特殊地質(zhì)樁基施工關(guān)鍵技術(shù)研究

宋雅萍，劉 斌

(濟(jì)南海河建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司,山東 濟(jì)南 250002)

隨著現(xiàn)代建筑工程的不斷發(fā)展,巖溶發(fā)育的地區(qū)樁基成孔技術(shù)已成為關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)具有施工難度大、技術(shù)要求高等特點(diǎn),對于保證工程質(zhì)量和安全性具有重要意義。因此,結(jié)合實(shí)際工程案例開展特殊地質(zhì)樁基成孔綜合施工工藝技術(shù)研究,對于提高工程建設(shè)水平具有重要意義[1]。

1 工程概況

濟(jì)南工業(yè)北路東延工程位于濟(jì)南市歷城區(qū)、高新區(qū),工程西起現(xiàn)狀工業(yè)北路高架終點(diǎn)(郭店立交以西),東至大正路以東,全長 12.667 km。施工內(nèi)容包括高架橋梁、地面橋梁、人行天橋工程等。其中高架橋梁工程包含:K0+000—K10+425,K11+874—K12+336主線高架橋,地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層、第四系沉積層、燕山期侵入巖漿巖、石炭-二疊系泥巖、砂巖、奧陶系灰?guī)r等,鉆孔時(shí)極易發(fā)生坍塌。地下水大致分為兩類:基巖裂隙水、巖溶水,濟(jì)南名為泉城,地下水量非常豐富。

根據(jù)鉆探及物探揭示,主線高架橋區(qū)巖溶發(fā)育,完成的24孔有13孔揭示溶洞和裂隙,全充填為主,局部無充填,充填物以粉質(zhì)黏土及碎石類土為主;揭示溶洞高0.5 m～2.4 m;鉆孔遇洞率48.9%。鋼護(hù)筒直徑為2.2 m,采用Q235鋼板制作而成。采用激振力為400 t的振動(dòng)錘將樁基護(hù)筒振入。

2 巖溶發(fā)育區(qū)樁基施工技術(shù)

本標(biāo)段采用沖擊鉆孔或旋挖鉆孔施工進(jìn)行樁基的成孔,工藝流程見圖1。

2.1 現(xiàn)場施工

每個(gè)橋墩下伏基巖均有溶洞發(fā)育,溶腔多為串珠型多層溶腔分布,全填充和半填充,少部分溶腔無填充,填充物以黏土為主,主線橋29號墩樁長55 m,于2023年6月開鉆施工,由于墩位處于回填土、雜土范圍內(nèi),開鉆后出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,遇到半邊巖半邊土地質(zhì)時(shí),沖擊鉆平均每天進(jìn)尺不足0.2 m,需要回填片石、黏土再鉆進(jìn),進(jìn)尺緩慢,為提高施工進(jìn)度,后來采用旋挖鉆進(jìn)行施工,由于29號墩樁基屬于大直徑長樁基, 使用傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁很難保證樁基成孔的穩(wěn)定性,經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、埋鉆頭現(xiàn)象,后來經(jīng)過研討,決定鋼護(hù)筒跟進(jìn)(如圖2所示),很好的防止了塌孔、埋鉆頭現(xiàn)象,有效的提高了鉆進(jìn)速度[2-4]。

部分樁基采用沖擊鉆,沖擊鉆施工進(jìn)度快慢的關(guān)鍵點(diǎn)在錘頭的強(qiáng)度,通過工地試驗(yàn),采用4邊鉆頭并在牙齒處幫焊鋼筋和在鉆頭四周焊一圈鋼板,加強(qiáng)鉆頭的耐磨性,且有效防止了“梅花樁”的出現(xiàn),減少了更換鉆頭的頻率,大大提高了樁基施工進(jìn)度[5-7]。

2.2 施工難點(diǎn)分析

1)由于巖溶裂隙的特點(diǎn)是多呈串珠狀分布且溶洞體積大、連通性強(qiáng),當(dāng)鉆孔至巖溶裂隙或溶洞時(shí),孔內(nèi)的泥漿會(huì)沿著巖溶通道大量流失,導(dǎo)致上部泥漿護(hù)壁容易坍塌,甚至引發(fā)地表地陷以及埋鉆等事故。

2)弱風(fēng)化巖具有堅(jiān)硬的巖質(zhì),且出露面呈現(xiàn)凹凸不平的特點(diǎn)。在鉆探過程中,不僅鉆進(jìn)速度緩慢,而且很容易因受力不均導(dǎo)致鉆頭破裂、卡住或鉆孔偏離等問題,從而延長了工期[8-10]。

3)不同地質(zhì)發(fā)育造成的樁位類型各異,有些是半土半巖的,有些是斜坡狀的灰?guī)r巖面,鉆孔進(jìn)入斜坡面時(shí)容易發(fā)生偏孔問題。

4)在混凝土灌注過程中,成孔后,由于混凝土壓力巨大,護(hù)壁被沖破,混凝土反向進(jìn)入溶腔,導(dǎo)致混凝土面下降,甚至使管底脫出混凝土面,引發(fā)斷樁事故[11-13]。

2.3 應(yīng)對措施

1)斜坡巖面處理。解決施工中斜坡巖面問題的主要方法是利用回填片石和黏土,并通過反復(fù)沖擊來解決。對一些難以調(diào)整的傾斜孔,會(huì)選擇灌注低標(biāo)號的水下混凝土,并采用小沖程打緊錘的方式反復(fù)沖擊以形成孔洞。

2)漏漿處理。遇到施工中漏漿現(xiàn)象時(shí),可以采取以下預(yù)防和處理措施:a.鉆頭進(jìn)入溶洞后,如果發(fā)現(xiàn)漏漿,應(yīng)立即將鉆頭抽出,通過反復(fù)沖擊回填片石和黏土,以填實(shí)溶腔,并確?？變?nèi)水壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。b.在進(jìn)行穿透溶洞時(shí),如果出現(xiàn)漏漿的情況,應(yīng)立即停止鉆進(jìn),并將泥漿或水注入孔內(nèi),同時(shí)投入石片和黏土,以確?？變?nèi)的壓力維持在正常水平。c.若巖溶裂隙導(dǎo)致漏漿,可增加泥漿密度、減緩鉆進(jìn)速度、使用小沖程和放慢打擊節(jié)奏等方法來抑制漏漿對施工的負(fù)面影響。d.如果出現(xiàn)了鋼護(hù)筒底部漏漿的情況,需要繼續(xù)向下填充堵死鋼護(hù)筒底部的縫隙,然后用片石和黏土進(jìn)行回填,高出護(hù)筒底部1 m以上,并反復(fù)進(jìn)行沖擊,以確保其牢固穩(wěn)定。

3)塌孔處理。遇到施工中輕微塌孔現(xiàn)象時(shí),應(yīng)立即通過增大泥漿的密度、提高泥漿水的高度、增加水壓來解決。對于塌陷位置不太深的情況,可以選擇使用鋼護(hù)筒跟進(jìn)或者將鋼護(hù)筒埋入較深的地方,在護(hù)筒周圍進(jìn)行夯實(shí)處理,之后再重新開始鉆探。如果在位置較深且塌孔程度嚴(yán)重的情況下,應(yīng)立即采用片石回填或摻入不少于5%水泥砂漿的黏土回填來解決問題。必要時(shí),需要將鉆機(jī)移開,以避免鉆機(jī)遭受損壞或埋藏。在回填穩(wěn)定后,可以重新進(jìn)行鉆探。當(dāng)回填后的片石巖面傾斜角度較大時(shí),鉆頭容易擺動(dòng),可能導(dǎo)致偏孔、塌孔或卡鉆等問題。此時(shí),可以先使用小沖程進(jìn)行沖擊,穿過回填層后再切換到正常的鉆進(jìn)方式[14-16]。

2.4 溶洞處理方案

1)片石、黏土填充重復(fù)鉆進(jìn)。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)得出最有效最經(jīng)濟(jì)的一個(gè)施工方法,即將片石和黏土反復(fù)回填填充,這種方法施工簡單、操作方便且成本可控。在沖擊進(jìn)入溶洞后,孔內(nèi)泥漿可能會(huì)部分或全部流失,導(dǎo)致失去泥漿護(hù)壁的情況下容易出現(xiàn)塌孔,并且可能會(huì)發(fā)生漏漿。為了解決這個(gè)問題,我們可以使用1∶1體積比的片石加黏土進(jìn)行回填處理,也可以在溶腔較大時(shí)加入部分水泥。回填的過程中,每回填一層就進(jìn)行一次沖擊,以確保片石和黏土混合物的密實(shí)性,直到回填的高度達(dá)到溶腔頂部的2 m～5 m。在溶洞回填完成后,我們將在孔洞內(nèi)注入黏度較高的泥漿,并讓其自然滲入石縫中。經(jīng)過5 h后,我們將施加沖擊力,使泥漿進(jìn)一步填充石縫和黏土溶腔,形成泥夾石護(hù)壁。如果在孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,可以多次回填并反復(fù)沖擊,直到漏漿問題解決為止[17-18]。

2)鋼護(hù)筒跟進(jìn)。鋼護(hù)筒主要用于巖溶發(fā)育復(fù)雜、單溶洞高度較大且溶洞性質(zhì)為半填充、無填充或全填充流塑狀土的情況;在鉆洞過程中,對于存在較大溶洞和不穩(wěn)定覆蓋層的樁基,可以通過使用鋼護(hù)筒緊跟在穩(wěn)定層附近,實(shí)現(xiàn)保護(hù)孔壁的作用,同時(shí)有效避免地面塌陷因鉆孔樁孔壁坍塌而引起的問題[19]。

3)回填低標(biāo)號混凝土。處理大型溶洞時(shí),尤其是半填充或無填充的溶洞,一種有效的方法是用低標(biāo)號混凝土進(jìn)行回填,以解決在使用填充片石和黏土的方法無法實(shí)現(xiàn)成孔或預(yù)防孔壁被擠垮的問題,從而確保澆筑混凝土?xí)r的穩(wěn)定性。在進(jìn)行鉆孔時(shí),如果遇到難以處理的斜巖或其他容易導(dǎo)致偏孔卡鉆的情況,使用填充低標(biāo)號混凝土的方法可以取得較好的效果。

2.5 注意事項(xiàng)

1)設(shè)置十字護(hù)樁。為確保鉆孔位置準(zhǔn)確,施工人員需在樁中心周圍設(shè)置四個(gè)樁心控制點(diǎn),再用木樁進(jìn)行標(biāo)記,完成澆筑后再進(jìn)行拆除。示意圖見圖3。

2)泥漿調(diào)配。泥漿調(diào)配在巖溶區(qū)樁基施工中是關(guān)鍵步驟,尤其重要。保證泥漿在導(dǎo)管和鋼筋籠下放時(shí),滿足要求,避免離析和沉淀,以確保樁基孔壁的穩(wěn)定。施工時(shí),必須合理控制泥漿的比重。對于含黏土和粉土的土層,泥漿比重應(yīng)在1.02～1.6范圍內(nèi)。對于易塌陷的土層,泥漿比重應(yīng)在1.06～1.1范圍內(nèi)。如果泥漿比重過高,會(huì)造成鉆孔過程中的堵塞問題,并且會(huì)影響鉆孔效率。需要加入適量造漿粘或跟進(jìn)長護(hù)筒,以便鉆入純砂層[20]。

3 結(jié)語

通過回填、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等綜合措施,以及合理選擇鉆孔順序、配套的施工機(jī)具,同時(shí)優(yōu)化泥漿配置,通過多次改進(jìn)不同地質(zhì)和情況下選用不同鉆機(jī)進(jìn)行施工,成功改進(jìn)了29號主墩樁基的成孔工藝,對于類似工程的施工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。