巖溶地區(qū)橋梁樁基施工、監(jiān)控及質(zhì)量控制

巖溶地區(qū)橋梁樁基施工、監(jiān)控及質(zhì)量控制長

安

大

學2015年12月主要內(nèi)容一巖溶的形成及特征二巖溶地基的穩(wěn)定性評價三巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)四巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測五巖溶地區(qū)橋梁樁基施工質(zhì)量控制技術(shù)

第一部分巖溶的形成及特征

巖溶又名喀斯特（Karst），是水對可溶性巖石（石灰?guī)r、白云巖、碳酸鹽巖、石膏等）進行以化學溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生溝槽、裂隙、洞穴、地表陷穴等現(xiàn)象的總稱。1.1巖溶的形成

巖溶形成與發(fā)育的條件有：可溶性巖層的存在、地下水活動、潮濕氣候、地質(zhì)構(gòu)造與地形等，其中可溶性巖層的存在和地下水活動是巖溶形成的最主要條件。

（1）可溶性巖層的存在

可溶性巖層是巖溶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且本身要能透水（如存在裂隙），當受到地下水（巖溶水）的溶蝕時，形成巖溶現(xiàn)象。

（2）地下水活動

第一部分巖溶的形成及特征

巖溶發(fā)育必須要具有侵蝕性的、處于不斷流動狀態(tài)的地下水活動，這樣水增大溶解碳酸鈣的能力，使巖溶發(fā)育較快。當富含CO2的大氣降水和地表水滲入地下后，不斷替換原有水質(zhì)，保持地下水侵蝕力，加速巖溶的發(fā)展。

（3）潮濕氣候

大氣降水豐富，氣候潮濕的地區(qū)，地下水經(jīng)常得到地表水的補給，加速了巖溶的發(fā)育。

（4）地質(zhì)構(gòu)造

具有裂隙的背斜頂部和向斜軸部、斷層破碎帶、巖層接觸面以及構(gòu)造裂隙分布等地帶，由于地下水沿裂隙流動，使這些地帶利于巖溶發(fā)生和發(fā)育。

（5）地形

地形的起伏影響著地下水的補給量與流速，陡峻的坡地，地下水的補給量少，地表徑流大，巖溶的地表形態(tài)較發(fā)育；平緩地帶，地下水補給量多，流速稍緩，但侵蝕作用強烈，有利于巖溶的發(fā)育。1.2巖溶的特征

巖溶地區(qū)有地表形態(tài)和地下形態(tài)特征（圖1-1）。圖1-1巖溶形態(tài)剖面示意1-石芽、石林；2-溶蝕洼地；3-漏斗；4-落水洞；5-溶溝、溶槽；6-溶洞；7-暗河；8-溶蝕裂隙；9-鐘乳石

第一部分巖溶的形成及特征

第一部分巖溶的形成及特征

（1）地表形態(tài)

①溶溝、溶槽和石芽、石林

地表水沿可溶性巖層表面的裂隙流動，進行溶蝕、沖蝕、使巖層表面形成一些大小不同的溝槽，分別稱為溶溝和溶槽；溶溝、溶槽進一步發(fā)展后，溝槽間的石脊遭受切割破壞，殘留著頂尖下粗的錐狀柱體，稱為石芽；石芽林立則稱石林。

②漏斗、落水洞、豎井

由于水侵蝕作用，巖層塌陷成碗碟狀或倒錐狀的地貌形態(tài)，稱為漏斗；而在溶蝕作用和機械侵蝕作用下，形成地表水能流向地下暗河或溶洞的通道，稱為落水洞；不起地表水流入地下的通道作用者稱為豎井。

③溶蝕洼地、坡立谷

由于溶蝕作用而形成的面積為數(shù)平立公里或數(shù)十平方公里的盆狀洼地，

第一部分巖溶的形成及特征

稱為溶蝕洼地；面積較大（數(shù)十或百余平方公里）四周邊緣陡峭而谷底平坦的封閉洼地稱為坡立谷。

（2）地下形態(tài)

①溶蝕裂隙

水在巖層裂隙中運動被溶蝕作用所擴大的裂隙。

②溶洞、暗河、石鐘乳、石筍

地下水在流動過程中，對巖石以溶蝕作用為主，間有沖蝕、潛蝕和塌陷作用而造成的地下洞穴，稱為溶洞。含有CaCO3的水從洞頂?shù)蜗聛頃r水分蒸發(fā)、二氧化碳逸出，使被溶解的鈣質(zhì)又變成固體，久而久之，在洞頂自上而下形成的長條形懸掛物，稱為鐘乳石；由于含碳酸的水不斷滴到一處，碳酸鈣發(fā)生沉淀，洞底自下而上形成的竹筍狀突起，稱為石筍；由于上下進一步沉淀的結(jié)果，石鐘乳和石筍連接起來成為“頂天立地”的柱體，稱為石柱。在溶洞中經(jīng)常有流量較大的水流形成地下河，稱為暗河。

第一部分巖溶的形成及特征

1.3巖溶的發(fā)育分布規(guī)律

巖溶的發(fā)育及分布規(guī)律主要影響因素包括巖石類型、水流活動、節(jié)理裂隙及斷裂帶情況、地殼活動等。

（1）巖石類型

可溶性巖層由于成分、形成條件和組織結(jié)構(gòu)等不同，巖溶的發(fā)育分布也不一致。一般情況下，質(zhì)純層厚的石灰?guī)r中，巖溶發(fā)育形態(tài)齊全，規(guī)模較大；含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)（鎂、硅、鋁等）及薄層的巖層，巖溶發(fā)育較弱。在巖鹽、石膏中巖溶發(fā)育較快；石灰?guī)r、白云巖、大理巖、泥灰?guī)r中依次發(fā)育較慢。

（2）水流活動

在巖石裸露的分水嶺和地形陡峻斜坡地帶，地表徑流大，水以表面侵蝕為主，溶溝、溶槽、石芽等發(fā)育。在地形平緩地帶，地表水易下滲，地表、

第一部分巖溶的形成及特征

地下巖溶形態(tài)一般均較發(fā)育，多漏斗、豎井、落水洞、溶洞以及溶蝕洼地；當巖層層面平行于水流流向時，巖溶易發(fā)育；垂直于水流流向，不易發(fā)育。

（3）節(jié)理裂隙、斷裂帶

在節(jié)理裂隙的交叉處或密集帶，以及沿斷裂帶巖溶顯著發(fā)育。沿斷裂帶常分布的漏斗、豎井、落水洞以及溶洞、暗河等。一般情況下，正斷層處巖溶發(fā)育，逆斷層處較弱；褶皺軸部一般巖溶較發(fā)育。單斜地層，巖溶一般順層面發(fā)育。在不對稱褶曲中，陡的一翼較發(fā)育；產(chǎn)狀陡傾的巖層，一般巖溶發(fā)育較強烈；緩傾的巖層，當上覆或下伏有非可溶性巖層時，巖溶發(fā)育較弱；巖層的接觸面或不整合面巖溶發(fā)育。

（4）地殼活動

地殼強烈上升地區(qū)，侵蝕基準面相對下降，下切作用強烈，巖溶以垂直方向發(fā)育為主；處于下降地區(qū)，原來垂直發(fā)育的巖溶可能增加了水平發(fā)育，使巖溶更加復(fù)雜；處于相對穩(wěn)定的地區(qū)，巖溶以水平發(fā)育為主。

第二部分巖溶地基的穩(wěn)定性評價

巖溶地基的穩(wěn)定性評價，分建設(shè)場地的穩(wěn)定性評價和建筑地基的穩(wěn)定性評價兩部分。2.1建設(shè)場地的穩(wěn)定性評價

這是指可行性研究和初勘階段的地區(qū)性評價。著重研究建設(shè)場地形成巖溶的巖性和水的運動規(guī)律，并結(jié)合地區(qū)的地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育過程以及巖溶形態(tài)的分布等進行綜合分析，在較大的擬建范圍內(nèi)，按巖溶發(fā)育程度在平面上劃出對建設(shè)物穩(wěn)定性不同影響的地段，用來作為選擇建設(shè)場地、總圖布置的依據(jù)。下列地段屬于建設(shè)不利的地段：（1）

有淺層、處于極限平衡狀態(tài)的洞體或溶洞群，洞徑大、頂板破碎且可見變形跡象，洞底有新近塌落物等。（2）

地表水沿土中裂隙下滲或地下水自然升降變化使上覆土層被沖蝕，形成成片或成帶土洞塌陷。

第二部分巖溶地基的穩(wěn)定性評價

（3）

有規(guī)模較大的淺層隱伏巖溶如漏斗、洼地、槽谷中充填軟弱土體或地面出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象。（4）

有覆蓋土地段內(nèi)，降水工程的降落漏斗中最低動水位高于基巖面的范圍。（5）

巖溶通道排水不暢或上涌導致暫時淹沒。2.2建設(shè)地基的穩(wěn)定性評價

這是在地基基礎(chǔ)設(shè)計的詳勘階段，針對具體建設(shè)物下及其附近對穩(wěn)定性有影響的個體巖溶形態(tài)進行評價。天然溶洞穩(wěn)定性分級表（表2-1）可供評價洞體穩(wěn)定性時參考。

第二部分巖溶地基的穩(wěn)定性評價

天然溶洞穩(wěn)定性分級表

表2-1注：評價時對各因素需綜合考慮，如條件不完全符合某一等級或好壞交叉時，可按地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和洞體表面特征等三項主要因素來評定。等級因素地層巖性地質(zhì)構(gòu)造地下水及支洞、暗河洞體表面特征洞底堆積物條

件穩(wěn)定厚層至巨厚層灰?guī)r、無軟弱夾層，層面膠結(jié)好無褶皺、斷層。裂隙不發(fā)育，僅有1～2組較明顯裂隙，裂隙呈閉合狀或膠結(jié)好。未形成臨空不穩(wěn)切割體洞內(nèi)很少滴水，四周支洞少，洞內(nèi)無暗河通過洞頂、側(cè)壁均有鈣殼、溶蝕窩狀面，洞體表面較平整，無危巖和近斯崩塌痕跡洞底平坦，表層堆積物為粘性土或鈣質(zhì)膠結(jié)層，不含塊石基本穩(wěn)定厚層至中厚層灰?guī)r，層面有一定程度的膠結(jié)有小型斷層、褶皺。一般有2～3組連接性差的裂隙，形成的臨空切割體少斷層中有季節(jié)性地下水活動。四周支洞較少，暗河易于查明、處理洞頂有鈣殼、溶蝕窩狀面，有少量鐘乳石、灰華物、無近期崩塌痕跡，有少量危巖洞底平坦，表層堆積物中有少量塊石，或有古崩塌體穩(wěn)定性差中厚層夾薄層灰?guī)r，層面膠結(jié)差斷層發(fā)育。有3組以上的裂隙，且膠結(jié)差。形成較多的臨空切割體頂板、斷層中常有地下活動。四周支洞較多，暗河分布較復(fù)雜，不易查明、處理洞頂鈣殼和窩狀溶蝕面少，鐘乳石多，側(cè)壁有含泥質(zhì)較多的灰華物分布，局布地段有危巖和近斯崩塌痕跡有近期崩塌堆積物，有大量塊石不穩(wěn)定薄層至中厚層灰?guī)r，其較弱夾層。層面膠結(jié)差斷層很發(fā)育。裂隙在4組以上，呈張開狀，充水夾泥，形成大量的臨空切割體洞內(nèi)、斷層中漏水嚴重，四周大小支洞多，暗河分布復(fù)雜，難于查明、處理危巖和近期崩塌痕跡多，鐘乳石、石筍、石柱等林立叢生，灰華物大面積分布洞底為暗河或大量近期崩塌物

天然溶洞穩(wěn)定性分級表

表2-1

第三部分巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)

巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

巖溶地區(qū)橋梁人工挖孔樁

巖溶地區(qū)橋梁預(yù)應(yīng)力管樁

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

3.1.1適用條件

目前鉆（沖）孔灌注樁在巖溶地區(qū)應(yīng)用最為廣泛，盡管其有費用高、對場地環(huán)境影響大等不足，但因其容許承載能力可達數(shù)千至數(shù)萬kN以上，并能滿足水平荷載要求等優(yōu)點，在滿足相對經(jīng)濟性、可靠性前提下大部分巖溶地區(qū)的橋梁均建議采用鉆（沖）孔灌注樁，針對不同巖溶規(guī)模、地質(zhì)情況等實際條件鉆（沖）孔灌注樁可靈活選取相應(yīng)的施工方法，溶洞高度在0~3m可以選用，溶洞高度大于10m時也可以選用。在巖溶發(fā)育、有多層溶洞且每層溶洞頂板厚度不均勻的地基，主要采用鉆孔樁基礎(chǔ)，使鉆孔樁穿過多層溶洞，樁底置于基巖或有足夠厚度的溶洞頂板上。3.1.2施工工藝

1）逐樁核對設(shè)計地質(zhì)資料

由于巖溶地區(qū)地質(zhì)情況的不確定性，在收到施工圖后，對每根樁的設(shè)計地質(zhì)柱狀圖進行分析核對，確定溶洞、溶穴的發(fā)育規(guī)模和走勢；對缺少地質(zhì)資料或地質(zhì)資料有疑問的樁位及時進行補充鉆探，根據(jù)鉆探芯樣分析繪制地質(zhì)柱狀圖后，報請現(xiàn)場地質(zhì)監(jiān)理工程師簽認并上報設(shè)計單位；設(shè)計單位根據(jù)補充鉆探結(jié)果對原設(shè)計樁長進行驗證或修改。根據(jù)樁位處地質(zhì)資料逐樁細化鉆孔方案和工藝，準備必要的機具和材料，確保能夠順利穿越溶洞、溶穴。

2）護筒埋設(shè)（圖3-1）

護筒垂直度以及中心位置嚴格按照規(guī)范和驗收評定標準進行控制。

3）沖擊鉆孔（圖3-2）

鉆進過程中，一方面及時撈取渣樣并做好分析與記錄，與設(shè)計提供的地質(zhì)資料或地質(zhì)鉆探資料進行對比，如果發(fā)現(xiàn)有較大差異，及時報請設(shè)計單位到場進行會商論證；另一方面經(jīng)常對孔位、孔徑以及垂直度和孔底高程進行

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

檢查，保證鉆孔質(zhì)量。當沖擊鉆進至溶洞溶穴處時，按以下工藝進行鉆進。

（1）在鉆進至距溶洞、溶穴0.8m處時，根據(jù)溶洞、溶穴的發(fā)育情況，對施工方案進行調(diào)整，對準備的材料或機具進行檢查。當施工方案和準備的機具與材料能夠滿足溶洞、溶穴處理時，以0.8~1.2m沖程沖擊開溶洞、溶穴頂蓋。

（2）對充填物為黏土的溶洞、溶穴，將塊徑為30cm左右的堅硬片石投入鉆孔中，每次投入量以超過頂蓋0.6m為宜，然后利用小沖程反復(fù)沖砸；對充填物為碎石的溶洞、溶穴，投入黏土塊或水泥，每次投入量以超過頂蓋0.4m為宜，以小沖程反復(fù)沖砸，必要時可重復(fù)回填2~3次，確保回填物擠入孔壁。

（3）對無充填物且規(guī)模小于0.8m的溶洞、溶穴，投入片石和袋裝水泥，并摻加速凝劑，片石塊徑不大于30cm，速凝劑摻量為水泥投入量的6%，

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

水泥與片石投入量比例為1：0.4（體積比）；每次投入量以超過溶洞、溶穴頂蓋1.0m為宜，以小沖程反復(fù)沖砸，保證溶洞、溶穴處孔壁堅固圓順。

（4）對無充填物且發(fā)育規(guī)模超過0.8m的溶洞，將提前準備好的鋼護筒沉入鉆孔，護筒鋼板厚度8mm，護筒直徑比設(shè)計樁徑大4cm，護筒的中心及垂直度應(yīng)滿足施工規(guī)范和驗收標準的規(guī)定，護筒應(yīng)穿過溶洞并嵌入其下部完整基巖面。沖擊鉆進通過溶洞、溶穴后，進行正常鉆進，掏渣筒清渣，直至鉆進至設(shè)計高程。

4）鉆孔檢驗（圖3-3）

鉆進時除按常規(guī)對樁孔進行檢驗外，在鉆孔達到設(shè)計高程后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場撈取的渣樣與鉆孔記錄，繪制鉆孔樁地質(zhì)柱狀圖，報請設(shè)計單位和監(jiān)理單位地質(zhì)工程師，現(xiàn)場核對確認與設(shè)計相符后方可進行下道工序。

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

5）混凝土澆筑與分析（圖3-4）

及時做好混凝土澆筑記錄，特別是在澆筑至溶洞、溶穴部位時，要及時對混凝土用量進行分析，以確定溶洞、溶穴的處理情況，并為樁基檢測分析提供必要的依據(jù)。混凝土澆筑完成后，在混凝土終凝前，應(yīng)拔除內(nèi)護筒。

6）樁基檢測（圖3-5）

樁基檢測采用低應(yīng)變法，對波形有疑問樁身部位的鉆孔記錄與混凝土澆筑記錄進行分析，以便更好地分析擴徑或縮徑等現(xiàn)象，準確評價樁身質(zhì)量。

綜上所述，巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖3-6所示。

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

3.1.3存在的問題

鉆（沖）孔灌注樁存在的問題是孔底清渣困難，發(fā)育的溶洞給鉆（沖）孔灌注樁施工帶來困難，施工不當還容易誘發(fā)地面塌陷，施工時也會造成漏漿、塌孔、埋鉆（錘）、偏孔、斜孔、卡鉆（錘）、掉鉆（錘）、沉渣超標、灌注混凝土超方等事故，造成施工成本高、質(zhì)量差、效率低、工期長。

（1）漏漿、塌孔（圖3-7）巖溶沖孔樁施工時，經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿迅速流失孔內(nèi)水頭迅速下降（幾分鐘之內(nèi)水頭下降可能超過10m）的現(xiàn)象，即為漏漿，原因一是當巖層中存在貫通裂隙、小型溶槽等，裂隙可能與溶洞或地下水連通；二是遇到溶洞、溶穴、土洞等，護壁泥漿會沿這些通道流失從而形成漏漿。

（2）埋鉆

當巖溶地區(qū)覆蓋層較厚時，成孔過程中，因基巖附近覆蓋土體多為疏松

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

多孔，巖溶地下水沿裂隙涌入樁孔形成孔壁坍塌，或者當樁基施工至貫通的裂隙或溶洞時，洞穴頂板被意外揭穿或揭穿裂隙通道后，孔內(nèi)會突然失水造成泥漿水頭急劇下降，如補漿不及時，覆蓋層形成負壓，地下水從孔壁滲出，破壞了護壁泥皮，上部覆蓋層由于護壁失穩(wěn)而造成孔壁坍塌，嚴重者造成大規(guī)模孔口地面塌陷，造成埋鉆。

（3）偏孔

偏孔指在施工鉆孔過程中，孔位中心偏距超出“標準”允許范圍。當樁側(cè)或樁底發(fā)育有孤石、鷹嘴巖、半邊巖、巖溶裂隙、起伏不平的巖溶面、傾斜巖層面、石筍等巖溶形態(tài)時，由于樁基橫截面的不均勻性，鉆頭極易滑向較軟的一邊，從而造成偏孔。

（4）斜孔、彎孔

通過溶洞時未及時拋填黏土片石，洞位測量不準確，以至鉆頭沿著軟弱

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

部位往下滑，造成斜孔；隔層相向的探頭石，在鉆進時相互擴孔，使鉆成的孔豎向成“S”型。

（5）卡鉆、掉鉆

當樁身存在溶溝、溶槽、溶洞或有半邊溶洞側(cè)壁侵入樁身，鉆孔樁穿過這些巖溶形態(tài)時，鉆錘極易被卡住，特別是在鉆穿溶洞頂板后，形成探頭石或臺階，或溶洞內(nèi)的孤石、落石，會卡住鉆頭。掉鉆一般多與卡鉆時強行提拉導致鋼絲繩超負荷斷裂造成，當溶洞較大時，如突然鉆穿，因重力和慣性力作用拉斷鋼繩也會產(chǎn)生掉鉆的情況，有時鉆頭會順溶洞滑走，無法找到。

（6）沉渣超標

巖溶地區(qū)樁基沖孔施工時，為了泥漿護壁的穩(wěn)定性，往往加大泥漿的濃度，而在清孔時也不能輕易降低濃度，從而造成清孔困難，沉渣超標現(xiàn)象。當采用沖擊鉆機沖擊成孔工藝，特別是樁徑2.5m以上大樁基成孔后，怎樣

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

清孔達到沉渣厚度及泥漿性能指標要求是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。有時，換漿達到規(guī)范要求時，由于泥漿比重降低、粘度下降，又重新發(fā)生滲漏、塌孔的事故，這在以往橋梁樁基施工中發(fā)生較多。

（7）灌注混凝土泄漏、超方

對于洞高較大且填充物為流塑狀的溶洞，由于洞高較高，在泥漿護壁作用下形成的臨界平衡狀態(tài)穩(wěn)定性較差，灌注混凝土時，孔內(nèi)側(cè)壓力增大可能導致護壁破壞而產(chǎn)生混凝土泄漏，或混凝土涌入溶洞，尤其是互相貫通的溶洞，混凝土嚴重流失必然造成灌注混凝土大量超方。3.1.4處理方法

（1）漏漿、塌孔的處理方法

當穿越多層溶洞時，鉆（沖）孔灌注樁施工過程中漏漿、塌孔現(xiàn)象極易發(fā)生，針對這種情況可以采用全護筒跟進及內(nèi)護筒處理的方法，在護筒開口

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與江水、水池等通連，采用清水鉆進，可避免漏漿、塌孔事故。當不能采用全護筒時，泥漿池盡可能做大，保證有50m3以上貯漿量，同時準備足夠的黃泥、粘土、塊石等填充物，補水管網(wǎng)接至孔口。一旦發(fā)生漏漿，迅速補給泥漿、清水，同時大量填充。

對于特別難于處理的孔位，可采取埋置深護筒（約7～8m到粘土層）的措施，防止上部反復(fù)塌孔。因裂隙或泥漿置換后而少量漏漿的，采用拋填袋裝水泥，用沖錘小沖程反復(fù)沖搗的辦法，處理效果較明顯。

（2）埋鉆的處理方法

當埋鉆上覆土體較少時，可用鉆機硬拉，或者配合其他輔助設(shè)施進行硬拉；當硬拉不能解決問題時，可采用高壓水或空壓機沖刷清渣，把掩埋在鉆具上的覆蓋物經(jīng)過導管沖刷出樁孔外，之后再拔出鉆具；當覆蓋物所剩無幾時，仍無法拉動鉆具，鉆具很可能被石塊卡死，可以采用小包炸藥炸松鉆具

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周圍，之后再拔出鉆具；假若以上方法均不能解決問題，可在樁孔內(nèi)安放鋼護筒，進行人工挖掘。

（3）偏孔的處理方法

首先向孔內(nèi)拋填大量片石、泥塊，理論上拋入量要比石質(zhì)表面一般高出0.3～0.5m即可，拋填完成之后采取密擊低錘的方式繼續(xù)沖孔施工；若在多次拋填片石、泥塊后，糾偏效果不明顯則采用混凝土澆筑的方法糾偏，主要作用是在石質(zhì)表面形成一個均勻緊密的平整面，如此可以把偏孔問題有效地解決，但此方法操作比較麻煩；假若是由于機械、人為原因?qū)е碌钠?，且偏孔不嚴重時，可采用沖錘修邊的方法，沖錘不能過猛且不能提錘過高，否則容易產(chǎn)生卡錘。

（4）斜孔、彎孔的處理方法

回填片石、粘土重鉆，反復(fù)數(shù)次，逐漸截彎取直，該方法對于輕微的斜

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孔是行之有效的；灌注水下素混凝土至彎曲部分以上一定高度，待強度合格后重新施鉆。

（5）卡鉆、掉鉆的處理方法

無論回轉(zhuǎn)鉆或沖擊鉆都應(yīng)布置防掉鉆、卡鉆后的打撈環(huán)。打撈方法可采用偏心鉤、鋼繩套及潛水員打撈等常規(guī)方法?？ㄣ@嚴重時，可采用“振動爆破法”處理?！罢駝颖品ā碧幚硎菍⒔?jīng)過周密計算并結(jié)合經(jīng)驗所確定的一定藥量的藥卷用重鉈或鋼筋或請潛水員送至卡鉆處，通過導線，接通電源起爆。在爆破振動力作用下，使鉆具松動、扭轉(zhuǎn)，可立即將鉆頭提起來。

（6）沉碴超標的處理方法

第一次清孔應(yīng)徹底清干凈，其方法：成孔后用打碴筒盡量將孔底沉碴打盡，采用專門清孔的氣舉反循環(huán)設(shè)備第二次清孔3～5h，后靜置2～3h，再清孔一次，下完鋼筋籠，澆注混凝土前進行第二次清孔。

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（7）灌注混凝土超方的處理方法

對于能預(yù)計的小溶洞，成孔后直接灌注混凝土填充，有少量超方是正常的；當溶洞高度較高，體積較大時，為防止?jié)沧⒊竭^多或發(fā)生事故，應(yīng)準確計算溶洞高程后，在鋼筋籠的相應(yīng)位置用薄鐵板作包裹處理或在整個施工過程中鋼護筒持續(xù)跟進。

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圖3-1護筒埋設(shè)

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圖3-2沖擊鉆孔

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圖3-3鉆孔檢驗

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圖3-4澆筑混凝土

第三部分巖溶地區(qū)橋梁鉆（沖）孔灌注樁

圖3-5超聲基樁監(jiān)測

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圖3-6巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝流程

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（a）坍孔引起附近公路裂縫（b）樁位穿越溶洞漏漿、坍孔圖3-7漏漿、坍孔

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第三部分巖溶地區(qū)橋梁人工挖孔樁

3.2.1適用條件

人工挖孔灌注樁適用于基巖埋深較淺且地下水不豐富的地區(qū)。巖溶地區(qū)通常存在較豐富的地下水或軟弱夾層，樁基開挖過程中易出現(xiàn)涌水、涌砂、掉入土洞等現(xiàn)象，所以人工挖孔樁在巖溶區(qū)的使用受到限制，一般僅在基巖淺埋的情況使用。在巖溶淺埋地區(qū)橋梁工程中，挖孔樁與鉆（沖）孔樁相結(jié)合是較為常見的做法。3.2.2施工工藝

1）定位

開始挖孔前，布置好控制網(wǎng)，根據(jù)監(jiān)理復(fù)核過的樁基位置，采用十字交叉法確定每一孔樁的位置，并在樁位處設(shè)置定位龍門樁。

2）護壁

根據(jù)樁身井口段土質(zhì)情況將井口挖至1.0m深時，即可立模澆筑壁厚20cm~30cm的第一節(jié)鋼筋混凝土護壁。此節(jié)護壁在井口0.5m~1.0m高度范圍內(nèi)加厚至50cm，這部分稱為鎖口，用來防止下節(jié)井壁開挖時井口沉陷。混凝土護壁施工采用兩個半圓形鋼模，用U形卡鉸接。澆筑混凝土時拆上節(jié)，支下節(jié)，自上而下周轉(zhuǎn)使用。3）樁孔掘進

采取邊挖邊護的方法，一般每節(jié)挖深1m左右后，沿井壁立模灌注一節(jié)鋼筋混凝土護壁形成環(huán)形框架。

4）溶洞的確定與暴露

當挖孔進尺到巖層時，仔細研究地質(zhì)超前鉆探的結(jié)果，如無溶洞，則按正常爆破方法進行開挖。如有溶洞，必須先確定溶洞的埋置深度，根據(jù)溶洞埋深，確定開挖深度。挖至溶洞頂面1m以上范圍時，采用爆破法施工，爆破必須洞穿溶洞頂部（離溶洞較近后采用淺眼松動爆破法），將溶洞暴露。

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5）檢測溶洞內(nèi)空氣和水位

在溶洞部位開始施工前，應(yīng)對孔內(nèi)有毒有害氣體情況用專業(yè)儀器進行檢查；或用吊籃放下敏感的小動物（鴿子或活雞等）進行檢測，確定可安全操作時方可下洞施工。溶洞部位施工，首先要送風1h左右，并檢查孔內(nèi)氧氣是否充足。施工人員身上安全帶要與井口上的掛梯或安全繩牢固聯(lián)系，然后下去查看溶洞內(nèi)是否有承壓水，若有，人員則應(yīng)迅速撤到地面等其自然排除，水位穩(wěn)定后再進行抽水，然后繼續(xù)開挖。6）溶洞的處理

（1）若為空溶洞，首先將積水抽干；其次將作業(yè)人員用鋼筋吊籠放入空溶洞中，用磚砌外圍，且其要有足夠的壁厚、剛度，以防止灌注混凝土時護壁被擠垮；然后立模板澆筑鋼筋混凝土護壁。溶洞處理完成后，繼續(xù)向下挖進。

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（2）溶洞內(nèi)有填充物，則根據(jù)填充物的種類分別采取不同的措施：填充物是中粗砂、粉細砂時，開挖應(yīng)淺進尺，強支護，沿上層護壁外圍每20cm打入φ20的鋼釬，然后鋼釬上綁扎草袋作為防護。每節(jié)最大高度0.5m。填充物為軟塑狀黏土、含碎石粉質(zhì)黏土時，采用短柄鐵鍬進行開挖，每挖深0.5m左右就及時護壁。挖孔穿越弱風化結(jié)晶巖和微風化結(jié)晶灰?guī)r時須采用松動爆破的方式進行開挖。當進入爆破施工階段，應(yīng)讓護壁混凝土有一定的強度后再進行另一個孔的爆破施工。3.2.3存在的問題

（1）人工挖孔灌注樁開挖過程中容易出現(xiàn)涌水、涌砂、掉入土洞等問題，輕則導致施工停頓，重則可能導致施工人員死亡；

（2）樁孔內(nèi)混凝土護壁開裂、變形、下墜、塌落，造成坍孔現(xiàn)象；

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（3）若地下水較發(fā)育，且水位較高，巖溶水易與地面徑流、湖、塘水連通，大量抽水，導致地面大范圍沉陷或無法降低孔內(nèi)水位，使施工難以進行下去；

（4）溶洞內(nèi)可能存在有害氣體，對施工人員人身安全造成威脅。3.2.4處理方法

（1）采用注漿法封堵暗流、溶洞，解決涌沙或排水困難的問題。

（2）為防止溶洞內(nèi)發(fā)生坍孔事故，在混凝土護壁內(nèi)增加網(wǎng)狀拉筋。

（3）挖孔如遇到涌水量較大的潛水層承壓水時，可采用水泥砂漿壓灌卵石環(huán)圈將潛水層進行封閉處理。

（4）溶洞內(nèi)存在有害氣體或挖孔深度超過10m時，應(yīng)采取鼓風機等機械通風將孔內(nèi)空氣排出置換。

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第三部分巖溶地區(qū)橋梁預(yù)應(yīng)力管樁

3.3.1適用條件

在巖溶地區(qū)采用預(yù)應(yīng)力管樁，目前并不是常規(guī)方法，特殊情況下除外：

（1）巖溶不發(fā)育和地下有淤泥、土洞、流砂、溶洞連通暗河等情況；

（2）雖然基巖溶洞發(fā)育，微風化巖層埋深較深，但上覆土層較厚，能提供承載性能較好的持力層（標貫值大于25擊），宜采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)；

（3）在覆蓋層較厚、持力層為強風化條件下，也適合采用預(yù)應(yīng)力管樁。

在特定的條件下預(yù)應(yīng)力管樁能實現(xiàn)較理想的效果，可避免鉆孔樁施工時的漏漿塌孔等風險。一般采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁（PHC樁）和鋼管樁，通常設(shè)計為群樁基礎(chǔ)形式，如圖3-8所示。采用群樁可以縮短樁長，從而可避開溶洞，同時能增加基礎(chǔ)抵抗水平力及彎矩的能力。施工中，應(yīng)注意巖面是否傾斜等不利情況，傾斜巖面容易導致樁體傾斜甚至斷裂。采用PHC樁時，樁底不能直接打到基巖面以避免樁體受損。

第三部分巖溶地區(qū)橋梁預(yù)應(yīng)力管樁

3.3.2存在的問題

（1）由于巖溶基巖面高低不平，預(yù)制樁或預(yù)應(yīng)力管樁在施壓過程中，樁下端碰到基巖面后，樁端巖土體軟硬不均，導致斜樁；

（2）遇到較大溶洞，樁穿過溶洞頂板后，突然快速下滑導致突沉滑樁；

（3）碰到溶洞、溶槽、石筍等不規(guī)則層面，當施加較大壓力值時，樁易陷入溶溝、溶槽內(nèi)發(fā)生斷裂。

（4）當溶洞上覆土層厚度較小、溶洞頂板厚度及強度不足等原因，存在樁端承載力和樁側(cè)承載力不足的問題，從而嚴重影響預(yù)應(yīng)力管樁承載性能。3.3.3處理方法

（1）發(fā)生斷樁事故，一般按報廢樁處理，采用加樁處理，打入新樁；

（2）嚴格按照地質(zhì)勘查資料顯示的基巖面深度確定預(yù)計樁長，施壓時當

第三部分巖溶地區(qū)橋梁預(yù)應(yīng)力管樁

樁入土深度接近預(yù)計樁長或壓力表反應(yīng)樁入土壓力急劇增大時，要謹慎控制入土速度，避免樁端突然碰到傾斜巖面發(fā)生傾斜；

（3）靜力壓樁機宜控制管樁的承載力，通常情況下為首選，但相對笨重且費用高；動力打樁應(yīng)根據(jù)溶洞埋深、頂板強度等控制貫入度，避免樁基打到基巖面出現(xiàn)傾斜、斷樁或樁頭破損等情況，根據(jù)實際工程情況選擇合適的施工機械。

（4）當管樁樁端持力層下伏溶洞頂離樁端較近，或持力層承載力不能滿足設(shè)計要求，而持力層土質(zhì)適合注漿加固時，宜對樁底持力層注漿加固，或注漿填充溶洞，以提高管樁的單樁承載能力；

（5）當管樁較長，樁端持力層承載力不能滿足設(shè)計要求且持力層土質(zhì)不適合注漿，或注漿后仍不能滿足承載力要求時，需通過增加樁側(cè)摩阻力以保證管樁達到設(shè)計承載能力，宜對管樁樁側(cè)注漿加固。

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圖3-8

打入群樁第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測方法監(jiān)測控制指標建筑物及公用設(shè)施在施工開始前，在施工區(qū)域旁的房屋布置沉降測點，并讀取初始值，后期根據(jù)地下水位變化情況，必要時進行動態(tài)監(jiān)測。采用水準儀對建筑物進行沉降觀測。根據(jù)建筑物的型式結(jié)合建筑物重要等級參照《建筑變形測量規(guī)范（JGJ8-2007）》確定其允許值。地下水位地下水位監(jiān)測在巖溶發(fā)育地段利用地質(zhì)鉆孔設(shè)置地下水位觀測孔，監(jiān)測全線水位變化情況。采用水位變化率與水位變化雙指標控制。水位變化設(shè)為3m，水位變化率根據(jù)汛期和非汛期分別設(shè)置為1m/天和0.5m/天。路基路基水平位移監(jiān)測采用鉆孔傾斜儀進行觀測。管頂水平位移量每晝夜不大于5mm。壩體壩體水平位移監(jiān)測采用鉆孔傾斜儀進行觀測，采用水準儀對壩體進行沉降觀測。水平位移速率不超過4mm/天，垂直沉降速率不超過10mm/天。高聳建筑物在電塔、水塔、煙囪等底部布置沉降測點，采用水準儀對沉降進行觀測。根據(jù)建筑物形式結(jié)合建筑物重要等級參照《建筑變形測量規(guī)范(JGJ8-2007)》確定其允許值。巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測內(nèi)容如表4-1所示巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測表4-1

如圖4-1如圖4-2如圖4-3圖4-1

房屋沉降監(jiān)測第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測圖4-2地下水位監(jiān)測第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測圖4-3壩體水平位移監(jiān)測第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測4.1護筒振設(shè)施工的監(jiān)測（1）監(jiān)測內(nèi)容

護筒振設(shè)施工中需對周邊的建筑物、地下水位、路基及水庫進行監(jiān)測。其中，建筑物進行沉降監(jiān)測；地下水位進行水位變化監(jiān)測；路基進行測斜監(jiān)測；水庫壩體進行沉降和水平位移監(jiān)測。（2）監(jiān)測范圍

監(jiān)測范圍按照不同情況（正常情況、異常情況、危險情況）進行分類。在鋼護筒振設(shè)施工過程中，正常情況下應(yīng)對其周邊100m范圍內(nèi)的監(jiān)測點（包括建筑物沉降點、路基測斜點、地下水位監(jiān)測點等）進行監(jiān)測。異常情況下，（如遇到土洞）則對150m范圍內(nèi)的監(jiān)測點進行測試，并適當提高監(jiān)測頻率。當出現(xiàn)危險情況時，則應(yīng)對各監(jiān)測點進行24小時實時監(jiān)測，監(jiān)測范圍第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測擴大到200m范圍，地下水位監(jiān)測點的范圍應(yīng)加大至300m范圍，同時應(yīng)對200m范圍內(nèi)的建筑物進行沉降監(jiān)測。直至各監(jiān)測點沉降、水位變化逐漸趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測頻率、監(jiān)測范圍恢復(fù)至正常監(jiān)測范圍、頻率。4.2覆蓋層成孔施工監(jiān)測（1）監(jiān)測內(nèi)容

對周邊的路基、建筑物及地下水進行監(jiān)測。路基對測斜點進行監(jiān)測，并配合人工巡查；建筑物沉降測點進行監(jiān)測；地下水位變化進行監(jiān)測；水庫壩體沉降及水平位移測點進行監(jiān)測。（2）監(jiān)測范圍

監(jiān)測范圍按不同情況（正常情況、異常情況、危險情況）進行分類。正常情況下對100m范圍內(nèi)監(jiān)測點進行測試。異常情況下（如出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象）第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測對150m范圍內(nèi)的監(jiān)測點進行測試，并適當提高監(jiān)測頻率。當覆蓋層流動變化過快，測斜管測試水平位移每晝夜大于5mm時，則應(yīng)對各監(jiān)測點進行24小時實時監(jiān)測，監(jiān)測范圍擴大到200m范圍，地下水位監(jiān)測點的范圍應(yīng)加大至300m范圍，同時應(yīng)對200m范圍內(nèi)的建筑物進行沉降監(jiān)測。直至各監(jiān)測點沉降、水位變化逐漸趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測頻率、監(jiān)測范圍恢復(fù)至正常監(jiān)測范圍、頻率。4.3巖層成孔施工監(jiān)測（1）監(jiān)測內(nèi)容

對樁基周邊的地下水位、建筑物及路基進行監(jiān)測，建筑物在有必要的情況下（如出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象）進行沉降監(jiān)測。地下水位變化進行監(jiān)測；建筑物對沉降進行監(jiān)測；路基監(jiān)測以人工巡查為主。第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測（2）監(jiān)測范圍

監(jiān)測范圍按照不同情況（正常情況、異常情況、危險情況）進行分類。正常情況下對100m范圍內(nèi)監(jiān)測點進行測試。異常情況下（如出現(xiàn)漏漿時）對150m范圍內(nèi)的監(jiān)測點進行測試，并適當提高監(jiān)測頻率。當施工樁基周圍的水位出現(xiàn)較大變化時，則應(yīng)對各監(jiān)測點進行24小時實時監(jiān)測，監(jiān)測范圍擴大到200m范圍，地下水位監(jiān)測點的范圍應(yīng)加大至300m范圍，同時應(yīng)對200m范圍內(nèi)的建筑物進行沉降監(jiān)測。直至各監(jiān)測點沉降、水位變化逐漸趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測頻率、監(jiān)測范圍恢復(fù)至正常監(jiān)測范圍、頻率。4.4清孔過程中監(jiān)測（1）監(jiān)測內(nèi)容

清孔過程中需對樁基周邊的地下水位、建筑物及路基進行監(jiān)測。第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測（2）

監(jiān)測范圍

正常情況下，對其周邊100m范圍內(nèi)監(jiān)測點進行測試。異常情況，（如出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象）對150m范圍內(nèi)的監(jiān)測點進行測試，并適當提高監(jiān)測頻率。4.5樁基施工完成后監(jiān)測（1）

監(jiān)測內(nèi)容

樁基施工完成后需對樁基周邊的地下水位、建筑物及路基進行監(jiān)測。（2）

監(jiān)測范圍

對其周邊100m范圍內(nèi)監(jiān)測點進行測試。綜上所述，形成了巖溶塌陷評價體系如圖4-4所示。第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測第四部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工監(jiān)測圖4-4

巖溶塌陷評級系統(tǒng)別型5.1巖溶地區(qū)橋梁樁基成孔質(zhì)量控制技術(shù)

由于巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況的特殊性，樁基礎(chǔ)因其獨特的特點在巖溶地區(qū)被廣泛采用，但由于施工技術(shù)還不盡完善、適用，在施工過程應(yīng)嚴格控制施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)塌孔、漏漿等問題。（1）為保證鉆機不因塌孔、擴孔、漏漿等因素而傾斜。鉆機縱橫向支撐應(yīng)加長，超出預(yù)計的塌孔范圍，一般采用型鋼或鋼管，同時鉆機應(yīng)用攬風繩進行拴拉。鉆機安裝就位后，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移或沉陷。（2）采用逐樁鉆探的方法，充分發(fā)現(xiàn)溶洞的發(fā)育情況。當鉆至溶洞頂1m左右時，應(yīng)準備足夠的片石和粘土。用沖擊鉆沖孔時，要輕錘慢打，使孔壁圓滑堅固，提升高度一般不超過50cm。所有卡扣及鋼絲繩必須預(yù)先進行測試檢查，逐漸將其擊穿，以防止卡鉆。第五部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工質(zhì)量控制技術(shù)（3）泥漿必須采用膨潤土，容重達1.2g/cm3以上，減少孔壁內(nèi)外的壓力差，有效護壁，防止塌孔。另外為防止泥漿沉淀，易在泥漿中摻入0.1%～0.4%的純堿。（4）對于上層砂層較厚時，為防止鉆進過程中發(fā)生坍孔現(xiàn)象，應(yīng)增大泥漿比重，使相對密度不小于1.4，以增強護壁。坍孔嚴重時可將護筒增長至穿過砂層厚度，然后繼續(xù)鉆進。（5）采用間斷式循環(huán)排渣。一方面保證孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞可隨時封堵；另一方面可保證泥漿濃度，防止塌孔。（6）

根據(jù)鉆孔的進尺情況，在擊穿洞頂之前，要安排專人觀測護筒內(nèi)泥漿面的變化，或制作漂浮標志物，隨時進行觀察，一旦泥漿面下降，應(yīng)迅速補漿、補水。擊穿洞頂后，在溶洞內(nèi)鉆進時，根據(jù)填充物的不同，采取不同的鉆進方法。當填充物為軟弱粘土或淤泥時，應(yīng)向孔內(nèi)投入粘土、片石第五部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工質(zhì)量控制技術(shù)混合（比例1：1），沖砸固壁；當為砂層、卵石層時還應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度；當為空腹溶洞時，在擊穿后，應(yīng)迅速將鉆頭提出孔外，同時大規(guī)模填筑粘土和片石，并同時注入泥漿和水，待穩(wěn)定后，在重新進行沖孔。如此反復(fù)使鉆孔順利穿過溶洞。（7）溶洞頂板的擊穿采用小沖程，一般80cm以下，溶洞內(nèi)進尺采用輕壓鉆進，每進尺2.0m回填2.0m，循環(huán)至樁底，使孔壁充分積壓密實，防止擴孔。（8）鉆進過程中發(fā)現(xiàn)漏漿時，應(yīng)迅速提錘，操作手離開鉆機，避免安全事故的發(fā)生，同時采用多個大泥漿泵補漿，并用裝載機投入事先準備好的粘土包、水泥包、片石強行堵漏，防止塌孔，直至泥漿面穩(wěn)定為止。（9）根據(jù)地質(zhì)勘測資料，對大型溶洞或半充填的溶洞或上方有較厚砂礫層的溶洞，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護筒跟進法施工。第五部分巖溶地區(qū)橋梁樁基施工質(zhì)量控制技術(shù)

當沖擊穿過溶洞頂部時要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受障礙，說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護筒，用沖擊鉆把內(nèi)護筒防入外護筒內(nèi)至孔底。然后回填粘土片石混合物（比例1：1），采用1~1.5m的沖程將沖砸密實，再轉(zhuǎn)入正常鉆進。（10）對小型或多層溶洞，為防止其與相鄰孔竄孔