滬昆客運專線巖溶地區鉆孔樁施工工藝

張國良

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西西安 710038）

1 工程概況

滬昆鐵路（云南省段）TJ3標段長51.62 km，土建工程起始里程為DK1072+514.6～DK1124+140.59。

馬龍河特大橋中心為D1K1077+673，起始里程DK1077+265.05～DK1078+48.25。

2 巖溶地層鉆孔樁施工

2.1 施工準備

（1）明確鉆孔次序。

巖溶形狀繁雜，溶洞之間互相連通，開孔次序獨特。明確鉆孔次序前，應在每樁位最少鉆一個地質鉆孔，清楚每一個樁位的溶洞。依據巖溶裂縫邁向、溶洞尺寸、總數、巖面高度等地質環境條件，按從深到淺、從多到少、從大到小原則分配鉆孔次序，必要情況可以立即封閉溶洞，阻斷通道。

2.2 泥漿

巖溶生長發育地域的鉆孔樁，直接向孔內引入10～15 cm小片石（或卵石）與黏土的混合物，用鉆沖擊造出泥漿，阻塞溶洞和縫隙，提升孔邊的抗壓強度與穩定性。泥漿池里存儲適當泥漿，解決成孔、換漿和護壁過程中的泄露問題[1]。

2.3 下沉鋼護筒

鋼護筒具備定位、保護孔口和保持壓力的作用，其長短依據地質環境條件和設計要求確定。在易塌孔的地質中選用長護筒跟進，震動沉樁機震動沉樁；覆蓋層為砂夾河卵石、漂石時，先鋪設短護筒，隨后震動下沉長護筒。

2.4 安裝鉆機

鉆探機安裝時，使用20 cm×20 cm基座將鉆架固定在平臺上，并墊木枕，枕木下邊應加大其密實度。禁止在護筒頂面上升或抬空，確保鉆探機基座的可靠性，避免因沖擊性導致偏移或下移。將鉆架上滑輪輪緣的鉛垂線與樁部位的中心對齊，選用底端為曲面弧形的十字沖擊鉆頭，上方配有打撈設備。

2.5 沖擊成孔

鉆孔前，將地質環境柱狀圖、鋼護筒設計標高、各層溶洞頂、底、樁端及樁尖設計標高遞交單位，進行技術交底，在鉆孔過程中依據不同狀況采用相應的技術對策。

鉆孔前，將小片石（卵石）以及黏土混合物加入鋼護筒中。鉆孔時，使用小沖程，適度提升泥漿比例，使初孔牢靠、豎直、光潔，護筒與土壤層能夠進行優良銜接，具有導向性功效。

鉆入過程中，留意地質環境狀況，嚴格把握鋼套管底端設計標高、鋼套管內泥漿面設計標高、沖程、松繩量等基礎數據，查驗鉆頭轉動設備是否出現被鉆渣卡死的情況。在工程施工過程中，回填卵石和黏土，使用低錘進行錘擊，防止出現斜孔、卡鉆、塌孔、跑漿等問題。

鋼護管準備通過溶洞時，在鋼護管打進下一層巖層表面前，使用鉆頭對鋼套管開展多次沖擊。

鉆入過程中，保證落錘速率勻稱，以防碰撞孔邊或鋼護管或因速率過快產生負壓力，導致塌孔；定期維護，避免阻塞；鉆頭直徑損壞超出1.5 cm時，立即拆換和維修鉆頭。

2.6 抽渣

鉆探過程中應經常抽渣；清渣時留意補漿或補水，保證孔內水位線高過孔外水位線，避免塌孔；鉆至設計標高后，應在水下開展工程，降低孔壁沉積，有利于抽渣。

2.7 清孔

清孔的實際效果直接影響樁的承載能力；利用取渣筒抽渣，將清水或新鮮的泥漿引入孔內，維持好孔壁的水位線，避免坍塌；孔底渣的薄厚不超5 cm時，終止清孔；質量檢測達標后，成孔完成。

3 施工中遇到特殊情況的處理措施

巖溶地域鉆孔樁施工過程中，受到各種因素的影響，地面沉降、鉆探機傾倒、塌孔、跑漿、偏差、卡鉆、掉鉆等問題的發生率較高。

3.1 塌孔、漏漿的處理

在巖溶區域鉆孔灌注樁的施工中，常發生坍孔和泄漏。鉆錘撞破溶洞的頂板、溶洞內部無大量的填充材料或填充材料少量時，孔壁上的泥漿向外流，孔內的水口迅速驟降，造成孔邊坍陷。大型鉆錘進入溶洞的周邊地區時，外界的地表水滲出壓力超過孔壁泥漿的壓力，造成孔邊坍塌。鉆錘進入溶洞的周邊地區時，孔壁泥漿的壓力太大，造成孔邊塌陷，泥漿外流比較嚴重[2]。

回填土是解決溶洞問題的快速、合理方式。鉆孔時，需要提前在樁位的周圍準備好足夠的片石、黏土、水等材料，保證孔壁泥漿外流時立即回填。

（1）鋼護筒跟進。

鉆孔前，應安裝無泥漿泄露的孔口鋼護筒，盡可能選用全護筒，防水套管長短應拓寬至巖溶底端巖石層。施工過程中，如果鋼護筒發生歪斜，必須立即停止施工，分析原因，改正誤差。溶洞生長發育段巖石層遍布不同，鋼護管的持續追蹤難免會產生位移誤差，此時，應終止事后工作，進一步填充片石和黏土混合物，使用鉆頭沖擊塞住溶洞與護筒之間的縫隙，避免泥漿泄露。

鋼護筒結構如圖1所示。

圖1 鋼護筒結構（單位：mm）

（2）片石黏土回填。

如果發生塌孔事故，必須立刻提出鉆頭，填充片石、黏土和水的混合物，直至不再漏漿。拋填時，使用鉆頭將片石和黏土混合物打進溶洞及其縫隙，填塞溶洞和縫隙，保護孔壁，確保鉆孔樁施工的順利開展。溶洞過大或溶洞內填充物存在流動性時，回填沖孔容易再度塌陷或沖孔時發生漏漿，可以選用強度級別較低的混凝土進行水下現澆。混凝土頂面應高于溶洞面約1 m，并填充片石和黏土混合物，防止孔內外壓力差過大，造成孔邊塌陷。48 h后可再度鉆孔，鉆孔可順利通過溶洞，迅速成孔。

3.2 卡鉆、掉鉆的處理

（1）改變鉆孔工藝。

鉆探機跌落的主要原因為鉆頭過快打破溶洞現澆板，撞擊力大，造成鋼絲繩破裂或鋼絲繩錘頭連接處掉落。為了防止和減少掉錘安全事故，根據設計圖紙和捶擊聲的變化辨別溶洞部位。鉆孔貼近溶洞頂板時，改為小沖程沖孔，也可以先用小鉆頭破頂，再用標準鉆頭鉆孔，有效降低一錘擊穿頂、卡鉆、掉鉆的發生率，促進施工順利進行。

（2）提鉆和撈鉆。

卡鉆時，若鉆頭能夠移動，則左右提高鉆頭或使用起重設備相互配合鉆頭，交替提動提出鉆頭；若無法提高鉆頭，可以通過樁孔一側的沖擊性鉆孔或使用小量火藥開展水中工程爆破提出鉆頭。鉆頭被埋進山體滑坡或塌孔時，不能直接吊起，以防產生掉錘安全事故[3]。

3.3 偏孔的處理

（1）回填糾偏。

鉆孔過程中應實時觀察，發現誤差應立即改正，防止超出規范規定值。孔內可以選用高強度大片石回填，誤差可以選用小沖程沖孔修正。若一次糾偏不及時，應將片石多次回填達到破碎斜面的目的，并對糾偏孔開展糾偏。對巖層抗壓強度低、偏孔不嚴重的鉆孔，上述方式通常能夠解決。

（2）爆破糾偏。

對巖層抗壓強度過大、偏孔較嚴重的鉆孔，若回填糾偏實際效果不顯著或無法改正，可以選用中小型地質鉆機在約3 m深層鉆孔，選用水中控制工程爆破粉碎或松動巖層表面。工程爆破孔的總數和部位應依據當場地質環境條件確定。

裝藥量不宜過大，僅限于巖層表面的裂開，避免撞擊力過大導致塌孔。鉆孔樁孔選用水中控制工程爆破后，利用沖擊鉆沖砸巖面，不用反復回填、沖孔就可以實現快速糾偏。工程爆破校準前，使用片石回填開展沖擊性校準；如果發現糾正效果不好，需要采用片石回填不斷沖孔，24 h沖擊鉆機進度應達20～30 cm，工程爆破法可以用作爆樁或松脫樁。沖擊鉆機24 h工程進度可以達到3～4 m，加快鉆孔樁工程進度。

4 清孔和砼施工中特殊情況處理

4.1 塌孔的處理

鉆孔至設計標高后，查驗直徑、孔距、平整度達標，開展清孔。清孔時，水泥漿比重降低，容易導致泥漿護壁塌陷、跑漿、塌孔。此時，應立即補泥，維持孔壁水口高度，添加黏土、砂礫石混合料，小沖程沖孔固壁，避免塌孔、鉆孔；若塌孔擴張，造成坍塌，且塌陷的防水套管無偏移，應立即回填黏土，再次鉆孔前使用成袋黏土加固；若地表坍塌現象較為嚴重，且護筒口出現較大橫向位移沒辦法糾偏時，必須將鋼護筒拔出，對塌孔進行回填，架設鉆孔樁平臺，壓入護筒重新鉆孔。

4.2 沉渣厚度過大的處理

巖溶地區鉆孔樁成孔后，存在一部分堆積物無法消除且堆積物厚度過大情況。可以向孔內緩慢加入干水泥粉，邊加入邊拌和，提升沉淀的漂浮能力，消除孔壁沉淀。水泥使用量依據樁長度和直徑明確，按照2 kg/m3的量遲緩加入，確保泥清孔質量。

5 結語

巖溶地區地質環境條件繁雜、施工過程中存在較多不可控因素，鉆孔樁施工的難度較大。施工時，必須結合勘測設計資料和不同的地質環境條件，使用合適的技術和設備，確保施工安全，嚴格控制質量，加快工程進度，控制成本，實現工程效益的最大化。