巖溶地區(qū)樁基鉆孔施工控制技術(shù)探討

1、    巖溶地區(qū)樁基鉆孔施工控制技術(shù)探討    倪文祥摘要：公路、鐵路等大型基礎設施建設過程中，巖溶地區(qū)的溶洞、硬質(zhì)斜巖和破碎巖給樁基鉆孔施工帶來了重大困難，為進一步提高巖溶地區(qū)的樁基施工質(zhì)量，本文以廣東陽江地區(qū)云湛高速項目作為研究目標，對相關(guān)的巖溶地區(qū)樁基處理方法和處理中常見的問題進行了詳細的分析與研究，用其作為理論基礎為巖溶地區(qū)的樁基鉆孔處理施工提供依據(jù)和指導。abstract： during the construction of large-scale infrastructure such as highways and railways， k

2、arst caves， hard sloping rocks and fractured rocks in karst areas have brought major difficulties to the pile foundation construction. to further improve the quality of pile foundation construction in karst areas， this paper takes the yunzhan expressway project in yangjiang area of guangdong as the

3、research target， and analyzes and studies the common problems in the pile foundation treatment in the relevant karst area. it is used as the theoretical basis for the pile foundation drilling treatment in karst area.關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);樁基鉆孔;控制技術(shù)key words： karst area;pile foundation drilling;control technology：

4、u445.55+1                                 ：a                                  ：1006-4311（2019）18-0110-040  引言廣東陽江地區(qū)云湛高速項目途經(jīng)巖溶

5、地區(qū)，該地區(qū)巖溶規(guī)模較小，處于發(fā)育階段，且溶洞較多，適宜采用溶洞注漿、溶洞填充、溶洞穿越以及泥漿造壁法、鋼護筒跟進法以及注漿加固法等多種方法，本文并針對漏漿處理、鉆孔偏斜處理、斷樁處理等關(guān)鍵技術(shù)進行了分析。1  廣東陽江地區(qū)云湛高速項目實例概況云湛高速是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“十縱五橫兩環(huán)”之“第二橫”的重要組成部分，項目總里程85.78公里，其中云浮市境內(nèi)里程31.62公里，陽春市境內(nèi)54.16公里。項目按雙向四車道高速公路標準建設，設計時速為100-120公里。然而正是該項目在建設的過程中需要穿越巖溶地區(qū)，地質(zhì)勘查研究結(jié)果表明該地區(qū)的巖溶地區(qū)屬于中等發(fā)育程度，溶洞內(nèi)的空洞較多，在建

6、造的過程中容易導致地面塌陷。因此本文將云湛高速項目在巖溶地區(qū)進行建造施工時的樁基鉆孔施工技術(shù)進行研究分析。2  巖溶地區(qū)的樁基鉆孔施工方法針對該巖溶發(fā)育地區(qū)的特點，采用溶洞注漿、溶洞填充以及溶洞穿越等多項處理方法，而巖溶樁基在建設的過程中主要采用加強型的泥漿造壁法、鋼護筒跟進法和注漿加固法。2.1 巖溶地區(qū)溶洞處理方法2.1.1 溶洞注漿法溶洞注漿法介紹。對溶洞地區(qū)進行注漿適用于溶洞分布較為密集，其溶洞的位置不深，而且?guī)r質(zhì)破碎、裂隙發(fā)育的溶洞，而且溶洞與溶洞之間的相互貫通區(qū)域不能超過10m，針對這類溶洞我們在處理的過程中可以采用溶洞注漿的方法進行處理。溶洞注漿時采用注漿填充溶洞，通過

7、充填物的方式對溶腔進行固結(jié)。同時對于巖溶地區(qū)的裂隙部位也可以采用注漿充填的方法進行固結(jié)，對溶洞片區(qū)的溶腔通道進行填充阻截。這樣就可以實現(xiàn)工程建設區(qū)域的溶洞通過注漿的方法得到填充，達到工程建設的地質(zhì)環(huán)境要求。施工措施。針對巖溶地區(qū)所采用的注漿材料一般應用硅酸鹽、水泥、中粗砂以及m20水泥砂漿，對這三種材料進行合理的配比，其配比結(jié)果為水：泥：砂=1：2：0.5。通常情況下針對巖溶地區(qū)進行溶洞注漿時其注孔的孔徑不應超過108mm，其注孔的深度也只能注入到溶洞底板以下1m處左右。在進行溶洞注漿的過程中通常采用鋼花管或者是pvc管，將孔口深入到距離溶洞底板5cm的地方，對于孔口需要采用水泥或者砂漿進行封

8、閉搗實，但同時在注漿的過程中需要為注漿過程開鑿一個排氣孔。注漿的過程中先對溶洞底部進行注漿，當注漿的壓力在0.6-0.8mpa時，逐步將注漿管向外移動，使得溶洞內(nèi)的溶腔能夠全部填充溶洞而且沒有空隙部分。此外隨著注漿過程操作到溶洞的中間位置時，其注漿溶液會不斷的擴散，漿液流動速度會變緩。但是為了有效的保證注漿的效果和質(zhì)量，此時拔罐的速度應盡量緩慢，而且在必要時可盡量每5min拔1次管，且具體的拔管速度需要根據(jù)溶洞內(nèi)的注漿壓力下降情況而定，當溶洞內(nèi)的注漿壓力低于0.6mpa時應停止拔管，在穩(wěn)定注漿管的過程中持續(xù)注漿，使溶洞內(nèi)能夠全部注漿。在注漿的最后階段起進漿量會較少，而且溶洞內(nèi)的壓力也會趨于穩(wěn)定

9、。此時觀察排氣孔內(nèi)的冒漿高度，當冐漿高度達到3-6m左右時，維持溶洞內(nèi)的原注漿壓力30min（是3min還是30min），最后拔出注漿管，結(jié)束注漿。對于部分特殊區(qū)域采用雙液注漿方式，通過這種方式可以有效的加快水泥漿的凝結(jié)速度，在工程施工的過程中一般采用的化學漿液是用水玻璃。k98+320中橋的1#和2#樁基在溶洞注漿后進行鉆孔的過程中，出現(xiàn)了多次塌孔的現(xiàn)象，因此在后續(xù)采用多次回填從而導致該處的樁基呈現(xiàn)出彈簧狀。鉆孔式的護筒跟進無法得到穩(wěn)定，而注漿法可以代替護筒，使得鉆孔周邊得到穩(wěn)定，確保了后續(xù)橋梁樁基鉆孔的正常進行。2.1.2 溶洞填充針對云湛高速項目大溶洞地區(qū)樁基建設的過程中溶腔的特性不同采

10、用的注漿方式不同，而溶洞填充設置的針對該地區(qū)，溶腔高度不超過3m的溶洞進行溶洞填充。這類溶洞獨立存在，不受其它溶洞的影響，且溶洞壁較為堅固。因此針對這類溶洞我們在處理的過程中采用鉆孔穿洞，對溶洞內(nèi)進行填充。在進行鉆孔施工的過程中首先根據(jù)該地區(qū)的巖溶地質(zhì)特性繪制鉆孔圖，掌握鉆進標高，而有經(jīng)驗的鉆孔人員可以根據(jù)鉆頭沖擊聲進行判斷溶洞頂板標高，當鉆孔達到溶巖頂板0.3-0.5m時，將鉆孔沖程控制在1m以內(nèi)，采用低沖程進行鉆進，而且在鉆進的過程中需要密切關(guān)注溶洞內(nèi)的泥漿液面下降情況。對于充填型的溶洞在進行鉆進的過程中其泥漿的流失速度較慢，此時需要及時的補漿，結(jié)合實際情況還可以采用拋填水泥，增加溶洞壁的

11、強度。而對于完全空洞型的溶洞在進行鉆進的過程中，只要鉆孔達到頂板，泥漿的流失速度就會加快。此時應該快速的提起鉆頭，迅速的向鉆孔內(nèi)部補漿防止孔內(nèi)的泥漿液面下降，防止溶孔的孔壁坍塌。及時進行粘土和片石的回填，采用的片石長度和寬度不應大于20cm，片石與粘土比例一般為7：3，片石的體積越小填充密度越大，根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)情況在回填的過程加入了水泥，并且采用鉆頭反復沖擊形成的水泥壁，對水泥泄漏的通道進行了堵塞從而防止溶洞孔壁坍塌。對于某些溶洞在填充的過程中需要進行多次操作，第一次打到溶洞漏漿處回填時采用袋裝水泥填充，通過鉆頭沖擊制造水泥混合漿液，最后回填片石粘土。溶洞填充距離達到溶洞口50-100cm左

12、右時，應停止鉆進1-2天，在這段時間溶洞內(nèi)的水泥會干結(jié)凝固形成與拋填物形成堅固的凝結(jié)體。最后再采用小沖程的鉆孔，小沖程鉆孔控制在1m左右。此時運用水泥漿進行充填的作用不大，而選擇采用粘土和片石進行回填，回填部位距離距離洞口的30-50cm時，應用分層充填的方式進行反復充填。對于某些區(qū)域由于溶腔擴大，在充填的過程中采用多次回填且仍不穩(wěn)定，此時需要進行臨時清空，向溶洞內(nèi)進行灌注低強度的混凝土，灌注距離溶孔頂部30-50cm的地方，等待混凝土凝結(jié)3天以后再進行鉆進成孔。最后運用灌注樁的混凝土灌注法進行灌注成樁。2.2 巖溶地區(qū)的樁基鉆孔施工方法2.2.1 溶洞穿越樁基鉆孔云湛高速項目在建設的過程中，

13、部分樁基鉆孔部位出現(xiàn)了溶洞較大，埋深不深，而且溶漿相互串通的溶洞，在對該溶洞進行充填的過程中會出現(xiàn)流塑狀。此時采用護壁鋼套筒穿越溶漿進行處理。首先應用其尺寸大于設計樁徑的沖擊鉆進行沖擊成孔，在鉆孔的過程中還需要同時打入護壁套管。當鉆孔打到溶洞的頂板上方30-50cm處，對鋼套筒進行壓力錘擊，從而使鋼套筒能夠穿越溶漿，從而達到溶洞的地板。此時通過護壁套管內(nèi)進行混凝土封底，保證套筒外部的承壓水不能進入到鉆孔內(nèi)部。在進行混凝土封底的過程中，注入混凝土以后需要間隔3-7天，等到混凝土干結(jié)才能繼續(xù)后續(xù)操作。此時就可以采用樁基設計直徑的沖擊鉆進行鉆孔，直到鉆到樁基底部。2.2.2 加強型泥漿造壁樁基鉆孔對

14、于大多數(shù)溶洞在進行樁基鉆孔的過程中，應注重加強造壁護壁的功能，因此我們通常采用加強型泥漿造壁法。對于巖溶區(qū)域不大，溶洞所在位置較低，采用加強型泥漿造壁法時采用粘土片石混合料進行充填，向溶腔內(nèi)包入大量的充填物。由于片石與混凝土且密度相差不大，因此采用片石作為充填物進行填充，會保證鉆孔樁的腔壁不會被混凝土擠破，是樁基鉆孔的過程中混凝土能夠正常的充填。例如k98+939中橋的1#墩位就是采用的加強型泥漿造壁法針對溶洞進行造壁加固處理。2.2.3 鋼護筒跟進樁基鉆孔鋼護筒跟進法在樁基鉆孔的過程中較為常用，對于單個溶洞或串珠狀溶洞，溶洞埋深較深，溶洞高度大于3m的空洞或半填充溶洞，采用鋼護筒施工法。該法

15、是指在鉆孔時采用振動錘對鋼管進行緩慢的敲擊，直到鋼管能夠達到最底層溶腔底部。遇到地表覆蓋層為粉砂、卵石等不穩(wěn)定土層時，必須設置外層護筒，即采用雙護筒，外層護筒要穿過軟弱覆蓋層以下23m或至基巖頂面，內(nèi)層護筒埋置深度要穿過溶洞至基巖面。此時單層護筒或者是雙層護筒在跟進過程中的深度應根據(jù)橋梁的孔位設計深度以及鉆探資料進行準確的設計。施工時采用比護筒直徑稍大的沖錘進行沖孔，成孔直徑要求比護筒外徑大1015cm，沖孔穿過溶洞至基巖面，然后停止進尺下放內(nèi)層護筒穿過溶洞至基巖面，然后下放灌注導管澆筑水下封底混凝土，以防止灌注的樁基混凝土流失，同時也防止溶洞內(nèi)的水流對樁身混凝土沖刷造成混凝土離析后斷樁，待混

16、凝土干結(jié)才能繼續(xù)后續(xù)操作。3  樁基鉆孔過程中的常見問題及處理方法3.1 漏漿在樁基鉆孔的過程中漏漿是常見的現(xiàn)象，在施工的過程中出現(xiàn)漏漿主要是因為鉆孔時其溶洞空腔或者是填充的密度較小，導致鉆孔過程中孔內(nèi)的泥漿流失嚴重。另一種現(xiàn)象就是溶腔或者是溶洞裂隙部位的水份不斷的滲入到鉆孔內(nèi)部，使得鉆孔內(nèi)部的泥漿被稀釋。通常情況我們采用的處理方法主要有以下幾點：結(jié)合樁基鉆孔施工部位的地質(zhì)環(huán)境對施工的先后順序進行調(diào)整，先進行外邊樁的施工，再進行中間樁的施工。如果按照這種方法進行樁基鉆孔，及鉆孔過程中的漏漿現(xiàn)象會得到有效的控制，對于提高工程的施工質(zhì)量和工作效率有非常重要的意義。對鉆孔過程中的滲漏水點進

17、行封堵。當樁基鉆孔穿越較為發(fā)育的溶洞地區(qū)時，可采用減速沖鉆的方法，進行小進程緩慢鉆進，這樣重復進行多次可以對漏漿現(xiàn)象進行有效的控制，直到漏漿現(xiàn)象不影響正常施工進程時，再進行樁基鉆孔的正常施工。對于溶洞地區(qū)的填充物除了采用粘土以外還可以運用袋裝的水泥，而且袋裝水泥作為填充物時效果更好。應用“工”字鋼建造成安全平臺，再進行樁基鉆孔工作，此時可以有效的防止因孔口坍塌而導致人員和設備遭到損害。3.2 鉆孔偏斜在巖溶地區(qū)進行鉆孔的過程中，由于受到地質(zhì)不均勻或者是斜巖等相關(guān)地質(zhì)情況，會造成鉆孔的過程中鉆頭向著孔中巖石軟弱的方向前進，從而導致鉆孔偏斜。針對這類問題在處理的過程中首先應采取回填片石的方法，對溶

18、洞內(nèi)的孤斜巖進行處理，然后再進行樁基鉆孔。其次，當鉆孔的過程中遇到斜巖應該采用30-50cm的片石進行填充，然后通過反復沖擊成孔。如果鉆孔時遇到基巖，則可以采用低頻率、低落距進行沖擊鉆進。如果上述方法針對鉆孔偏斜的問題仍然得不到處理，則可以向鉆孔內(nèi)灌注低標號的混凝土，直到混凝土干結(jié)達到一定強度之后，再進行鉆孔沖擊，可以對鉆孔偏斜的問題進行有效的糾正。3.3 卡鉆在進行樁基鉆孔的過程中經(jīng)常會遇到樁孔形成梅花狀而鉆頭被狹窄部位卡住的現(xiàn)象。對于因為梅花孔導致的卡鉆現(xiàn)象和適當?shù)膶︺@頭進行降落，來回的移動鉆頭，使鉆頭繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當在移動的過程中遇到了大的腔壁時就會對卡鉆問題進行解決。對于珠串狀溶洞如圖4所示，在進行卡鉆處理的過程中，繼續(xù)沖孔直到離溶洞的頂部大約1m時，此時加大泥漿的比重采用小沖程進行鉆進，緩慢的鉆穿溶洞頂板，可以解決卡鉆問題。3.4 斷樁對巖溶部位空隙較大的地方進行樁基鉆孔的過程中，在澆灌混凝土時應確保導管的埋入深度不能超過3m，而且要針對混凝土灌注面的高度進行詳