巖溶地區鉆孔灌注樁施工技術研究

李貴，張健

（中國建筑第七工程局有限公司，鄭州450000）

1 工程概況

鄂州市鳳凰大橋橋長1 026.2m，橋寬27m，主橋為40m+3×60m+40m 連續箱梁，兩側引橋采用20m 跨徑空心板簡支結構。橋梁基礎采用端承樁，全橋共有240 根樁基，直徑分為1.2m、1.5m、1.8m 3 種，一般樁長約30m，最大樁長54m。

橋位區地貌屬洋瀾湖湖區，水深0.5～3.5m，場地所在區域的下伏基巖為三疊系（T）大冶群的灰巖，屬于可溶性巖，區域巖溶發育。

根據地勘鉆探芯樣，橋位區域溶洞發育，地質情況較為復雜，溶洞率達到90%?；規r層中主要存在裂隙、破碎體、串珠式多層溶洞，最大溶洞豎向高度達15.2m，多層溶洞累計層厚達39.9m。

2 樁基成樁方案分析

2.1 巖溶地質對成樁的影響分析

2.1.1 巖體破碎、裂隙發育對成樁影響

巖體破碎、裂隙發育在鉆孔過程中主要會造成漏漿，少量的漏漿通過及時補漿，調整泥漿比重可以得到解決；嚴重漏漿會導致泥漿面迅速下降，很有可能導致護壁垮塌。在灌注混凝土的過程中，由于混凝土比重較大，灌注達到一定高度后底部壓強過大會沖破護壁，導致混凝土沿裂隙流失。

2.1.2 巖面不平整對成樁影響

造成巖面不平整的原因主要為溶洞底板巖面傾斜、探頭石凸起過高造成的巖面不平、基巖表面差異化風化造成巖面不平等。巖面不平整會造成鉆頭或沖錐移位，特別會造成沖錐的沖擊能大量損失，從而發生偏空、擴孔、鉆進無力、卡鉆等成孔問題。

2.1.3 溶洞對成樁影響

巖溶發育區溶洞存在多層溶洞、區域溶洞密集、區域內各個溶洞之間竄通情況，溶洞內的填充情況也很復雜。在成孔過程中一旦擊穿溶洞，很有可能發生漏漿塌孔問題，甚至會發生地表局部塌陷風險。此外，擊穿溶洞頂板的過程中存在較大的卡鉆風險。在灌注混凝土的過程中存在混凝土沖破護壁流入溶洞大量流失的風險，在規模較大的溶洞地質條件下甚至出現無法灌注成樁的問題。

2.2 成孔方案選擇

巖溶地區地質及水文地質構造復雜，風險相對較大。因此，選擇成孔方案時，應結合場地條件和設計要求，慎重保守確定。

常用的成孔工藝有螺旋鉆機成孔、沖擊鉆成孔等。對于地層中由于土石粒徑較大、風化程度不是很嚴重的巖土體或基巖組成，并且地下水很豐富時，優先采用沖擊鉆。該工程樁基設計為端承樁，需嵌入穩定基巖層，而場地區域內基巖為硬度較大的灰巖且位于湖區，綜合比較，采用沖擊鉆成孔為最優方案。

3 成樁措施

3.1 預注漿法

對于巖溶地區，一般會對樁位處地質條件采用“一樁多孔”的詳勘措施進行確認，勘察工作結束后，利用地勘鉆探孔位，在有裂隙和溶洞的孔位安裝壓漿管道，壓注水泥漿進行預處理。

主要原理為：將水泥漿以高壓形式通過導管注入裂隙、空洞或溶洞充填物中，使漿液填充裂隙、空洞或與充填物混合，并在溶洞裂隙中固結成整體，如圖2 所示。

注漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在約1∶1；若添加水玻璃，控制水泥∶水玻璃∶水=5∶9∶10。注漿預處理可以有效減輕巖溶地區樁基成孔、灌注過程處理難度，減小施工成孔過程中漏漿、塌孔等現象的發生概率，并減少灌注過程中的混凝土流失[1]。

圖2 預注漿示意圖

3.2 回填造壁法

鉆穿溶洞漏漿時，反復投入黏土和塊石，利用鉆頭沖擊將黏土和塊石擠入溶洞和巖溶裂隙內，還可以摻加水泥、燒堿和鋸末，以增加孔壁的自穩能力。

摻加比例：正常情況采用黏土摻加塊石，黏土、塊石比例1∶3；當摻加水泥時，每立方米回填料摻加200kg 水泥。

摻加方法：塊石直接投放，石塊粒徑15～30cm。水泥摻入黏土后裝袋投放。塊石、黏土袋采用分層投放，每層控制在約50cm，回填高度至溶洞頂板以上1～2m，重新進行沖孔作業。再次沖孔采用小沖程通過溶洞，讓鉆錘擊碎塊石和黏土并擠入到溶洞內壁發揮保護作用（見圖3）。鉆孔通過溶洞段后方可加大沖程按照常規方式進行鉆進。若出現漏漿，則繼續少量多次投入塊石、黏土，直至漏漿現象全部消失。如此反復，直至鉆孔順利穿過溶洞。

適用范圍：適用于沖孔過程中漏漿，存在溶洞或裂隙情況。施工方法簡單，造價較低。

圖3 回填造壁法示意圖

3.3 內套護筒法

對于溶洞高度大于3m 的情況，可采用內套鋼護筒穿越處理，其原理如圖4 所示。其主要目的為解決溶洞、裂隙條件下，前期沖孔時回填造壁形成的護壁不穩定，灌注混凝土過程中壓力過大，造成護壁擊穿的問題。護筒跟進可以保證樁基混凝土灌注時不發生流失，避免斷樁、超方、塌孔等病害的發生概率。

樁基施工前，應根據地勘鉆孔勘測結果查明溶洞大小、層數、位置。樁基成孔到設計標高后，按樁徑選取相應護筒分節沉入樁孔底部，一般護筒選擇內徑與樁徑相同的護筒。護筒下沉時使用導向架。護筒沉入完畢后，進行清孔下放鋼筋籠，再次清孔后灌注混凝土成樁。該方法適用于溶洞較大，或者多層溶洞等漏漿嚴重容易塌孔的樁位，但工序較復雜，費用較高。

圖4 內套護筒法示意圖

3.4 多層護筒跟進法

多層護筒跟進法與內套護筒法類似，其區別在于多層護筒跟進需根據地質條件多次分級打入護筒，輔助穿過溶洞區間。該方法鋼護筒下沉難度大，護筒需進行加強，并采用大功率打樁錘下沉護筒，否則無法達到要求。對于個別較大的大溶洞，特別是多層溶洞，洞高較大時，可以采用多層護筒跟進的施工方案，但其經濟性較差，打設施工難度大，時間長。

3.5 灌注低標號混凝土法

對于較大的溶洞，采用回填塊石+黏土形式難以成孔，鋼護筒跟進法無法將護筒打入，可采用低標號混凝土回填。此外，穿過溶洞漏漿或遇到較為傾斜的巖面造成斜孔時，也可以填筑低標號混凝土，間隔一定時間后沖擊成孔。混凝土標號根據基巖強度確定，可在混凝土中添加一定的早強劑。施工中采用導管灌注混凝土至洞頂以上約1m，混凝土達到一定強度后方可進行沖孔施工。對于傾斜巖面，為校正孔位，回填混凝土與斜巖面頂齊平即可。該方法施工方法簡單，造價相對較高。優勢在于，其在漏漿比較嚴重的樁位，能迅速對裂隙和溶洞進行封堵，但對于大型溶洞，或者串聯式溶洞時，造價會很高。

3.6 高壓旋噴注漿法

該處理方法是采用高壓旋噴樁，對樁基周圍一定范圍進行填充加固處理。其優點為：（1）充填、滲透固結作用。高壓水泥漿滲入破碎層形成更大范圍固結體。（2）壓密作用。高壓噴射流可以切割破碎土層。對于溶洞中的黏土、破碎巖體等，漿液通過劈裂、擠密作用加固巖土體。（3）加固范圍內，材料的利用率較高，漿體的結石率高。

4 效果評價

通過現場施工效果反映，預注漿處理可以有效減輕不良地質對成樁的影響，是處理溶洞裂隙對樁基成孔影響的有效措施，實際運用時結合地勘超前鉆，在有裂隙、溶洞發育的樁位處盡可能采用該方法預先處理。

回填造壁法是溶洞、裂隙處理樁基施工最直接、最有效、最經濟的措施，運用該方法進行處理可解決漏漿、塌孔等病害。

內套護筒法在溶洞、裂隙發育的地質情況下，可以保證樁基成樁。但是施工難度大，經濟性較差，僅在地質條件較為惡劣情況下使用。多層護筒跟進法作為備選方案，在本工程未使用，其輔助成孔效果較好，但工期和經濟投入會相對更大。

灌注低標號混凝土法對成孔過程中漏漿、塌孔、偏孔問題的處理是有效可靠的，經濟性較差，該方法通常在地質情況非常差，其他方法無法成功處理的情況下實施。

高壓旋噴處理法不僅可以結合預注漿法進行鉆孔預處理，還可以在成樁后通過對樁基周圍一定區域內進行地基加固處理，填塞封堵裂隙，從而減緩溶洞發育，提高主體結構耐久性和安全性。但造價較高，推薦作為后期樁基加固處理時使用。