復雜巖溶地質條件下的鉆孔樁成孔技術

1、復雜巖溶地質條件下的鉆孔樁成孔技術廣西桂林是一個美麗的城市， 尤其以溶洞著稱， 巖性主要為 炭質灰?guī)r，巖溶及其發(fā)育，地上石山林立，地下溶洞千姿百態(tài)， 桂林被稱為地質博物館， 在桂林進行樁基礎施工， 難度可想而知。1工程概述1.1 工程地質三街漓江雙線特大橋橋址分布泥質灰?guī)r， 灰?guī)r，勘探揭示巖 層內巖溶強烈發(fā)育：溶洞高度 0.548m以充填型為主，充填 物包括軟粘性土、砂層及卵礫石等；部分為半充填溶洞，鉆探遇 見時鉆具重力下落。溶洞大多為多層分布，呈“糖葫蘆串狀”， 最多的達到了 13層溶洞，最高也達到了 48m巨型溶洞，地下構 造十分復雜。1.2 水文地質1.2.1 地下水：橋區(qū)地下水主要為第

2、四系孔隙水及基巖裂隙 水及巖溶水。 孔隙水主要賦存于卵石土層內， 水量大、逕流通暢； 基巖裂隙水賦存于基巖風化裂隙中，富水性強，含水量大；巖溶 水賦存于泥質灰?guī)r巖溶管道中， 水量大。地下水主要受大氣降水、 地表水補給，與地表河流呈互補關系。1.2.2 地表水：地表水主要為流過橋位的河水，水量較大， 主要受大氣降水補給，徑流途徑較長，主要用于農田灌溉，枯水 期補給地下水。地表水與地下水水力聯(lián)系緊密。2.施工難點及問題提出 湘桂鐵路擴改工程三街漓江特大橋橋址巖溶十分有發(fā)育、 地 質情況復雜， 很多樁基成孔時間達到了約 1年的時間， 基樁成孔 困難原因分析如下：2.1 地下溶洞相互連通，巖溶管道發(fā)育

3、，鉆孔過程中一旦發(fā) 生漏漿，極易造成塌孔，造成埋錘、鉆機傾覆等事故；2.2 巖溶發(fā)育及巖溶走向不規(guī)則，當遇到探頭石、斜坡巖以 及剛好溶洞占據(jù)了大部分樁位時，樁位偏孔，糾偏困難；2.3 地下水高、巖溶管道水壓力大，造成在穿越溶洞時的， 地下水對泥漿的稀釋， 造成泥漿質量不穩(wěn)定， 二次清孔后沉碴厚 度和混凝土灌注質量難以保證。在弄清成孔困難的原因后，如何實施卻是個難題。 3施工對策及實施3.1 溶洞施工（1）在開鉆前先應逐樁鉆探，勘察清楚溶洞的位置、高度， 溶洞充填情況、填充物性質；（2）施工順序。由于橋址地處巖溶地區(qū)，裂隙發(fā)育，溶溝、 溶槽、溶洞眾多，錯綜復雜，不僅每個墩的樁孔相連，而且墩與 墩

4、之間的樁孔也有貫通， 因此， 開鉆前應詳細分析研究其地質資 料，審慎選擇開孔順序。根據(jù)施工實踐，按先長樁后短樁、先低 位橋墩上的孔樁后高位上的孔樁 , 先周邊后中間的孔樁 , 有利 于后續(xù)孔樁的施工。一個墩 , 長樁先施工 , 對截斷溶洞通道有 利 , 利于后面短樁的施工 ; 一座橋 , 由于水流總是由高向低 , 先 施工低位孔樁 , 可部分截斷溶洞通道 , 利于高位橋墩的施工。 所 有橋梁孔樁的施工均是遵從這一原則。(3) 鋼護筒跟進：針對本橋地質巖溶發(fā)育， 且上覆層為6 18m不等的卵石層，在穿越溶洞時的漏漿極易造成卵石層段孔壁 坍塌的情況下， 鉆孔穿過卵石層后要及時跟進鋼護筒， 防止塌孔

5、、 埋鉆等事故的發(fā)生。采用加大口徑至鋼護簡直徑的鉆頭沖進成 孔。鉆進至穩(wěn)定的粉質黏土層或巖面時， 采用振動錘振動沉放內 護筒直至孔底或巖面。 當護筒下至粉質黏土層時， 底腳應嵌人粉 質黏土層不小于 o. 5m防止護筒刃腳冒水。當下沉至巖面且?guī)r 面為斜巖面， 護筒刃腳可能只有 1 點或幾點接觸巖面， 其余部分 懸空時， 施工時可依據(jù)斜巖面施工處理措施進行處理。 然后更換 鉆頭沖進，漏漿時采用擠石造壁的方法。 護筒刃腳處23m范圍 內，要反復天粘土小片石，小沖程將回填物擠入孔壁，以加固孔 壁，防止護筒刃腳部孔壁不穩(wěn)掉塊、 坍塌造成卡錘、 埋錘等事故。(4) 預注漿：適用于溶洞裂隙發(fā)育，溶洞連通性比

6、較好且 充填的溶洞。 根據(jù)地質勘探資料， 在樁孔施工前有選擇性地對這 些溶洞、 裂隙發(fā)育的樁孔先進行預處理。 具體方法是在樁位中心 鉆 1 個灌漿孔及沿承臺四周鉆孔注漿，灌漿通過滲透、劈裂、擠 密加固土塊或直接， 填充溶洞空隙， 并在樁的四周形成防水帷幕。 灌漿孔孔徑100 mm孔深達到溶洞底標高，使用以純水泥漿為 主的單液注漿，水灰比 o. 6： 11： 1。各孔注漿量根據(jù)具體地 質情況有較大的差異，當連續(xù)注漿單孔超過 20 t 不見升壓時， 應考慮提高漿液濃度，必要時間歇注漿。為防止注漿竄孔，采取 跳孔注漿，邊鉆孔邊注漿的措施。注漿量過大時，采取適當?shù)墓?程措施進行處理。 實踐證明， 采用

7、此方法防止漏漿和塌孔起到了 較好的效果， 加快了施工進度， 改變了施工現(xiàn)場大量堆放溶洞處 理用的片石、粘土而造成的臟、亂、差現(xiàn)象。3.2 斜巖面施工當鉆孔遇到斜巖面時，由于鉆頭沿著巖層傾 斜面下滑而造成偏孔（斜孔），可采取以下處理措施。 （1） 回填 片石：提鉆后向孔內投入片石 2- 3m先以較小的沖程反復沖砸， 使孔底形成一個平臺， 直至沖擊時不再發(fā)生偏孔為止。 若一次不 成則可反復數(shù)次，如15號墩115#樁、22號墩112#樁、24 號墩111#樁、25墩112#樁等。（2）回填混凝土：當回填片 石不能糾偏或糾偏效果不甚理想時， 可采用此方法進行。 即提鉆 清孔后，向孔內灌人 C30水下混

8、凝土 3-4m,待混凝土強度達到 70%設計強度以上再小沖程沖擊成孔。3.3 泥漿問題3.3.1 泥漿制備。一般情況下，鉆孔樁造漿大多是孔內原位 造漿，這一點要引起我們的重視， 樁位的地層土質的性質千差萬 別的，造出的漿的質量差別也很大，因此，我們要及時給孔內補 充質量好的膨潤土，甚至一些化學添加劑，來改善泥漿的性能。 泥漿比重過大的缺陷在于增加了水下混凝土灌注的難度， 容易出 現(xiàn)質量事故 （如灌注無法進行而形成斷樁； 施工人員有時為了混 凝土灌注順利， 私自改變淺導管下口在混凝土中的埋深， 形成夾 層等），就是施工的風險增加了。3.3.2 成孔過程中， 泥漿的作用除了護壁外， 就是向外帶渣

9、體，通過循環(huán)泥漿把渣體從孔井中帶到地面 （然后在沉渣池中沉 淀），帶渣是泥漿的主要作用。清孔時，通過泥漿向外帶渣，幾 乎是泥漿的唯一作用。因此，要想保證樁基質量，泥漿的三個指 標必須系統(tǒng)地進行控制，而施工規(guī)范上對泥漿的比重、稠度、含 沙（渣）量都有具體規(guī)定，只要三個指標都符合規(guī)范要求，灌注 水下混凝土都不應該有問題。但在巖溶地區(qū)進行鉆孔灌注樁施 工，泥漿指標切不可照搬規(guī)范要求， 泥漿應根據(jù)現(xiàn)場實際進行調 整，鉆孔過程中泥漿的主要作用除護壁及將鉆渣帶出孔外， 還有 一個作用就是防止溶洞段孔壁坍塌， 由于地下水豐富， 巖溶管道 發(fā)育，在鉆孔的過程中泥漿比重應控制在1.31.5之間，增加對孔壁的壓力， 使泥漿具有一定的液柱壓力， 達到平衡孔壁外圍 土層壓力穩(wěn)定孔壁， 防止溶洞段軟泥塌孔； 泥漿黏度和含砂指標 控制直接影響鉆碴排出和鉆進的速度。 在第一次清孔時是要將孔 內的鉆渣基本上清理干凈。4. 結語三街漓江雙特大橋橋區(qū)地質復雜， 巖溶發(fā)育， 給施工帶來了 極大的困難。全橋共448根鉆孔樁，最長樁長達到了 78m最大 樁徑2.0m，開鉆前通過對地質資料的研究，制定詳細的巖溶樁 基施工技術措施。 對于一些