巖溶區橋梁樁基施工技術

鹿存福 中國鐵路上海局集團有限公司徐州樞紐指揮部

巖溶其本意就是巖石發生溶解，巖溶的產生和發育破壞了巖石原始的整體性，降低了巖石本身的強度，在外部影響因素或其他荷載的作用下，導致地基承載力不足，地基變形破壞，對工程建設造成嚴重危害。因此，需解決巖溶區橋梁樁基施工過程中出現的技術難點和問題，保證工程質量及施工安全。

1 工程概況

邳州特大橋起點里程DK120+307.94（連云港臺）至DK135+210.45（448#墩，不含），橋梁長 14.902 km，邳州特大橋共有樁基4 060根。樁基地質情況：橋址區前段下伏基巖為震旦系（Z）的灰巖，溶洞為不發育～強烈發育，據鉆孔揭露，巖石常見溶隙、溶洞等形態，橋址區巖溶主要為深覆蓋型。地表水、地下水對混凝土、鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕作用。

根據地質勘察報告，主要為粉質黏土、粉細砂及灰巖，溶洞位于地表以下35 m～55 m處，溶洞為半填充～填充為主，填充主要為粉質粘土，軟～硬塑。

溶洞大小分布不均；由于溶洞較多，相互之間串聯可能性較大，漏漿具有普遍性；有時一個溶洞具備以上多種形式，本文主要闡述沖擊鉆成孔狀態下的巖溶處理。

本橋樁基礎工程量：φ1.0 m樁3741根，樁徑φ1.25 m樁163根，樁徑φ1.5 m樁132根,樁徑φ2.5 m樁24根。

2 巖溶區樁基施工方法

2.1 控制重難點

（1）鉆孔擊穿溶洞后，導致泥漿流失，泥漿面迅速下降，造成塌孔，這類問題是最常見；

（2）鉆孔擊穿溶洞后，造成塌孔，導致地表發生塌陷，這類問題在遇到大型溶洞且地表土質較差時容易發生；

（3）鉆孔擊穿溶洞后，因操作不當造成鉆頭卡住或掉入溶洞內，這類問題在施工中也經常遇到；

（4）斜巖層鉆孔發生偏孔；

（5）即使采取了可靠措施，防止了鉆孔過程中的塌孔，但在水下混凝土灌注時，到灌注到一定高度后，停灰面突然下降，導管底露出停灰面，導致斷樁；

（6）即使采取了可靠措施，防止了鉆孔過程中的塌孔，但穿過溶后，因地下暗河可規模型溶洞，即使大量補漿，泥漿面仍停留在地下水位面處，導致泥漿無法循環，鉆渣不能排出孔外，鉆進停止不前；

（7）即使能成孔，在水下混凝土灌注時，到停灰面到達規模型溶洞后，混凝土大量流向溶洞內，停灰面長時間不能上升，時間長了后表層凝固，導致斷樁；

（8）其它遇到的問題：巖溶區鉆孔樁一般入巖較深，施工周期長，機械設備磨損快，往往在鉆孔中不注意檢查發生鋼絲繩斷裂而造成鉆頭掉入孔內。

2.2 成孔機械選定

樁基成孔工藝目前常用的有人工挖孔、旋轉鉆機成孔、沖擊鉆進成孔及沖抓鉆進成孔。在本段巖溶地區進行樁基施工作業時，項目部提前謀劃、加強調查，綜合分析基礎處的工程地質條件、水文條件以及施工時產生的各種影響，合理選擇成樁工藝和施工方法。本工程的特點是巖溶分布較廣，強烈發育，施工技術難度大，大部分樁基在20 m以下，樁基施工選擇沖擊鉆孔的方式成孔。

表1 機械配置表

施工時根據實際情況選用合適機械、數量（見表1），配備足量粘土、片石、鋼護筒、混凝土、水泥、鋼筋等材料。

2.3 巖溶處理方法

橋址下巖溶強發育，巖溶給橋梁施工帶來很大的麻煩和風險，巖溶給樁基施工帶來很大的麻煩和風險，本工程巖溶區樁基處理方法主要有回填粘土片石混合物（拋填片石、碎石、黏土、水泥、混凝土或幾種的混合物）、巖溶注漿、護筒跟進、回填混凝土等。

（1）溶洞處理以做好準備工作為主，鉆孔前在場地內準備大量的片石、碎石、袋裝粘土、袋裝水泥、草袋及其它材料，設置了2個大容量泥漿池，同時配備不少于4臺D220型泥漿泵作為備用，保證一旦樁孔出現漏漿，可以馬上進行補漿。

（2）對于一些溶溝、溶槽、小溶洞等，宜采取拋填袋裝水泥、黏土、碎石等混合料進行堵塞，起到護壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過。對不同溶洞內土的不同性質，按一定的比例分別加入水泥、木屑、草袋、片（碎）石等混合材料。這些加入的材料經過鉆頭的沖擊和搗動，將擠入溶洞周邊和巖溶裂縫中，增強泥漿護壁的效果。

（3）當填充物為軟弱黏土或淤泥的一般溶洞應向孔內投入一定比例的黏土、片石混合料，反復沖擊形成護壁，鉆頭穿越溶洞時應防止偏鉆。若發生偏鉆，應回填黏土和片石至偏孔位置0.5 m以上，再重新鉆進。溶洞預注漿施工流程見圖1。

圖1 溶洞預注漿施工流程圖

（4）溶洞內無充填或半充填，溶洞高度一般在（0.6 m≤洞高≤4.5 m），在鑿穿溶洞頂板前，應密切注意護筒內泥漿面的變化。若泥漿面下降，應迅速補漿補水，根據溶洞的大小按一定比例回填黏土、片石和水泥（按 1 m3：3 m3：0.5 t比例，順序為袋裝水泥、袋裝黏土、片石）回填沖擊。用0.5 m～0.8 m小沖程，不循環泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實，再加漿提高水頭到正常高度，讓黏土與片石混合物充分擠入溶洞，等水泥初凝具有一定強度，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續鉆進，形成人工泥石護壁。如此反復多次回填片石、黏土和整包水泥，反復沖擊直至形成泥石護壁并不再漏漿為止。必要時可采取摻加含速凝劑或水玻璃的水泥砂漿、C20混凝土進行封堵，并及時補充泥漿。

（5）對于溶洞高度較大（洞高＞4.5 m）。如發育規模大、層數多、溶洞內填充物性能差、存在暗河等特大溶洞，采用下鋼護筒跟進鉆孔，輔以片石、黏土塊或C20混凝土封堵的方法。第一層鋼護筒一般下至巖層頂面，護筒直徑比樁基直徑大50cm左右，采用比樁基直徑大50cm的鉆頭。第二層采用比樁基直徑大25cm護筒，鉆頭直徑與樁基直徑相同，護筒下至大溶洞底部。護筒采用振動錘或者利用錘頭自重下壓方式下放。對于糖葫蘆串珠狀的溶洞，根據情況采用多層鋼護筒遞進的方法鉆進，采用多層鋼護筒跟進時，護筒采用壁厚12 mm的鋼護筒。

（6）對于有淺埋巖溶地層或存在地面塌陷隱患的樁孔應先加固。①注漿前應進行必要的封孔措施，封孔可采用水泥砂漿，封孔深度不宜小于3 m。②注漿過程中出現較大的空溶洞、漿液漏失嚴重、注漿壓力突然降低和升高等異常情況時，應采用間歇式反復注漿。③采用間歇循環注漿方式時注漿材料宜采用水玻璃-水泥雙漿液（水玻璃摻入量宜為水泥漿質量的8%～10%），間歇循環注漿時間應不小于6 h，使先注入的漿液初步達到膠結后再注漿。④多層溶洞應從下層向上層進行注漿，注漿壓力宜較注漿孔底水壓大0.1 MPa～0.2 MPa，在注漿過程中可根據具體情況適當調整。注漿速度宜為8L/min～10L/min，滲透最小半徑應大于樁半徑1m。⑤注漿順序應從外向內進行。⑥注漿完成后，注漿體強度達到設計強度80%后方可進行鉆孔。

3 技術處理措施

（1）施工前根據地勘情況，對每根樁處理方式單獨做好安全技術交底，確定每根樁的溶洞處理方式。

（2）施工過程中，為應對施工過程中出現巖溶問題，根據地勘圖紙決定溶洞處理方式，對于溶洞較小或溶洞填充/半填充時采用拋填片石和黏土方式進行，并提前備好片石，水泥，黏土等材料；對較大溶洞處理采用超前注漿方式，提前對溶洞進行注漿填充保證成孔安全：對于大溶洞采用鋼護筒跟進，項目部提前準備好足夠長度的鋼護筒，成孔過程中及時校核護筒中心位置防止樁基偏孔影響成樁質量。

（3）巖溶地區的鉆孔樁施工易發生漏漿，因此要備足粘土塊和片石，出現漏漿要馬上補充，保持孔內水頭高于地下水位1.5 m。

（4）巖溶處理過程中，對巖溶處理情況及時上報監理單位，做好巖溶處理簽證工作，及時留存相應影像資料。

4 安全處理措施

4.1 地面塌陷處理措施

對已有巖溶塌陷發生且其穩定性差尚有活動跡象的地段，施工前應先對溶洞進行注漿處理，成孔過程中盡量采用鋼護筒跟進，如發現漏漿，應立即采用片石粘土混合物進行回填。

根據地質資料，當溶洞埋深淺且溶洞較大無填充物時，應采用2根長9 m工字鋼對鉆機進行加固。

設置完善的排水系統，避免地表水大量入滲，對已有塌陷坑進行填堵處理，防止地表水向其匯聚注入，巖溶地段附近不得抽出地下水。

4.2 臨近既有重要公路及建筑物的處理

（1）臨近既有重要公路和建筑物的巖溶處理，必須編制應急預案，明確發生地面沉降后的應急處理方案和程序。

（2）必須在施工半徑200 m范圍內，按20 m間距建立地面沉降觀測網，派人24 h進行觀測，并做好觀測記錄，一旦發現地面塌陷，立即啟動應急預案。

（3）施工周邊200 m范圍內嚴禁抽取地下水，避免地下水失衡而引起地表塌陷。

4.3 其他安全注意事項

（1）鉆孔接近溶洞時，必須嚴格掌握松繩量，要勤松、少松，防止擊穿巖殼卡住鉆頭。

（2）鋼絲繩及卡子要勤檢查，勤保養，松動的卡子要及時補擰。

（3）護筒長度不得小于2m，護筒頂面必須高出地面50cm，必要時護筒頂用鋼管將護筒固定在地面上，防止護筒下沉，護筒四周必須用填土夯填密實。停止施工或施工過程停頓的孔位，上面必須鋪蓋鋼筋網片，防止人員或物體墜入孔內。

（4）鉆孔樁施工時，嚴禁泥漿外溢，孔位附近保持清潔，防止作業人員墜入孔內。

（5）鉆機輪胎或滾筒前后應用木楔或其他物體楔緊，防止鉆機偏位、傾斜。

（6）為防止發生人身傷亡事件，施工前對操作人員進行安全培訓教育，提高安全意識。施工過程中操作手系牢安全帶，以防止人員發生人身傷害。

5 結束語

巖溶區樁基施工中不確定的因素較多，在實際施工過程中，出現的具體問題需要將實際情況與理論知識相結合，靈活應對，全面考慮，才能在工程進度和保證質量的前提下兼顧施工安全。通過連徐鐵路邳州特大橋工程實例，對巖溶地區橋梁樁基施工過程中會出現的各種的問題進行了分析，提出了在巖溶地區橋梁樁基施工，根據工程特點選擇合適的施工處理方法。