某特大橋喀斯特地區超深人工挖孔樁施工技術控制

池卓航，吳新星，戴偉權，袁雄彪，王 豐，蔡方明

（1、中國建筑第四工程局有限公司 廣州510665；2、中建四局華南建設有限公司 廣州510663）

0 引言

某特大橋地處復雜多樣的構造侵蝕-溶蝕低中山地貌石灰巖地質，堆積危害體覆蓋較厚，溶洞、溶槽發育，本項目設計實施端承樁式基礎，結合以上情況，并通過專家論證，適宜采用人工挖孔樁的施工方法。而本工程所在地為貴州，是溶洞、巖溶較多且喀斯特地貌明顯的區域。不僅如此，降水多、地下水豐富也是此施工區域的顯著特征。以上都給本工程樁基礎的施工帶來諸多困難和不確定性。本文將著重探討在喀斯特地貌地區進行超深人工挖孔樁施工的技術措施與控制。

1 概述

1.1 工程簡況

某工程為某大橋施工工程，橋左幅孔跨布置如下：1×40 m簡支T梁+（86+160+86）m預應力混凝土連續剛構+（4×40）m+（4×40）m+（4×40）m+（4×40）m 先簡支后結構連續T梁，橋梁全長1 028.267 m。

右幅孔跨布置：（3×40）m先簡支后結構連續預應力混凝土T 梁+（86+160+86）m 預應力混凝土連續剛構+（4-40）m+（4-40）m+（4-40）m+（4-40）m 先簡支后結構連續T梁，橋梁全長1 102.577 m。

大橋右幅5 號主墩采用雙肢薄壁空心墩，墩高133 m，超深樁基采用群樁基礎，基深為72.5 m，樁徑為2.5 m。

1.2 地形地貌及水文地質

本工程地處貴州省北高原北部，橋位跨越山澗溝谷及縣道X314，地形起伏程度大，該地屬于溶蝕-構造低山地貌，有堆積體、危巖體存在，場區地震基本烈度為Ⅵ度。

場區屬長江流域-綦江水系-羊蹬河支流。地下水類型為第四系松散土層孔隙裂隙水、基巖風化層裂隙水及巖溶裂隙水。地下水靠大氣降水補給，降水大部分以坡面流形式匯入場區地勢低洼處排出場區，部分匯入火焰洞中排泄。一部分下滲形成地下水沿巖體節理裂隙及巖層層面賦存運移［1］。地下水受季節影響大，雨季基巖裂隙水及巖溶裂隙水較豐富，水量較大；枯水期補給差，水量相對較小。

1.3 挖孔的特點、重難點

⑴樁基樁孔開挖深度深，達72.5 m。

⑵樁基樁孔開挖孔徑大，直徑達2 500 mm。

⑶樁基地處喀斯特地貌地區，地質條件不佳。

⑷超深人工挖孔樁在溶洞處的施工難度較大。

2 喀斯特地區人工挖孔樁的挖孔工藝

2.1 地質特征

根據勘察地質報告，右幅5#主墩樁基地質狀況如圖1所示，場區屬于不良地質堆積體，堆積體剛好位于橋梁右幅5#主墩樁基處及其附近，塊石成分為白云質灰巖，塊徑一般1～3 m，含量約80%，其間粘土充填，厚度20～55 m，結構松散-稍密。覆蓋層厚45～55 m，強風化層厚0～2 m［2］。

而本樁基地處喀斯特地貌地區，如圖1 所示。喀斯特地貌是指如石灰石等可溶性巖石由于長期被地下水及地表水或浸泡或沖刷等溶蝕作用下，逐漸形成的巖層狀態，且隨著時間的推進，此種巖溶特征會越發明顯。

圖1 大型喀斯特溶洞Fig.1 Large Karst Cave

超深人工挖孔樁在喀斯特地貌地區的挖樁工藝較為復雜，對于此區域，如果不能很好地掌握工程工藝技術，將會導致工程質量下降，不能達到預期的施工效果。

2.2 溶洞處挖孔施工工藝流程

施工過程中遇到溶洞或溶槽地形，需要先根據地質勘察報告描述與實地考察，明確溶洞大小、特征及承載力、巖溶的分布情況、溶洞的頂板厚度以及上覆軟土等相關信息。為保證人工挖孔樁施工成功，除滿足國家規范要求外，還要結合現場的實際情況，合理組織施工，對施工過程中的困難點作出有效處理。

其次，根據溶洞的相關信息，在距溶洞或溶槽頂3 m范圍內適宜小開孔的方法，一般選用掏槽破頂法。

接著采用爆破方法擴大溶洞洞口，因爆破區為山坡斜面上，且樁位較密集，為確保施工安全，采用控制預裂爆破，以控制爆破飛石及爆破震動。

爆破施工時，需通過以下防護技術措施：

⑴掏槽眼宜選用圓錐形布置；

⑵適合的裝藥長度；

⑶采用延期爆破的網路；

⑷炮眼布設采取淺孔密眼；

⑸藥包位置用小棍進行固定；

⑹每次進尺控制在1 m范圍內。

同時，要注意在密集炮孔、分散裝藥、規模控制、微差多分段和覆蓋防護的基礎上，采用淺眼松動爆破方案。孔樁每次爆破的深度不宜超過1 m，以防止爆破震壞上節護壁，避免出現塌孔等現象。

最后經過計算后，在滿足溶洞四周、底部能承受工作人員荷載條件時，進入對溶洞樁身進行處理。

3 溶洞樁身處理方法比選

通常針對無填充物的干溶洞樁身，采用以下幾種方法進行處理：

3.1 片石混凝土回填

片石混凝土回填，即當采用人工挖孔進行施工過程中，出現了溶洞且漏漿的情況時，利用片石混凝土進行回填，以增大孔壁的自穩能力［3］。

此施工方法適用范圍：適用于高度、寬度均不大于3 m的偏小溶洞。

優點：施工方法較為簡單，原材料價格低，工藝造價低。缺點：保護結構穩定性弱，承載能力較低，不適合于大型溶洞的處理。

在本工程中，針對較小的溶洞，可采用此方法進行樁身處理。

3.2 素混凝土回填

素混凝土回填，即在人工挖孔過程中，當遇到溶洞漏漿或傾斜巖面時，可選擇填充灌注低標號的素混凝土，待達到強度且穩定后使用沖擊鉆進行挖孔成孔。

此施工方法適用范圍：適用于中型或者小型溶洞。無論有無填充物均可采用此施工方法。

優點：施工工藝簡單，結構較為穩定，工藝造價較適宜。缺點：填充范圍較小，需要等待時間，大型溶洞不適合用此方法。

3.3 現澆鋼筋混凝土護壁

現澆鋼筋混凝土護壁，即采用人工挖孔進行洞身開挖過程中遇到大型溶洞時，可采用植入鋼筋并與周圍巖石固定，同時搭設混凝土澆筑模板，進而澆筑混凝土的護臂保護措施［4］，如圖2所示。

圖2 搭設混凝土澆筑模板Fig.2 Setting up Concrete Pouring Formwork

插入鋼筋前需計算配筋，待結果符合強度要求后，方可進行鋼筋搭設。為防止初凝，需要連續進行混凝土的澆筑，且保證護壁的修筑在當日連續施工完畢，24 h 后進行模板拆除，如圖3 所示。拆模后，如遇蜂窩、漏水、漏泥、露筋等情況，及時用早強性混凝土修補，防止孔外水通過護壁流入樁孔內，同時為保證灌注混凝土穩固成型，避免漿液外漏造成缺陷樁提供先決條件。

圖3 混凝土連續施工Fig.3 Continuous Concrete Construction

此施工方法適用范圍：適用于大型及中型溶洞。

優點：護壁強度高、穩定性能好，造價相對較低，適用范圍廣，可針對不同類型溶洞調整配筋及混凝土強度。成孔形狀好，形式靈活多變，可采用加大、加厚的護壁模式。

缺點：施工工序較多，方法較為復雜。

在本工程中，針對大型、中型溶洞，可采用此方法進行樁身處理，如圖4所示。

圖4 現澆鋼筋混凝土護壁Fig.4 Cast-in-situ Reinforced Concrete Construction

3.4 鋼護筒跟進加固

鋼護筒跟進加固法，即鋼護筒跳進法：在進行人工挖孔洞身開挖的同時，于已成孔的孔壁內側搭接鋼護筒，通常采用下壓或震動的方法將其固定在需要加固的位置。

此施工方法適用范圍：適用于高度、寬度大于3 m的特大型溶洞［5］。

優點：施工工序較少，操作不復雜，成孔形狀好，護壁強度高、穩定性能好。

缺點：施工難度較大、造價高，對材料及樁基條件要求高，鋼護筒孔徑要準確，并要求樁孔豎直，無歪斜、縮頸等。

經實際操作對比，喀斯特地區的人工挖孔樁樁身處理，在中型溶洞、大型溶洞適宜選用現澆鋼筋混凝土進行護壁，對于小型溶洞適宜采用片石混凝土回填護壁。

4 施工安全措施

4.1 有害及可燃氣體檢測

為防止施工人員在井下施工作業時發生安全事故，挖井至地下4 m 以下時，需要使用可燃氣體測定儀，檢查孔內作業面是否有沼氣等可燃氣體，若有，需處理好后方可進行后續作業。如在開挖深度超過10 m的孔樁進行有害及可燃氣體的檢測工作：在每次作業前，用2 臺有毒有害氣體探測儀進行探測并做好相關記錄，使用儀器型號為QB2000T型。

有毒有害氣體探測方法：在作業人員下孔施工前，先用吊裝儀器將氣體探測儀放至孔底，觀察有無報警反應。探測儀的使用時間必須滿足設備說明、相關施工規范要求（響應時間不宜少于60 s）。檢測需符合《作業場所環境氣體檢測報警儀通用技術要求》中的規定，檢測誤差以及報警誤差標準［6］如表1、表2所示。

表1 檢測誤差[7]Tab.1 Detection Error

表2 報警誤差[8]Tab.2 Alarm Error

如探測結果不符合以上標準或相關規范規定時，應采取相應防護措施進行通風排氣等消毒方式，待符合要求后再進行孔內作業。

4.2 檢測實驗

將活鴿子裝入籠中用吊裝設備放入孔底做有毒、有害氣體檢測試驗，放置時間約為十分鐘，再向上提設備取出鴿子，進行觀察，無異常則可進行孔內作業。用以確保作業人員的身體健康。

4.3 通風措施

下井作業開工前，須先檢測洞口井下是否存在有毒有害氣體。當井下深度超過6 m 時，需安排送風機向井下送風，送風管直徑須≥10 cm，風量也要≥25 L/s，操作人員需在出風管口2 m范圍內實施工作。同時于作業期間須滿足每2 h 檢測1 次有害氣體與洞內含氧量的條件，現場要求配備5 套滿足施救需要的隔絕式縮氧自救器［9］。孔深深度超過15 m 時，工作人員隨身配備對講機1 部，并且作業人員在孔內連續作業時間不得超過2 h。當孔深深度超過30 m 時需給作業人員配備升降設備，如圖5所示為安裝的通風管道、電纜及安全繩。

圖5 孔內施工裝置Fig.5 In-hole Construction Device

5 結語

通過貴州某特大橋右幅5#墩超深基礎的成功修筑，對在喀斯特地區人工挖孔樁挖孔過程的施工流程、施工技術與安全控制等有了進一步的認識與提高。針對挖孔過程中遇到不同類型溶洞應采取的處理方法做了比對，并選擇出最適合此次工程的施工方法，其技術與經驗可供類似工程借鑒。