馬力輝

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，巖溶區(qū)的工程建設(shè)項(xiàng)目愈來愈多。因此而引發(fā)的巖溶工程地質(zhì)問題諸如巖溶地基的穩(wěn)定性、巖溶滲漏、巖溶塌陷等越來越受到人們的關(guān)注。隨著樁基施工技術(shù)研究的不斷深入，巖溶區(qū)橋梁樁基的施工技術(shù)及處治方法的研究也日益重要。本文在野外地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的巖溶地質(zhì)基礎(chǔ)理論，對(duì)巖溶區(qū)橋梁樁基施工及樁基施工過程人工挖孔樁和鉆(沖)成孔樁施工工藝中遇到的問題進(jìn)行了的研究。
關(guān)鍵詞：巖溶區(qū)；橋梁樁基；施工工藝
巖溶在我國(guó)是一種相當(dāng)普遍的不良地質(zhì)現(xiàn)象。長(zhǎng)期以來，在巖溶地區(qū)的各項(xiàng)工程建設(shè)中，場(chǎng)地內(nèi)的各種巖溶形態(tài)，巖溶地下水及其它不良地質(zhì)作用等都是影響地基穩(wěn)定，工程質(zhì)量和安全使用的主要因素，也是使用過程中的主要隱患。基樁穿越溶洞時(shí)的施工是巖溶地區(qū)樁基施工的難點(diǎn)與關(guān)鍵，相當(dāng)多的工程在穿越溶洞施工時(shí)遇到各種各樣的困難，若事先準(zhǔn)備不足或應(yīng)對(duì)方案不合理，則可能導(dǎo)致施工困難，甚至無法完成。有些樁基施工盡管勉強(qiáng)完成，但成樁質(zhì)量存在缺陷，導(dǎo)致補(bǔ)樁的情形也時(shí)有發(fā)生，甚至還出現(xiàn)大批樁基不合格，全部報(bào)廢，橋位移位等嚴(yán)重事故。因此，基樁施工在穿越溶洞時(shí)要特別小心，事先應(yīng)有詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)和技術(shù)交底。下面針對(duì)施工中多采用的人工挖孔樁和鉆(沖)成孔樁這兩種施工工藝分別敘述其在穿越溶洞時(shí)的施工。
1人工挖孔樁在穿越溶洞時(shí)的施工
巖溶區(qū)場(chǎng)地一般富水性強(qiáng)，若巖溶地下水為承壓水，當(dāng)人工挖孔樁挖穿溶洞會(huì)突然涌水，輕則導(dǎo)致施工停頓，重則可能導(dǎo)致施工人員死亡。當(dāng)巖溶區(qū)場(chǎng)地內(nèi)地下水位較高時(shí)，巖溶水易與地面徑流、湖、塘水連通，大量抽水，導(dǎo)致地面大范圍沉降或是無法降低孔內(nèi)水位，使施工難以進(jìn)行下去。
1.1采用鋼套筒護(hù)壁穿越
在人工挖孔樁施工接近溶洞頂板時(shí)，根據(jù)施工鉆探探明的溶洞在樁孔范圍內(nèi)的空間分布，按照溶洞高度制作鋼套筒，將鋼套筒錘擊沖破溶洞頂板，使套筒下端進(jìn)入溶洞底板基巖，再人工挖除套筒內(nèi)的溶洞充填物，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。這種處理方法在穿越采空區(qū)的人工挖孔樁的施工中采用過，應(yīng)用于巖溶區(qū)時(shí)須謹(jǐn)慎，因?yàn)椴煽諈^(qū)空間分布一般較巖溶簡(jiǎn)單，采空區(qū)高度也較容易確定；而巖溶的空間形態(tài)復(fù)雜，不易全部掌握，由此導(dǎo)致鋼套筒長(zhǎng)度較難確定，且當(dāng)溶洞頂板或底板傾斜過大時(shí)，這種處理方案也易失效。
1.2高壓帷幕注漿法止水穿越
樁孔因涌水或由于抽水，導(dǎo)致附近大面積地面沉降及建筑物沉降等，而無法繼續(xù)施工，為清除孔內(nèi)涌水，堵住向樁孔涌水的通道，可采用高壓帷幕注漿堵水工藝。（1）己挖樁孔涌水的封堵，可采取如下步驟:①在己挖樁孔底部用導(dǎo)管水下灌注C25砼，形成大于o.5m厚的止水墊；②在止水墊砼達(dá)到2/3強(qiáng)度時(shí)，用Φ114mm孔口管固定在止水墊中；③用Φ75mm鉆具在孔口管內(nèi)向下鉆進(jìn)至第一注漿段；④用帶有對(duì)盤的鉆桿下入孔內(nèi)并與孔口管上的對(duì)盤連接、密封、固定后進(jìn)行高壓注漿。（2)未挖樁孔的注槳堵水在未挖樁孔周圍布置的孔位上，先用Φ130mm鉆具鉆進(jìn)3.0m，放入上端帶有對(duì)盤的中130Inln鉆具鉆進(jìn)3.0m孔深，再下入上端帶有對(duì)盤的Φ114mm孔口管，孔口管周圍用水泥漿封閉，待水泥漿凝固后，改用Φ75mm鉆具在孔口管內(nèi)向下分段鉆進(jìn)、注漿。在實(shí)際工程中應(yīng)用此方法時(shí)，必須先做試驗(yàn)，取得合理施工參數(shù)后再大范圍展開。注漿效果檢查與對(duì)比主要有以下3個(gè)方面:①樁孔涌水量及成樁率變化；②巖溶裂隙被水泥漿充填膠結(jié)，地基強(qiáng)度變化情況；③對(duì)附近環(huán)境的影響。
1.3異型板或斜管節(jié)支擋穿越
當(dāng)基樁穿越較大溶洞的尖滅處時(shí)，可采用鋼筋混凝土異型板或斜管節(jié)進(jìn)行支擋處理，即將異型板或斜管節(jié)封堵溶洞尖滅處，防止混凝土進(jìn)入溶洞而出現(xiàn)大量流失，但此時(shí)尚需考慮異型板的受力，其詳細(xì)構(gòu)造及配筋計(jì)算可參見文獻(xiàn)進(jìn)行。
2沖(鉆)成孔樁在穿越溶洞時(shí)的施工
沖(鉆)成孔法施工在穿越溶洞前，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料顯示的溶洞大小，準(zhǔn)備好黃泥包、片石及充足泥漿以便發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí)能及時(shí)有效地處理。當(dāng)沖孔到溶洞位置時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿液面下降，立即用大片石和泥包回填樁孔，并從儲(chǔ)漿池向孔內(nèi)補(bǔ)漿，直到孔內(nèi)泥漿面穩(wěn)定后再繼續(xù)沖孔，溶洞位置要反復(fù)回填，反復(fù)沖孔，以使黃泥、片石能封堵溶洞，防止漏漿及澆注混凝土?xí)r混凝土流失。若溶洞規(guī)模較大，可采用C20混凝土或水泥砂漿封堵(加速凝劑)。封堵時(shí)向?qū)Ч芄嘧⒒炷�土到溶洞頂板以�?.0m處，上部回填粘土并注入沖洗液至孔口，待混凝土初凝后繼續(xù)鉆進(jìn)。
在巖溶地層中鉆進(jìn)應(yīng)注意下列事項(xiàng):(1)沖擊鉆頭操作要平穩(wěn)，盡可能少碰撞孔壁；(2)選用圓形鉆頭鉆進(jìn)，沖程宜小不宜大，加大鉆頭重量，懸距不宜過大；(3)遇裂隙漏失時(shí)，可投入粘土，沖擊數(shù)次后，再邊投粘土邊沖擊，直至穿過裂隙；(4)遇溶洞時(shí)，應(yīng)減小沖程和懸距，慢慢穿過，必要時(shí)可邊沖邊向孔內(nèi)投放小片石或碎石，以沖擠到溶洞充填物中作骨架，穩(wěn)定充填物；(5)遇無充填物的小溶洞時(shí)，如果施工需要，可投入粘土加石塊，形成人造孔壁；(6)遇起伏不平的巖面和溶洞底板時(shí)，不可盲目采用大沖程穿過。需投入粘土石塊，將孔底填平，用十字形鉆頭小沖程反復(fù)沖搗，慢慢穿過，待穿過該層后，逐漸增大沖程和沖擊頻率，形成一定深度的樁孔后，再進(jìn)行正常沖擊。
3其它常遇問題的處理
3.1坍孔
鋼護(hù)筒過短，沒有穿透砂礫和卵石層落在不透水層上，當(dāng)沖擊到溶洞后，突然漏漿造成水頭高度急劇下降，砂礫和卵石層失去穩(wěn)定，形成漏斗狀的坍孔。預(yù)防坍孔的方法:(l)在地下水可以控制的情況下，可優(yōu)先考慮人工挖孔樁混凝土護(hù)壁，穿過透水層座落在不透水的土層上，這種方法預(yù)防坍孔非常有效。如練屋中橋和橫石水大橋，采用了人工挖孔樁混凝土護(hù)壁，并且座落在亞粘土層，即使溶洞漏水很厲害，在回填片石和粘上反復(fù)沖擊反復(fù)漏水的情況下，仍未出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，有的在孔外有坍塌也未造成孔口坍塌；(2)采用沖擊鉆沖孔施工時(shí)，可將鋼護(hù)筒座落在不透水的土層上，再繼續(xù)沖擊成孔也可避免坍孔；(3)發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水，及時(shí)拋片石和粘土以防止坍孔。坍孔的處理辦法:(1)當(dāng)成孔深度不大時(shí)，可全孔回填粘土和片石，在暫停一段時(shí)間后，再深埋鋼護(hù)筒至不透水層方可重新鉆孔；(2)當(dāng)成孔深度較大時(shí)，可將鋼護(hù)筒一直座落在坍孔的喇叭口下緣的不透水層上，護(hù)筒周圍回填干粘土，擠實(shí)后，再重新鉆孔。坍孔后，由于回填土的密實(shí)度低于原來土體的密實(shí)度，致使樁周摩阻降低，對(duì)于摩擦樁應(yīng)適當(dāng)增加樁長(zhǎng)以滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2漏漿
漏漿是巖溶地層鉆孔樁施工常見故障之一，主要是由于巖溶裂隙透水、樁孔與溶洞突然貫通，或鋼護(hù)筒底部漏漿等原因所造成的。其預(yù)防措施有:(l)穿透溶洞時(shí)，應(yīng)密切注意護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降漏漿，應(yīng)立即提出鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿或注水，保持住孔內(nèi)水頭壓力并投入粘土和片石混合物；(2)當(dāng)巖溶裂隙較大，因透水性強(qiáng)而發(fā)生漏漿時(shí)，應(yīng)采取加大泥漿比重，改善泥漿稠度和控制鉆進(jìn)速度等措施進(jìn)行處理；(3)當(dāng)鉆頭擊穿頂板進(jìn)入溶洞時(shí)，若能保持樁孔內(nèi)水壓力，可向樁孔內(nèi)拋填封堵漏漿的混合料，經(jīng)小沖程反復(fù)沖砸后，形成新的造孔壁；(4)當(dāng)鋼護(hù)筒底部漏漿后，可繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒，并用粘土封閉護(hù)筒周圍縫隙，防止地表水繼續(xù)滲入，然后向孔內(nèi)填擲粘土塊和碎石，填筑高度以高出鋼護(hù)筒底lm為宜，最后用小沖程反復(fù)沖砸，達(dá)到加固鋼護(hù)筒底部孔壁與堵漏的目的；(5)若不能保持水壓力，表明空溶洞較大或其他溶洞連通，此時(shí)應(yīng)先停止鉆孔，加大堵漏混合物的拋填，再按鋼護(hù)筒底部漏漿處理措施進(jìn)行封堵。
3.3卡鉆
使用沖擊鉆鉆孔時(shí)，由于鉆頭的抖動(dòng)往往會(huì)有沖破孔壁，致使孔壁不圓，或形成梅花孔現(xiàn)象；此外，由于鉆頭磨損未及時(shí)補(bǔ)焊，鉆孔直徑逐漸變小，新鉆頭或補(bǔ)焊后鉆頭直徑過大，以及在施鉆過程中，由于沖程過大，突然擊穿溶洞頂板，使鉆頭旋轉(zhuǎn)不能提鉆等均可導(dǎo)致卡鉆。預(yù)防措施有:(1)及時(shí)更換或補(bǔ)焊鉆頭，并向樁孔中回填片石，在鉆進(jìn)面先用小沖程鉆進(jìn)，然后逐漸加大到正常沖程，轉(zhuǎn)入正常鉆孔；(2)在溶洞頂板施鉆時(shí)應(yīng)先用小沖程開孔，并注意旋轉(zhuǎn)鉆頭，溶洞開口后，要及時(shí)拋填片石和粘土塊填筑，逐漸進(jìn)入正常鉆孔。
3.4埋鉆
埋鉆是鉆孔中常見的而不易處理的故障，主要是由于孔壁塌陷造成的。在巖溶地層鉆孔，鉆孔穿越的溶洞頂板較薄、埋深較淺時(shí)，由于沖程過大，砸擊溶洞頂板就可能出現(xiàn)溶洞坍塌，地表下陷，施工不慎便會(huì)發(fā)生掩埋鉆頭的情況。預(yù)防措施有:(1)發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)及時(shí)提起鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)水注漿，保持水壓力，采取相應(yīng)措施，堵住漏漿；(2)穿越溶洞時(shí)應(yīng)改用小沖程鉆進(jìn)，防止擊垮溶洞頂板，并準(zhǔn)備好拖拉設(shè)施，系好滑車鋼絲繩，做好鉆機(jī)撤離準(zhǔn)備。
3.5漏混凝土
鉆孔樁基礎(chǔ)出現(xiàn)灌注混凝土泄漏的原因通常是由于混凝土的密度大于泥漿的密度。這是由于灌注水下混凝土?xí)r孔壁側(cè)壓力增大，沖破己形成的片石粘土孔壁封閉環(huán)而產(chǎn)生混凝土泄漏。預(yù)防措施有:(1)對(duì)高度比較小的溶洞，在按照上述方法形成孔壁封閉環(huán)后，再次拋入粘土和片石混合物，并超過溶洞頂板底面一定的高度，重新成孔以增加孔壁的厚度和強(qiáng)度；(2)對(duì)高度大且無充填物的空溶洞，應(yīng)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，并把不小于設(shè)計(jì)樁徑的鋼護(hù)筒要跟進(jìn)至溶洞底，在確保鋼護(hù)筒與溶洞的下層堅(jiān)硬圍巖密接后，繼續(xù)鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
3.6孤石處理
沖擊成孔過程中，若遇到孤石，可拋填硬度相近的片石或卵石，將鉆機(jī)稍移向孤石一側(cè)，然后用高沖程沖擊，或高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎擠入孔壁。若孤石非常堅(jiān)硬，也可采用孔內(nèi)爆破法〔側(cè)。一般可采用孤石表面爆破(簡(jiǎn)稱貼爆)和定向聚能爆破兩種方法:遇一般性孤石，將炸藥包吊放在孤石表面引爆，震裂孤石，以利鉆進(jìn)；遇堅(jiān)硬孤石，采用定向聚能爆破的方式，根據(jù)孤石的大小及堅(jiān)硬程度確定用藥量，只要藥量控制適當(dāng)，不會(huì)影響孔壁及施工平臺(tái)的安全。
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