深水溶蝕地質快速成樁技術研究

陸有傳，馬 進，李明杰，黎振源

(廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530009)

0 引言

我國現代化土木工程尤其是樁基行業，在交通運輸加速發展的拉動下，隨著道路交通網以及相關規范標準實施的持續優化，得到了迅猛發展。近年來，樁基礎技術尤其是對橋梁鉆孔灌注樁施工方法已輕車熟路，包括成樁施工、理論驗算和樁的制造等方面都取得顯著成果，但在深水溶蝕地質快速成樁施工方面技術仍有欠缺，突出表現在成樁效率緩慢，基樁完整性質量難以控制等。

由于我國各式橋梁的發展趨勢迅猛，逐漸提高了對墩臺基礎成品質量、施工效率的要求，然而傳統的鉆孔灌注樁施工方法在深水溶蝕地質條件下出現的漏漿、塌孔、斷樁等問題處治效率緩慢、效果差、成本偏高，無法突破施工效率低、樁基完整性合格率不高的瓶頸，這就直接衍生了深水溶蝕地質快速成樁技術的研究應用。鉆孔灌注樁發展至今，其經驗沉淀、工藝成熟、機械設備先進、泥漿制備質量提高，使鉆孔快速成樁成為一種趨勢。本文以柳州市鳳凰嶺大橋主橋水中樁基施工為背景，介紹并分析深水溶蝕地質快速成樁施工過程中的核心技術。

1 工程概況

柳州市鳳凰嶺大橋主橋與柳江斜交，設計5個主橋墩，其中3個位于水中，每個主橋墩基礎采用18根φ1.8 m鉆孔灌注樁，共計90根。樁端持力層為微風化白云質灰巖層，如圖1所示，場區巖溶發育強烈，樁端須穿過淺層溶洞(槽)及溶蝕裂隙破碎帶全斷面進入完整的微風化白云質灰巖，施工水深為18～25 m。橋墩樁位處河床裸露無覆蓋層，巖面大幅傾斜，呈不規則起伏現象，為裸露斜巖面。

圖1 場區地質斷面圖(m)

2 地質特征與處治原則

典型深水溶蝕地質，其特征在于地質區域位于河流水深超過20 m處，巖面大幅傾斜且裸露無覆蓋層，地層出現較大范圍的溶蝕裂隙破碎帶，巖體不連續，交替呈現巖石和裂隙充填物，巖塊溶蝕張裂且發育強烈。主橋中墩樁位位于巖面裸露大幅傾斜段，地層裂隙、溶洞發育強烈的溶蝕地質，屬于典型溶蝕地質，樁與樁之間溶洞溶槽大多為貫通現狀，鉆孔過程易發生漏漿塌孔現象。根據地質條件采用沖擊鉆成孔工藝，隔樁鉆孔，加強泥漿配置與循環利用。

考慮橋位地質情況為典型的溶蝕地質，樁基施工從巖面到地層的鉆進過程需嚴格執行深水裸露斜巖處理技術、溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術的處治原則，同時針對不同溶洞采用不同的處理方案(如表1所示)。

表1 不同種類溶洞處理方案對比表[1]

3 深水裸露斜巖處理技術

3.1 方案比選

方案一：采用弱爆破法對橋墩樁位處進行河床整平。

方案二：下放鋼護筒，然后在水下安裝鋼模，在墩位河床底部澆筑混凝土，埋設鋼護筒并填平河床面。

方案三：在樁位處通過移動沖擊鉆擴大范圍錘擊河床，將凸起巖層錘平，使樁位處較大范圍內河床面平整，滿足鋼護筒定位固定要求。

深水裸露斜巖處理方案分析比選如表2所示，根據工程特點及地質特征，綜合考慮成本效益、進度、安全質量等因素，最終選擇“方案三：沖擊鉆移動整平法”為主，對于巖面高差較小的樁位，可選擇“方案二：墩位河床底部澆筑混凝土或填筑片石”。

表2 深水裸露斜巖處理方案分析比選表

3.2 工藝流程(圖2、圖3)

圖2 墩位河床底部澆筑混凝土處理技術流程圖

圖3 鉆機沖擊斜巖整平處理技術流程圖

3.3 方案實施

(1)墩位河床底部澆筑混凝土(圖4)。在鉆孔平臺搭設完成后，準確下放鋼護筒；吊機配合潛水員在橋墩河床底部沿著鉆孔平臺四面內側錨固樁安裝水下鋼模，并將鋼模板與錨固樁固定；采用導管澆筑水下C30混凝土，利用混凝土的流動性，使河床底部填平，將鉆孔樁鋼護筒埋設并固定，有利于沖擊鉆錘頭精準鉆進；待混凝土終凝過后，進行鉆孔作業。

圖4 墩位河床底部澆筑混凝土示意圖

(2)沖擊鉆移動整平法(圖5)。首先確定每個樁位河床面需沖擊整平高度(即整平后高程)，鉆機就位后，移動鉆機進行錯位沖擊，在四個方向分別錘平斜巖面至統一高程；然后進行鋼護筒下放定位及固定；最后采用沖擊鉆完成鉆孔樁成孔施工。

(a)斜巖面整平范圍

針對斜巖面，鉆機可采用小沖程沖擊斜巖，避免錘頭偏位，可適當增加處理范圍，以滿足樁基鋼護筒下放定位要求。

4 溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術

4.1 漏漿分析與措施

因橋址鉆孔樁河床覆蓋層較薄或沒有，溶洞貫通且大多無充填物，地層裂隙破碎帶發育強烈，這些因素都有可能導致鉆孔樁孔內出現漏漿，無法進行泥漿循環。鉆孔過程中出現漏漿現象可歸納為兩種類型：(1)深水裸巖巖面漏漿；(2)溶洞及裂隙破碎帶漏漿。

受深水裸露河床面影響，多數的鉆孔樁鋼護筒底端與巖面接縫處無覆蓋，這就導致護筒底口與巖面間接縫易出現漏漿，無法形成泥漿循環，達到泥漿護壁的效果。對此，可在前期施工時，采用φ2.0 m錘頭鉆進，錘頭帶有一定的擴孔影響，基本可以滿足鋼護筒跟進；然后采用振動錘跟進鋼護筒，至少跟進3 m，加黏土造漿沖進，可以保證鋼護筒嵌入段不漏漿。

鉆孔過程中的溶蝕裂隙破碎帶造成孔內漏漿，主要概括為錘頭在孔底遇到溶洞、裂隙等地質時，容易導致孔隙處漏漿，滲透速度較慢；若遇到空洞型溶洞，則泥漿會急劇泄漏，甚至引起塌孔。對此，可優先加入黃土堵漏，復沖以濃漿泥皮的形式填充溶洞裂隙，針對性加入片石復沖。若存在串孔或孔隙連通江水的情況，應選擇回填拌和稻草纖維的彈性黏土進行復沖堵漏，并靜置24 h后方可進行泥漿循環鉆進?？梢暻闆r采取澆筑砂漿、混凝土進行堵漏處理。

4.2 鋼護筒施工技術與指標

若仍無法有效處理漏漿問題，則可采取雙層鋼護筒跟進法，將內層鋼護筒跟進至孔底，在外層鋼護筒與內層鋼護筒中間縫隙處填充軟性混凝土。具體技術步驟為：(1)用φ2.0 m梅花錘沖擊河床面，直至入巖3 m，后用振動錘將φ2.1 m鋼護筒振至巖面以下3 m處，φ2.1 m鋼護筒露出水面3 m，然后再將φ1.86 m鋼護筒跟進至孔底；(2)在φ2.1 m鋼護筒與φ1.86 m鋼護筒中間縫隙處填充軟性混凝土；(3)φ2.1 m鋼護筒周邊焊接箍筋，將袋裝砂石綁在箍筋上跟隨φ2.1 m鋼護筒下至河床底部，將周圍可能漏漿的地方填補；(4)設置泥漿循環系統，形成泥漿反循環法。鋼護筒設計參數及安裝工藝如下頁表3所示。

表3 鋼護筒設計參數及安裝工藝一覽表

4.3 卡錘現象分析與措施

卡錘現象主要出現在鉆孔過程中，錘頭接觸面為不完整巖層，而且是無充填物溶洞，錘頭遇空洞地質情況時，落差較大，相當于錘頭遇斜巖出現嚴重偏位情況。此外還有因復沖片石、滑落石頭等因素導致卡錘情況?？刹扇〉膽么胧┯校?1)研讀樁基地質詳勘資料，針對有較大范圍或者深度較大區段的空洞地質時，鉆孔應以小沖程鉆進。(2)若遇卡錘現象，可采取人工操作鉆機小沖程提錘，吊車配合振動提錘，潛水員清理障礙物提錘，孔內弱爆破等措施。針對反復卡錘縮孔位置，應采取回填片石復沖處理，或采取混凝土澆筑復沖處理。[2]

4.4 泥漿循環系統設置

合理設置沉淀池、泥漿池，制備優質泥漿，配合使用膨潤土，改善泥漿質量，起到孔內循環護壁作用。嚴格控制鉆孔施工的泥漿指標為：鉆進過程中的泥漿比重為1.03～1.10，黏度值為17～20 Pa·s，含砂率<2%，膠體率>98%。[3]

4.5 水下混凝土澆筑

樁基水下C35混凝土采用導管法澆筑，針對大直徑樁基可采用雙導管澆筑。統籌兼顧深水溶蝕地質的漏漿塌孔風險以及澆筑水下混凝土順暢因素，導管埋深約為4～6 m，在規范值內選擇低坍落度混凝土。嚴格控制導管埋深和混凝土流動性，預防漏漿塌孔帶來的斷樁質量問題。

柳州市鳳凰嶺大橋按照深水裸露斜巖處理技術、溶洞及溶蝕裂隙帶處理技術成功解決了巖溶發育強烈、溶洞(槽)貫通及溶蝕裂隙破碎帶發育完全等地質因素對鉆孔灌注樁造成的成樁效率低、質量差的影響，縮短工期約45 d，直接節省成本約92萬元。經樁基完整性檢測，主橋樁基均為Ⅰ類樁，證明了該施工技術科學、高效、經濟，適用于深水溶蝕地質條件下鉆孔樁的成樁工藝處理。

5 結語

深水溶蝕地質快速成樁施工從地質勘探開始，每一步都需要分析控制，無論是地形地質勘察、斜巖面處理、溶洞及溶蝕裂隙帶處理、泥漿循環控制、水下混凝土澆筑等每道工序都可能影響樁基成品質量，特別是從巖面到地層的深水溶蝕地質處理尤為關鍵。本文經技術研討和分析深水溶蝕地質快速成樁技術工藝，提出了多種針對性的施工應用技術，有效地解決深水溶蝕地質樁基成孔效率低、質量差難題，對此類地質樁基施工具有應用價值，可為社會創造更多效益。