馬鈺

摘 要：橋梁樁基作為地下隱蔽工程，在喀斯特地貌的施工中，遇到溶洞是非常普遍的。施工中如果處理不當，會造成漏漿、卡錘、埋錘和塌孔等事故的發(fā)生，使工程質量難以控制，不僅給施工帶來很大困難，還會威脅到通車后橋梁的運營安全。因而，在充分了解橋梁孔樁施工遇到的溶洞的基本形態(tài)、規(guī)模大小、巖層結構和洞內充填物形狀等資料后，采取有效的防范和處理措施，可防止施工事故發(fā)生，有利于節(jié)約施工成本，提高施工效率。

關鍵詞：橋梁樁基；溶洞；施工方案；處理措施

中圖分類號：U443.15 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0065-03

黔桂鐵路擴能改造工程位于貴州省黔東南州境內，管段內主要為喀斯特地貌，成因上表現為以巖溶作用為主導的溶蝕地貌系列，不良地質主要為灰?guī)r和泥灰?guī)r中的發(fā)育巖溶。如果在鉆孔施工過程中發(fā)生漏漿、卡錘、埋錘和塌孔等事故，不僅會增加施工的難度，而且還會影響工程進度。針對施工中出現的各種事故，總結對于溶洞的處理方法，對以后提高工程質量具有十分重要的意義。

1 溶洞形態(tài)和特征

根據勘察報告和樁孔的超前鉆探資料可知，黔東南地區(qū)為典型侵蝕地貌系列和以巖溶作用為主導的溶蝕地貌，地質條件復雜，溶溝、漏斗、水溶洞、落水洞、空溶洞和地下暗河發(fā)育，多層溶洞分布在不同地層。當鉆孔樁需要穿越溶洞時，成孔難度大，混凝土澆筑過程無法控制，極易形成斷樁，無法保證成樁和樁體的質量。特別是位于溶洞邊緣位置的孔樁，穿過溶洞后基巖面成傾斜狀，當傾斜角度較大時，孔樁施工中的鉆機鉆頭或沖錘會單側受力，沿傾斜巖面一側滑移，容易造成偏孔或卡鉆等現象的發(fā)生。同時，溶洞為空溶洞或水溶洞時常常與地下暗河相連，會出現漏水、漏漿的現象，造成附近水源污染。根據以上溶洞發(fā)育特征、分布、大小和填充情況分析，主要有填充型溶洞、無填充型溶洞、連通性好的溶洞和連通性差的溶洞這幾類。

2 溶洞地段的施工方案和工藝

2.1 施工方案的選擇

由于溶洞范圍較大、厚度較深，當采用挖孔樁施工時，如果沒有可靠的措施就進行穿越，極易造成坍孔，還極易發(fā)生人身傷亡事故，并且挖孔樁作為落后的施工工藝，已經逐步被現場施工所淘汰，所以，挖孔的方案被否定。因此，在巖溶地區(qū)應先考慮采用沖擊成孔的施工工藝。沖擊成孔是在泥漿護壁條件下靠重錘下落重力沖擊成孔，其特點是沖錘下落沖擊力大，下落高度可控，發(fā)生塌孔、漏漿等問題時可快速提鉆至孔口以上，避免埋錘事故。雖然在處理傾斜巖面、土層探頭石等特殊地質情況時，會存在一定困難，但采取片石回填、水下爆破等有效措施后，便能夠達到施工要求。所以，沖擊成孔是處理巖溶地質條件孔樁施工的最優(yōu)方案。

2.2 施工準備

2.2.1 鉆孔前的準備工作

在施工前，技術人員應列出每個孔位的地質柱狀圖，包括溶洞的大小、位置、填充情況、頂板厚度、是否存在易塌孔地層等，為每個樁制訂出相應的地表加固、溶洞處理方案和鉆孔方法，還應做好溶洞地質處理的材料備料工作，在現場附近設置場地，準備足夠的片石、黏土、袋裝水泥等材料。同時，應充分準備現場所需的機械設備，例如挖掘機、水泵等應提前準備好。根據溶洞的大小配置備用泥漿池、排水溝、泥漿泵，如果樁孔漏漿，可以馬上進行補漿。

2.2.2 鉆機就位處理

鉆機安裝就位前，應根據現場施工的實際需要平整場地，并對鉆機就位的位置進行有效加固，防止鉆機因震動或受力產生傾斜或移動，保證成孔位置的精度和垂直精度的設計要求。同時，在鉆進工作中，要經常校核鉆機位置和鉆桿的垂直度等數據，發(fā)現問題及時校正。

2.2.3 采取跳樁施工工序

鉆孔樁混凝土灌注樁是先由沖擊錘頭沖擊成孔，然后利用導管灌注水下混凝土成樁。在成孔過程中，周圍土體對樁身產生側向的土壓力，特別是入巖前的土層標高，受土的壓力和沖擊震動影響，易產生坍塌或縮孔的現象。在鉆孔樁成孔過程中，它是依靠孔樁內泥漿產生的側向壓力來平衡周圍土體側向壓力的，這樣可以維持平衡，防止塌孔。當連續(xù)作業(yè)或多臺鉆機在一個承臺區(qū)域內同時作業(yè)時，采用跳樁施工可以有效防止沖擊震動對這種受力平衡的干擾，減小對已經灌注但未達到設計強度的樁體混凝土的干擾，同時也可以防止孔樁在溶洞位置形成聯通現象，避免在成樁灌注過程中出現“竄孔”。

2.2.4 鋼護筒使用

在施工過程中，考慮到成本因素，所以對高度小或為土質填充物的溶洞采用埋設2～4 m的鋼護筒圍護孔口，防止土層地質坍塌；對發(fā)育規(guī)模大、層數多、溶洞內填充物性能差和存在暗河等特大型的溶洞，要考慮采用整體鋼護筒跟進施工的方法。

2.2.5 樁位測設

采用全站儀對孔樁定位后，在孔樁直徑外設置外引控制樁，用于護筒埋設和施工過程中的復核。機械配合開挖后埋設鋼護筒，并在埋設完成后復核護筒的位置，對護筒周圍進行夯填，避免鋼護筒移位。鉆孔時，應加強對護樁的管理，嚴格控制群樁中心平面位置，位置偏差不得大于5 cm。

2.2.6 泥漿比重控制

根據測量結果隨時調節(jié)泥漿比重，合適的泥漿比重能夠保證落錘速度和循環(huán)清渣的需要，同時又能通過適當的泥漿側壓力防止塌孔。在易塌地層或填充物溶洞鉆進時，可提高泥漿比重，降低提錘高度，減小震動干擾，放緩成孔速度，必要時應回填片石或混凝土，沖平后再進行鉆進，以確?？妆诘姆€(wěn)定。

3 溶洞的處理方法

3.1 小型溶洞的處理

對于普通溶洞一般采用沖擊成孔方案。

對于鉆孔中遇到的小型溶洞，鉆孔接近溶洞頂以前，應根據地質勘探資料所揭示的溶洞大小和充填情況，準備足夠的片石、黏土、袋裝水泥和直徑為10～20 cm小片石，同時要有足夠的供水設備（例如水泵、泥漿泵等）和水源或泥漿。

當沖孔深度到達溶洞頂標高附近時，由于溶洞頂部巖層呈不規(guī)則狀，巖石強度不一，破碎程度不確定，極易導致巖層受沖擊力的影響，突然出現破裂、塌落，造成卡鉆、鉆機傾覆等問題，因此，在鉆機鉆進過程中要及時收集孔樁出渣，根據出渣情況核對地質，利用測繩等工具精確計算鉆進深度和孔底標高。根據設計地勘的詳細地質資料可知，在沖擊成孔至溶洞頂面1 m標高時，要及時調整沖擊鉆機沖程，減小提錘高度，利用小沖程緩慢鉆進，防止因溶洞頂面剩余巖層厚度薄、受到的沖擊力過大導致巖面破裂、塌落，發(fā)生卡鉆。

在鉆進過程中，如果發(fā)現落錘時主繩擺動幅度加大，落錘后主繩偏離孔口中心，則需注意孔樁內泥漿稠度、顏色、出渣和其他情況。當孔樁內泥漿稠度、顏色發(fā)生變化或泥漿標高下降時，說明溶洞頂面巖石已經被擊穿，錘頭進入了溶洞。錘頭進入溶洞標高后如果發(fā)生偏孔現象，則按3∶7的比例回填片石和黏土至偏孔位置1 m以上，重復鉆進。如果一次無法糾正，就按照此方法反復進行，直到完全糾正偏孔情況為止。對于反復回填糾正仍無法解決偏孔現象時，需進行孔樁內水下爆破或在清孔后對偏孔位置灌注水下混凝土，等到水下混凝土達到要求強度后，再重新鉆進來解決偏孔問題。

通過無填充物溶洞時，孔內泥漿在落錘的同時會發(fā)生孔內泥漿面快速下降或完全泄漏，此時應拋填片石和黏土混合物或袋裝混合料，加大泥漿比重，選用小沖程進尺，通過沖擊、擠壓等作用力在孔樁周圍形成泥結石孔壁。對仍然繼續(xù)漏漿，沒有一次形成完整護壁的孔樁，需繼續(xù)拋片石、黏土、袋裝水泥等材料，重復以上操作，直到不漏漿為止。通過回填在空溶洞內較松散的錐形堆積體和沖擊、擠壓形成的泥結石護壁來堵塞溶洞通道，使孔樁順利通過溶洞。

根據設計資料可知，在鉆進達到溶洞底標高時，發(fā)現同樣沖程，鉆機鉆進速度明顯降低，震動加大，且當繩擺動有所加大時，則說明已鉆進到溶洞底板。溶洞為地下水長期溶蝕形成，穿過溶洞后，下巖石面多為傾斜狀，且?guī)r石強度不均勻，軟硬不一，容易發(fā)生孔位向地質較軟一側傾斜或錘頭側滑無法成孔等情況，發(fā)現沖錘到達溶洞底面后，應及時調整鉆機沖程，改用小沖程鉆進，并隨時檢查是否發(fā)生偏孔問題。在鉆進過程中，應注意觀察鋼絲繩的位置變化、渣樣的變化和錘頭的磨損情況，當主繩擺動幅度加大，主繩偏離樁孔設計中心時，就表明發(fā)生偏孔現象。一旦發(fā)現偏孔應立即停止沖擊鉆進，同樣采回填片石、黏土并重復鉆進的方式糾偏。無法通過片石、黏土回填糾偏的，應對偏空位置灌注水下混凝土進行糾偏；一次無法糾正的要重復回填鉆進，慢慢糾正陡斜巖面，直到整個沖錘底部完全進入巖面，才可恢復正常鉆進速度。

穿過溶洞后，因為溶洞多是通過擠壓形成的泥石孔壁，受到震動容易發(fā)生坍塌、漏漿等常見情況，塌落的片石可能會滑落到孔樁內，在再次提錘的過程中就會被巖石卡住，出現埋錘的情況。在穿過溶洞后的鉆孔過程中，要盡量采用小沖程沖擊，密切觀察孔樁內的泥漿變化，一旦發(fā)現漏漿或異常情況，要馬上提錘到孔口，采取回片石、黏土和袋裝混合料等至溶洞頂面標高以上，重復沖擊，在溶洞位置形成新的泥結石護壁，之后再繼續(xù)鉆進。

在有淺埋巖溶地層或存在地面塌陷隱患的位置施工樁孔時，應先采取水泥砂漿注漿回填，采用開挖、回填等措施加固后再進行鉆孔施工。

有特殊情況的孔樁位于溶洞邊緣，孔樁穿過溶洞時為半邊巖石、半邊填充物或空溶洞時，應采用探孔爆破的方法。在孔樁標高到達溶洞部位后，靠近溶洞邊緣一側的采用地質鉆機成孔，孔深控制在1 m，將乳化炸藥放在地質鉆護筒內吊入孔底，實施水下爆破，以松動溶洞壁巖石。之后與正常穿過溶洞的步驟一樣，回填片石、黏土，反復沖擊穿過溶洞。當一次爆破無法穿過時，可重復爆破。

3.2 大型或特殊溶洞的處理

對于溶洞發(fā)育規(guī)模大、層數多、溶洞內填充物性能差和存在暗河等的特大型溶洞，無法采用取片石加黏土擠壓形成護壁孔樁的方法，要采用整樁鋼護筒跟進的方法。該方法費用較高，需要多臺施工機械配合，且施工進度慢，所以只有在普通方法無法處理時才使用。此方法就是在沖擊成孔的同時，在孔樁內沉入鋼護筒，利用鋼護筒在溶洞的位置形成鋼護筒護壁，用以隔斷溶洞內流塑性充填物或空溶洞與孔樁的聯通。在施工中可以就近設置場地制作鋼護筒，也可以在其他地點制作完成后運至場地內。在鋼護筒施工中，使用震錘等機械將其振動下沉至已鉆成的孔樁內，分段鋼護筒采用焊接方式連接。鋼護筒跟進有兩種施工方式：①在沖擊鉆進的成孔過程中，鋼護筒及時跟進，護筒下沉緊跟鉆進標高，主要使用在單獨的較大溶洞、空溶洞和水溶洞中；②孔樁沖擊完成后，穿過溶洞，并且均已形成泥結石護壁，為防止在之后的沖擊成孔過程中已形成的泥結石護壁出現坍塌、漏漿、埋鉆等問題，應利用鋼護筒跟進穿過溶洞位置堵漏，防止坍塌。此方法適用于樁孔穿過多個溶洞的情況。

在施工過程中，鋼護筒的內壁直徑應大于鉆頭外徑3～5 cm。在沖擊過程中，要注意檢查沖錘外側錘牙的磨損程度，充分利用沖擊成孔的擴孔性能，使鋼護筒順利下沉。要想保證鋼護筒可以順利下沉，就要采用導向架導向下沉。導向架設計要簡潔、實用，一般采用槽鋼焊接而成。護筒長度較長時，在振沉過程中可能會因振動而使護筒傾斜。在振沉過程中，要安排專人用測量儀器或者鉛錘吊放來監(jiān)測護筒的垂直度和護筒口的平面傾斜度，以便及時調整護筒的垂直度，發(fā)現情況及時糾偏，并反復提升、下沉進行糾正。振沉結束后，安排測量人員對護筒中心和樁位進行復核檢查，根據規(guī)范要求，護筒下沉時傾斜度不大于1%，平面誤差不大于50 mm。如果測量人員發(fā)現護筒中心與樁位偏差超過規(guī)范要求時，就應拔起重新振沉。

4 結束語

在巖溶地區(qū)進行地下隱蔽工程——橋梁樁基施工，會給施工帶來很大困難，工程質量只能通過嚴格的過程控制和成樁后的檢測來確認，因而，對作業(yè)人員的操作熟練程度、工藝水平都有較高的要求。如何有效地避免在鉆孔過程中出現掉鉆、卡錘、埋錘、漏漿、塌孔和在灌注水下混凝土過程中發(fā)生斷樁等問題呢？針對溶洞特性，對成孔施工方法和溶洞處理措施作了初步探討，希望為同類的工程施工提供參考。雖然溶洞地段樁基施工很難控制，但是只要在設計、施工過程中能夠充分考慮各種因素的影響，且現場施工組織嚴密、措施得當，嚴格規(guī)范施工，樁基溶洞問題就能得到很好的解決。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕

Pile Foundation Construction Discussion Karst Geological Conditions

Ma Yu

Abstract： As a bridge foundation concealed underground works by karst， met cave is very common. Construction if handled improperly， can cause plasma leakage occurs， the card hammer， hammer and buried hole collapse and other accidents， so that the project quality is difficult to control， not only caused great difficulties to the construction， but also a threat to the safe operation after the opening of the bridge. Thus， in the full understanding of the cave bridge pile construction met the basic shape， size， structure and cave formations filling shapes and other information， to take effective preventive and treatment measures to prevent construction accidents， help save construction costs and improve construction efficiency.

Key words： bridge foundation； cave； construction program； treatment measures