存在諸多弊端。（1）施工標段過多，部分施工單位未配備專業(yè)地質人員，由工人記錄，資料準確性較差，存在一定安全風險；（2）施工單位一般無專業(yè)勘察資質，無法提交最終勘察成果報告，萬一沒有查清溶洞發(fā)育情況，出現橋梁樁基沉陷垮塌事故，業(yè)主單位存在違規(guī)分包問題，無法免責。

結語

總之，本項目業(yè)主通過招標方式，確定有資質的專業(yè)勘察單位在施工期對橋梁樁基基底進行勘察，確保了工程質量及安全，有效指導施工，指導及控制設計變更，有效規(guī)避責任。花極小的代價，較低的成本換回了極大的安全效果和施工進度，節(jié)約了施工時間，節(jié)省了工程造價。達到了業(yè)主的預期效果，滿足了設計要求，釋放了監(jiān)理單位的工作壓力，提高了施工單位的工作效率，少走了很多彎路，是一個多方參與，多方共贏的結果。對其他類似巖溶區(qū)工程項目有較好的借鑒作用。

參考文獻

[1]陳伏冰.無充填溶洞的樁基成孔方法及質量控制[J].交通科技，2010（4）：187.

[2] 范鐵軍.巖溶地層樁基成孔施工技術[J].江西建材，2017（10）：96.