孫艷明 蒲中花 馬振民 許國(guó)亮 張 斌 駱彥兵

(中交二公局第二工程有限公司，陜西西安 710119)

1 工程概況

大連星海灣跨海大橋主橋位于大連市著名旅游景點(diǎn)星海灣廣場(chǎng)對(duì)面開(kāi)闊海域，為雙塔三跨地錨式懸索橋，跨徑布置為180 m+460 m+180 m=820 m。橋塔采用“門(mén)”式框架混凝土結(jié)構(gòu)，塔高112.31 m。橋梁上部主體加勁梁為鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼橋面板采用正交異性橋面板，車(chē)道雙層布置。索塔每根塔柱下設(shè)一個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)之間不設(shè)橫系梁，單個(gè)承臺(tái)由12根φ2.5 m的鉆孔灌注樁支撐，鉆孔灌注樁3行4列矩形布置，索塔基礎(chǔ)為大直徑群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為 17.3 m ×23.6 m ×6.05 m。

主橋2個(gè)索塔共計(jì)48根樁基，在鉆孔過(guò)程有32根樁基發(fā)現(xiàn)巖溶洞或裂隙等巖溶地質(zhì)，最高的巖溶洞高7.3 m，最低的巖溶高度0.2 m;施工區(qū)域巖溶構(gòu)造有多種形式，有單層巖溶洞亦有多層巖溶洞;內(nèi)部填充有粘性土、灰?guī)r角礫、碎石和部分無(wú)充填物。

2 工程特點(diǎn)

1)工程位于黃海海域，受海洋環(huán)境影響比較大，橋址處水深10 m～12 m，沒(méi)有島嶼等遮擋物，每年4月份～10月份東南風(fēng)、南風(fēng)、西南風(fēng)比較頻繁，海上涌浪比較大。

2)施工區(qū)域巖溶發(fā)育，類(lèi)型復(fù)雜，有單層巖溶洞、多層巖溶洞、斜面巖、陡坡(或半邊巖溶洞)、石柱(中間凸起)、溶溝槽、裂隙等巖溶類(lèi)型。

3)索塔基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，單個(gè)承臺(tái)下有12根直徑2.5 m的大直徑鉆孔灌注樁。

4)由于巖溶類(lèi)型復(fù)雜，即便是同一根樁在鉆孔過(guò)程也會(huì)遇到不同的巖溶地質(zhì)類(lèi)型，因此在鉆孔過(guò)程需要根據(jù)具體情況應(yīng)對(duì)各種巖溶地質(zhì)鉆孔施工病害。

5)海上潮氣大，空氣鹽分含量高，施工設(shè)備容易損壞。

3 巖溶地質(zhì)類(lèi)型分析

通過(guò)地勘報(bào)告和主橋樁基鉆進(jìn)情況分析，大連星海灣跨海大橋主橋區(qū)域海底至少存在如下七種巖溶地質(zhì)類(lèi)型(見(jiàn)圖1):

1)單層巖溶洞。

巖溶洞有一層，高度在20 cm～730 cm不等，巖溶洞內(nèi)填充水、泥土或風(fēng)化巖等，鉆孔過(guò)程主要表現(xiàn)為有卡錘現(xiàn)象，鉆進(jìn)速度會(huì)突然變快，到一定深度后又開(kāi)始變慢，渣樣變化明顯，有漏漿現(xiàn)象。

2)多層巖溶洞。

巖溶洞多層串聯(lián)，每次高度在20 cm～500 cm不等，中間間隔距離也不等，巖溶洞內(nèi)填充水、泥土或風(fēng)化巖等，鉆孔過(guò)程主要表現(xiàn)頻繁卡錘，鉆進(jìn)速度時(shí)快時(shí)慢，渣樣有不太明顯的周期變化，有漏漿現(xiàn)象。

3)斜面巖。

由于地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，巖層相互擠壓形成扭曲，在外部環(huán)境作用下，部分巖層溶解，傾斜巖面外露，這些傾斜巖面有的直接與卵石覆蓋層相連，有的則在巖溶洞下面，這種地質(zhì)在鉆孔過(guò)程主要表現(xiàn)為錘頭向一邊倒，回填片石和粘土可以處理到位，渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。

4)陡坡(或半邊巖溶洞)。

一邊有泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖填充物，一邊是堅(jiān)硬的巖石，這種地質(zhì)在鉆孔過(guò)程主要表現(xiàn)為錘頭向一邊倒，嚴(yán)重時(shí)錘頭出現(xiàn)側(cè)翻，多次回填片石和粘土也很難處理到位，渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。

5)石柱(中間凸起)。

周邊是泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖，中間是堅(jiān)硬的巖石，這種地質(zhì)在鉆孔過(guò)程主要體現(xiàn)在錘頭傾倒方向不定，多次回填片石和粘土也很難處理到位，渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。

6)溶溝槽。

周邊是堅(jiān)硬巖石，中間是泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖等，入巖后鉆孔過(guò)程錘頭正常，但鉆渣里面含有一部分強(qiáng)風(fēng)化巖，有漏漿現(xiàn)象。

7)裂隙。

這種裂隙分布廣泛，以上各種巖溶洞中都可能連接著裂隙，這種地質(zhì)鉆孔困難很大，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)征兆的漏漿。

圖1 巖溶洞類(lèi)型示意圖

4 巖溶地質(zhì)鉆孔施工病害處理措施

主橋樁基采用沖擊鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，在鉆孔過(guò)程采用了拋填片石和粘土工藝、鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝、專(zhuān)用巖溶洞鉆孔錘頭工藝等施工工藝，在鉆孔過(guò)程因巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜，遇到了意想不到的困難。

4.1 漏漿塌孔

4.1.1 原因分析

1)由于許多大小裂隙，一串串巖溶洞通過(guò)發(fā)育的裂隙連通在一起，形成巖溶洞帶。同時(shí)這些巖溶洞有些被填充物填充，有些沒(méi)有填充物或填充不滿，形成低壓區(qū)。

2)由于巖溶洞內(nèi)無(wú)填充物或填不滿，在鉆孔打開(kāi)其頂板時(shí)也會(huì)導(dǎo)致突然大量失漿而塌孔。

3)在處理卡錘或掉錘問(wèn)題時(shí)，由于處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成孔壁被泥漿浸泡松軟，原本結(jié)實(shí)的泥漿護(hù)壁開(kāi)始脫落，進(jìn)而發(fā)展為塌孔。

4.1.2 處理措施

1)海中巖溶地質(zhì)鉆孔，鋼護(hù)筒要有一定強(qiáng)度，避免大量漏漿流失將鋼護(hù)筒擠癟，大連星海灣跨海大橋主橋索塔樁基鋼護(hù)筒壁厚采用12 mm和14 mm壁厚組合，在適當(dāng)位置設(shè)置環(huán)形鋼板箍以增加鋼護(hù)筒強(qiáng)度，實(shí)踐證明能夠抵抗10 m水頭差。

2)鉆孔時(shí)，應(yīng)密切注意鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降漏漿，應(yīng)立即提出鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿或注水，保持樁孔內(nèi)水頭壓力。

3)保持樁孔內(nèi)水壓力后，向樁孔內(nèi)拋填粘土和片石混合物，經(jīng)小沖程反復(fù)沖砸后，形成新的護(hù)壁。

4)當(dāng)鋼護(hù)筒底部漏漿后，可繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒，并用粘土封閉鋼護(hù)筒周?chē)p隙，防止海水繼續(xù)滲入，然后向孔內(nèi)填擲粘土塊和片石(填筑高度以高出鋼護(hù)筒底1 m為宜)，再用小沖程反復(fù)沖砸，達(dá)到加固鋼護(hù)筒底部孔壁與堵漏的目的。

5)若不能保持水壓力，表明空巖溶洞較大或其他巖溶洞連通，此時(shí)應(yīng)先停止鉆孔，然后采用加大拋填量或灌注混凝土等措施進(jìn)行封堵。

6)漏漿補(bǔ)水后要用超聲波孔壁檢測(cè)儀對(duì)孔壁情況進(jìn)行檢測(cè)，如沒(méi)有出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象則可繼續(xù)回填粘土造漿鉆進(jìn)，如出現(xiàn)塌孔，則需全部回填。

4.2 掉錘、卡錘、埋錘處理

4.2.1 原因分析

1)鋼繩在與錘頭連接處磨損嚴(yán)重或繩卡擰的不緊，超出了自身承載能力，在沖擊過(guò)程極易造成掉錘。

2)錘銷(xiāo)質(zhì)量不合格，采用劣質(zhì)錘銷(xiāo);錘銷(xiāo)與錘頭接觸部位缺少減震彈簧;另外這種錘銷(xiāo)一般為特種鋼，工人用電焊焊接錘銷(xiāo)和防脫螺母，造成錘銷(xiāo)脆斷。

3)在巖溶地帶，由于地下水非常豐富，基巖起伏相當(dāng)大，溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重且極不規(guī)則，地質(zhì)鉆探資料反映只代表該鉆探點(diǎn)處的地質(zhì)情況，離開(kāi)鉆探孔位，則有很大的變化，在鉆孔中，鉆孔灌注樁徑范圍內(nèi)因?yàn)榛鶐r半邊露頭，容易導(dǎo)致斜樁和卡錘。

4)卡錘或掉錘不能及時(shí)處理，沉渣過(guò)多或塌孔造成埋錘。

4.2.2 處理措施

1)要經(jīng)常檢查鋼繩及繩卡情況，要使用質(zhì)量合格的錘銷(xiāo)，并且要增加減震彈簧，避免焊接錘銷(xiāo)。

2)在巖溶發(fā)育段施工時(shí)要采用小沖程沖擊鉆進(jìn)以減少或消除“探頭石”影響。

3)沖擊巖溶洞底板或基巖面時(shí)采用小沖程慢速?zèng)_擊鉆進(jìn)，并向孔內(nèi)拋入片石等材料以減少錘頭歪斜量，防止鉆孔傾斜。

4)保證泥漿質(zhì)量，保證孔壁穩(wěn)定，防止孔壁石塊掉入孔內(nèi)。5)采用專(zhuān)門(mén)研制的筒狀錘頭處理“探頭石”。

6)必要時(shí)采用水下爆破或下潛水員撈錘，如下潛水員撈錘，要確?？妆谕暾?，泥漿比重符合重潛要求。

4.3 偏錘處理

4.3.1 原因分析

在鉆孔過(guò)程遇到斜面巖、陡坡巖、石柱、溶溝槽、裂隙等類(lèi)型巖溶地質(zhì)，錐形錘頭在重力下降過(guò)程沒(méi)有導(dǎo)向作用，遇到障礙發(fā)生傾倒。

在鉆孔過(guò)程遇到軟硬巖地質(zhì)或者半邊巖溶洞地質(zhì)，錘頭在下降過(guò)程受力不均勻造成偏錘。

4.3.2 處理措施

出現(xiàn)偏錘現(xiàn)象時(shí)，采取回填片石或回填混凝土方案進(jìn)行處理，片石或混凝土強(qiáng)度略大于巖石強(qiáng)度，鉆孔過(guò)程要緩慢鉆進(jìn)，避免在鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象。

采用專(zhuān)用巖溶洞鉆孔筒狀錘頭處理巖溶地質(zhì)，這種錘頭側(cè)壁有導(dǎo)向作用，可避免偏錘現(xiàn)象發(fā)生。

4.4 泥漿沉淀

4.4.1 原因分析

1)造漿材料配比不合理，泥漿質(zhì)量差。

2)遇到巖溶洞后泥漿流失或清孔過(guò)程泥漿流失，補(bǔ)充大量的水，新補(bǔ)充進(jìn)去的水將原泥漿稀釋?zhuān)斐赡酀{沉淀。

3)在巖溶地帶，穿巖溶洞或裂隙時(shí)，巖溶洞水或裂隙水常帶有的弱酸性的碳酸根離子與樁內(nèi)泥漿膠體發(fā)生反應(yīng)使其沉淀分層，使得泥漿無(wú)法正常循環(huán)，或?qū)е鲁猎^大。

4.4.2 處理措施

1)選用好的粘土或膨潤(rùn)土，通過(guò)試配，選擇合理的配比，造漿過(guò)程不宜過(guò)急，要充分造漿。2)盡量減少泥漿流失，如出現(xiàn)大量漏漿，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿或補(bǔ)充粘土造漿。

4.5 鋼護(hù)筒沉降處理

4.5.1 原因分析

在鉆孔過(guò)程會(huì)出現(xiàn)鋼護(hù)筒沉降問(wèn)題，主要原因是在鉆孔過(guò)程，鋼護(hù)筒底口或覆蓋層下有巖溶洞，當(dāng)鉆到巖溶洞位置后，鋼護(hù)筒底口的巖溶洞頂蓋或覆蓋層坍塌，造成鋼護(hù)筒沉降。

4.5.2 處理措施

1)遇到鋼護(hù)筒沉降要盡快提出鉆頭，避免出現(xiàn)埋鉆，并且根據(jù)情況將已經(jīng)鉆好的樁位用片石加粘土回填，待回填土體穩(wěn)定后重新接長(zhǎng)鋼護(hù)筒，繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒至打不動(dòng)為止。鋼護(hù)筒下沉到位后，重新定位鉆機(jī)開(kāi)鉆。2)為避免鋼護(hù)筒再次沉降，最好將這根沉降的鋼護(hù)筒和相鄰鋼護(hù)筒進(jìn)行連接，同時(shí)相鄰的樁位停止鉆進(jìn)，避免發(fā)生震動(dòng)。3)海上巖溶洞鉆孔要注意，不能用鋼護(hù)筒承載做鉆孔平臺(tái)，鉆孔平臺(tái)基礎(chǔ)要用單獨(dú)的鋼管樁基礎(chǔ)，否則一旦發(fā)生鋼護(hù)筒下沉現(xiàn)象，會(huì)造成很?chē)?yán)重的后果。

4.6 與海水貫通處理

4.6.1 原因分析

卵石覆蓋層下有溶溝槽巖溶地質(zhì)或裂隙巖溶地質(zhì)，在鉆孔過(guò)程由于護(hù)壁質(zhì)量不好或因其他原因造成護(hù)壁破壞，海水通過(guò)溶溝槽或裂隙進(jìn)入孔內(nèi)。

4.6.2 處理措施

1)若鋼護(hù)筒內(nèi)水頭降速較慢，則用大功率水泵補(bǔ)充泥漿(或水)，保持鋼護(hù)筒內(nèi)水頭，同時(shí)回填粘土和片石處理。

2)若鋼護(hù)筒內(nèi)水頭無(wú)法保持，該孔很可能會(huì)出現(xiàn)塌孔，需取回填片石和粘土工藝處理，或者在樁周邊鉆孔壓水泥漿處理。

4.7 鉆孔過(guò)程相鄰串孔處理

4.7.1 原因分析

1)同時(shí)開(kāi)鉆的兩個(gè)樁位太近，在遇到巖溶洞地質(zhì)時(shí)，兩個(gè)樁之間的孔壁因巖溶洞發(fā)生坍塌，造成串孔現(xiàn)象。2)在鉆孔過(guò)程，同時(shí)開(kāi)鉆的樁位因遇到貫通裂隙巖溶地質(zhì)，造成兩個(gè)樁位的泥漿串通。

4.7.2 處理措施

鉆孔時(shí)必須采取隔孔鉆進(jìn)原則，即便這樣也可能會(huì)出現(xiàn)與相隔較遠(yuǎn)的樁位串孔現(xiàn)象。若遇到此問(wèn)題，需停止鉆孔，將其中一個(gè)孔回填或者將兩個(gè)孔都回填，但只能有一個(gè)孔繼續(xù)鉆進(jìn)直至灌注完混凝土，另一個(gè)孔要等到前一個(gè)孔混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后再開(kāi)鉆。

4.8 混凝土灌注過(guò)程漏混凝土

4.8.1 原因分析

在灌注混凝土過(guò)程如果出現(xiàn)無(wú)法封底或混凝土面不上升情況，這時(shí)要考慮是否有混凝土流失。

4.8.2 采取措施

1)在下放鋼筋籠前用超聲波孔壁檢測(cè)儀對(duì)孔壁進(jìn)行檢測(cè)，提前了解孔壁情況。2)清孔過(guò)程要隨時(shí)觀察是否有大塊風(fēng)化巖被清出，如有需停止清孔，檢查孔壁情況，如塌孔需回填重新鉆孔。3)如首盤(pán)混凝土不能封底，則應(yīng)盡快將鋼筋籠提出，對(duì)孔底進(jìn)行處理。4)在混凝土灌注過(guò)程出現(xiàn)混凝土面不上升，但前期超聲波孔壁檢測(cè)儀檢測(cè)又沒(méi)有擴(kuò)孔跡象，這時(shí)要考慮可能巖溶洞側(cè)壁被擊穿，要根據(jù)具體情況確定是否繼續(xù)灌注混凝土，如混凝土面只是不升高則可繼續(xù)澆筑，如混凝土面下降造成導(dǎo)管脫空則需停止灌注混凝土，進(jìn)行后續(xù)處理。

5 工程應(yīng)用效果

大連星海灣跨海大橋索塔基礎(chǔ)施工沒(méi)有以往海洋環(huán)境巖溶洞地質(zhì)大直徑鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗(yàn)可循，在施工過(guò)程憑借一般陸地或江河巖溶地質(zhì)鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，不斷摸索，最終形成了一套海洋環(huán)境巖溶地質(zhì)鉆孔施工技術(shù)，形成了海上深水巖溶地層大直徑群樁基礎(chǔ)鉆孔施工病害處理應(yīng)急預(yù)案，經(jīng)過(guò)全體職工及技術(shù)專(zhuān)家組全體成員共同努力，樁基成孔質(zhì)量及成樁質(zhì)量都很高，未出現(xiàn)一次斷樁事故，經(jīng)檢測(cè)48根樁全部為Ⅰ類(lèi)樁。

6 結(jié)語(yǔ)

1)海洋環(huán)境鉆孔施工，由于沒(méi)有道路和平臺(tái)相連，所有材料要通過(guò)船舶運(yùn)輸，因此在項(xiàng)目開(kāi)工前要充分了解海洋自然環(huán)境，

要對(duì)所處海域的水深、風(fēng)、浪以及大海朝向等進(jìn)行綜合分析，形成海洋環(huán)境對(duì)工程影響分析報(bào)告，根據(jù)分析報(bào)告合理配備船機(jī)設(shè)備。2)對(duì)于各種巖溶地質(zhì)類(lèi)型混雜在一起的地質(zhì)情況，在鉆孔施工過(guò)程要根據(jù)實(shí)際施工情況采取不同的施工工藝，即便是一個(gè)樁位，也可以采取不同的措施。3)巖溶地質(zhì)鉆孔施工前要有詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，并且按應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備相應(yīng)材料和設(shè)備。在鉆孔施工過(guò)程如有異常情況發(fā)生，要能在短時(shí)間內(nèi)判斷原因，并根據(jù)分析的原因采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。應(yīng)急響應(yīng)要及時(shí)，避免因處理緩慢造成次生病害。4)海洋環(huán)境鉆孔施工，受潮濕環(huán)境和高鹽分空氣影響，施工設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，因此要配備足夠的施工設(shè)備和配件，

并且要配備足夠的有經(jīng)驗(yàn)機(jī)修工和電工，避免因設(shè)備出現(xiàn)故障不能及時(shí)維修影響施工進(jìn)度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因設(shè)備故障處理不及時(shí)造成塌孔等次生病害。5)必須有良好的心態(tài)和耐心對(duì)待復(fù)雜巖溶地質(zhì)鉆孔施工，因?yàn)檫@種地質(zhì)鉆孔施工會(huì)遇到各種問(wèn)題，有時(shí)會(huì)遇到頻繁漏漿和頻繁卡錘問(wèn)題，如果沒(méi)有良好的心態(tài)和耐心對(duì)待發(fā)生的各種問(wèn)題，遇到問(wèn)題操之過(guò)急或行動(dòng)緩慢都會(huì)帶來(lái)很多麻煩，甚至帶來(lái)嚴(yán)重后果。

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