巖溶地區(qū)樁基施工探討
2016-10-17
一、工程概況
廣樂高速第T30合同段位于廣州花都區(qū)，本工程共計(jì)有橋梁樁基998根，橋梁基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，大部分橋址所處地區(qū)巖溶較發(fā)育，有溶洞、土洞分布，局部以溶蝕溝槽為主，為不良地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)橋梁施工有較大影響。
考慮所處地區(qū)為巖溶地區(qū)，在進(jìn)行樁基施工前逐樁進(jìn)行地質(zhì)勘探。勘探結(jié)果顯示本工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)以砂層為主，溶洞見洞率達(dá)到40%，地下溶洞高度在0.2米~15.5米之間，并且多處多孔位出現(xiàn)串洞。
二、溶洞處理原則
1、在巖溶地區(qū)必須逐樁鉆探，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型。
2、對(duì)填充物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等。
3、根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對(duì)每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。
4、遇到特大（超過8m）溶洞時(shí)，必須請(qǐng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位核查，明確處理方案，指導(dǎo)施工。
三、溶洞處理方法
根據(jù)溶洞的大小、充填狀態(tài)、是否漏水及溶洞垂直個(gè)數(shù)采取相應(yīng)的處理方法。
?。ㄒ唬┦┕?zhǔn)備
1、對(duì)地質(zhì)資料中出現(xiàn)溶洞的樁基礎(chǔ)，應(yīng)加大泥漿制備量，以應(yīng)付隨時(shí)出現(xiàn)的失漿現(xiàn)象，同時(shí)根據(jù)需要加大泥漿稠度。
2、鉆空口附近作管線探測，對(duì)重要管線以及臨近建筑物提前做好保護(hù)措施。
3、在鉆孔口位置儲(chǔ)備一定數(shù)量的粘土，并用纖維袋裝好。同時(shí)儲(chǔ)備一定數(shù)量片石，儲(chǔ)備量大小依據(jù)溶洞大小而定并確保及時(shí)調(diào)運(yùn)。
4、鉆機(jī)安裝時(shí)，盡量加大觸地面積，安放足夠枕木，在樁基后側(cè)用纜繩拉住穩(wěn)定。
5、在鉆孔附近，儲(chǔ)備一定數(shù)量鋼護(hù)筒，以應(yīng)突發(fā)事故。
（二）施工方法概述
1、常規(guī)成孔法
當(dāng)溶洞有充填物，是全充填可塑或軟塑的粘性土，且溶洞不漏水，則基本上可以不考慮溶洞的存在，而按正常地質(zhì)情況施工。只是在成孔施工時(shí)應(yīng)注意提高泥漿的性能，加強(qiáng)泥漿護(hù)壁的作用，并保持孔內(nèi)泥漿水頭高度。
適用于小溶洞（溶洞高度小于3米）或大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞內(nèi)全充填粘性土，且在成孔過程中溶洞基本不漏水，不漏漿。
2、片石粘土回填法
采用正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)，反復(fù)投入黃土和片石，利用鉆頭沖擊將黃土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，還可摻入水泥、燒堿和鋸末，以增大孔壁的自穩(wěn)能力。
施工方法：為有效利用片石，片石與粘土的比例約為1:1；摻加水泥時(shí)，摻加比例為每米2包；摻加鋸末時(shí)，摻加比例為粘土的10%。其中片石采用強(qiáng)度30~60MPa花崗巖或石灰?guī)r，石塊粒徑以15~50cm為宜。摻加粘土是采用水泥袋包裝后投放效果更佳。水泥投放方法為以整袋投放為佳。摻加方法為：片石、粘土袋（可選擇添加水泥、鋸末，也可不添加）分層間隔摻加，回填高度為溶洞頂板以上1~2米處。
主要適用范圍：
?。?）本方法適用范圍很廣，除可單獨(dú)適用外，還可以與其它溶洞處理方法結(jié)合使用。
?。?）特別適用于小溶洞（溶洞高度小于3m），溶洞內(nèi)全充填中粗砂，鉆頭穿過溶洞時(shí)發(fā)生漏漿。
?。?）適用于小溶洞，無充填物或半充填。對(duì)于溶洞高度1.5m~3m的無充填物的溶洞，采取本方法時(shí)要謹(jǐn)慎，要綜合考慮溶洞的體積、溶洞頂部巖層和覆蓋層的厚度、覆蓋層的土質(zhì)、周邊構(gòu)筑物環(huán)境及管線情況。對(duì)于存在鉆孔沖破溶洞頂板時(shí)，泥漿瞬間流失或急劇水位降低而可能造成地面塌陷及影響周邊構(gòu)筑物或管線安全，最好能提前采取一些預(yù)防措施。
?。?）適用于大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞全充填物，溶洞漏漿情況不嚴(yán)重，上部覆蓋層土質(zhì)較好，一般不會(huì)因短時(shí)漏漿而造成大的塌孔的情況。
（4）對(duì)于大溶洞，半充填或無充填物的情況，要針對(duì)每個(gè)樁孔認(rèn)真研究對(duì)照，預(yù)估溶洞的大小，預(yù)估溶洞漏漿對(duì)樁孔的破壞程度，需謹(jǐn)慎采用此方法，宜做一些輔助和預(yù)防措施。
3、素混凝土灌入法
這種方法是采取正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)或遇到傾斜巖面時(shí)往孔內(nèi)灌入低標(biāo)號(hào)混凝土（也按水下砼灌注方法），間隔一定時(shí)間后采用沖擊鉆成孔。
施工方法：混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，為盡快提高混凝土強(qiáng)度，節(jié)約施工時(shí)間，應(yīng)在混凝土中摻加一定早強(qiáng)劑，提高素混凝土的早期強(qiáng)度。
對(duì)于傾斜巖面，為校正孔位，回填素混凝土應(yīng)與斜巖面頂面平齊；對(duì)于溶洞處，回填頂面高于溶洞頂板50cm。
灌入48h后，灌入混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%，且應(yīng)在樁基范圍取芯檢驗(yàn)充填效果，待溶洞完全充填后，方可進(jìn)行樁基施工。
主要適用范圍：
?。?）適用于無充填或半充填的大、小溶洞。
（2）因造價(jià)等原因，實(shí)際上直接采用此方法的較少，一般是在采用方案B失敗后，才不得于改用此方法。或者是巖層嚴(yán)重傾斜，為調(diào)整偏孔而采用此方法。
4、洞內(nèi)填充預(yù)處理法
溶洞預(yù)處理的目的是加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達(dá)到一定的強(qiáng)度(10MPa以上)，防止鉆孔樁施工時(shí)發(fā)生泥漿流失、流砂及坍孔等，保障成孔及水下混凝土澆筑等一系列施工工序順利完成。且應(yīng)在樁基范圍取芯檢驗(yàn)填充效果，待溶洞完全填充且強(qiáng)度達(dá)到后方可進(jìn)行樁基施工。
洞內(nèi)填充加固預(yù)處理法又可分為灌漿法、灌砂注漿法等等。以灌漿法居多。對(duì)于無填充物的較大溶洞，可考慮采用灌砂注漿法(或灌砂漿法)。
施工方法：根據(jù)溶洞大小及充填情況，在有溶洞的樁位中間和四周均布1~4個(gè)灌漿孔。其中孔徑80mm，孔深要求達(dá)到最深溶洞的底部。采用單液或雙液灌漿系統(tǒng)進(jìn)行溶洞指定位置的全孔灌漿，要求少量多次，反復(fù)灌漿。為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)，采用間歇注漿方式，使得先注入漿液與沙子（或碎石）初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個(gè)孔后，繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿，后注漿壓力必須調(diào)高，最后封孔。
主要適用范圍：多適用于無充填物的小溶洞或多層溶洞（多層串珠狀小溶洞），也可用于各種有充填物的溶洞擠密加固。
5、鋼護(hù)筒保護(hù)法
鋼護(hù)筒保護(hù)法分為：鋼護(hù)筒預(yù)先保護(hù)法和鋼護(hù)筒跟進(jìn)保護(hù)法。對(duì)于鋼護(hù)筒跟進(jìn)保護(hù)法，又可分為單層鋼護(hù)筒跟進(jìn)保護(hù)、雙層或多層鋼護(hù)筒跟進(jìn)保護(hù)。
施工方法：鋼護(hù)筒分為開孔護(hù)筒（或叫普通護(hù)筒）和跟進(jìn)護(hù)筒，有時(shí)開孔護(hù)筒就作為第1級(jí)的跟進(jìn)護(hù)筒。開孔護(hù)筒在最外層（內(nèi)徑最大），僅跟著是第1級(jí)跟進(jìn)護(hù)筒（第2層），依次類推，最后一級(jí)護(hù)筒在最內(nèi)層（內(nèi)徑最小，比設(shè)計(jì)樁徑D大10cm）。鋼護(hù)筒采用優(yōu)質(zhì)鋼板制成，厚度為12~14mm，鉆進(jìn)時(shí)每鉆進(jìn)2m焊接一節(jié)外護(hù)筒，至溶洞后再焊接4m長護(hù)洞，鋼護(hù)筒頂固定槽鋼，用振動(dòng)錘打人，打入時(shí)嚴(yán)格控制中心位置及垂直度。內(nèi)護(hù)筒分節(jié)焊接，自由下落至孔底。兩層護(hù)筒之間填砂狀物使兩層護(hù)筒同時(shí)受力。
主要適用范圍：
?。?）適用于特大溶洞(溶洞高度大于8米)
?。?）適用于大溶洞(溶洞高度3~8米)的無充填（或半充填）溶洞，并且溶洞上方的覆蓋層為易塌孔的中粗砂層。
?。?）采用其它方案處理溶洞不成功，經(jīng)常漏漿塌孔，成孔異常困難時(shí)，可改采用本方法。
四、鉆孔施工注意事項(xiàng)
1．根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》資料隨時(shí)檢查孔內(nèi)水頭高度和泥漿稠度、鉆頭負(fù)荷是否正常，排碴時(shí)及時(shí)往孔內(nèi)補(bǔ)水并認(rèn)真分析渣樣，看渣樣是否與地質(zhì)資料相符，昕鉆頭沖擊巖層的響聲，判斷是否接近巖溶地層。準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)，做好詳細(xì)的鉆孔記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
2．在松軟地層采用中小沖程鉆進(jìn)；在較硬巖層部分采用大沖程鉆進(jìn)，但要注意巖縫裂隙的存在防止卡鉆。當(dāng)鉆到溶洞頂板上lm時(shí)減小沖程，采用小沖程鉆進(jìn)，由于頂板地層軟硬不均，防止出現(xiàn)斜孔，或由于泥漿流失塌孔埋鉆；在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)小沖程造漿固壁，加大泥漿稠度，確保固壁良好。
3．基巖面的裂隙、溶槽往往與溶洞串通，地下水通過溶洞內(nèi)的透水充填物形成暗流。在鉆孔過程中，孔內(nèi)泥漿比重較大，當(dāng)其壓力大于暗流水壓時(shí)就會(huì)發(fā)生漏漿。當(dāng)鉆頭穿透溶洞頂板時(shí)，孔內(nèi)泥漿就會(huì)下瀉造成孔內(nèi)壓力驟然下降，孔內(nèi)外壓力差驟然加大，或溶洞頂層地層薄弱，由于孔內(nèi)泥漿驟然下降，壓力差加大均會(huì)引起護(hù)壁坍塌。
4．要求施鉆人員隨時(shí)量測鉆孔深度，一旦到達(dá)溶洞位置，立即向孔洞內(nèi)加入黃泥、片石或水泥，并采用小沖程鉆進(jìn)。通過溶洞，同時(shí)注意孔內(nèi)水位的變化，一旦發(fā)現(xiàn)漏水或有坍陷的前兆，應(yīng)立即采取措施向孔內(nèi)加黃泥、水泥和片石，必要時(shí)提前向商品砼站預(yù)訂水泥砂漿灌入溶洞內(nèi)。
5．若回填粘土、片石無法糾偏時(shí)，采用在溶洞內(nèi)灌注水下砼，待砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再?zèng)_擊鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。
五、結(jié)論
在實(shí)際施工中由于地質(zhì)條件復(fù)雜導(dǎo)致無法采用統(tǒng)一的溶洞處理方法，需要根據(jù)溶洞大小及周邊地質(zhì)條件選擇及經(jīng)濟(jì)又合理的施工方案。在廣樂高速樁基施工中，針對(duì)溶洞處理采取了多種有效施工方法，通過聲測及抽芯對(duì)已完樁基進(jìn)行檢測，一類樁比例達(dá)到了85%以上。
參考文獻(xiàn)
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