許秋剛

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工程及地質概況

貴州黔南州山區(qū)某高速公路某大型互通立交橋工程所在地地形地貌復雜，地表及地下水豐富。根據施工設計圖提供的橋位處地質資料顯示：主線橋9號、10號、11號墩、A匝橋5號墩樁位處分布有溶洞，且溶洞數量多、發(fā)育大。9號墩位地下分布有多層溶溝、溶槽及溶穴，且路線左、右幅溶洞分布不均、大小不一；10號、11號墩范圍內溶洞較大，其中最大的溶洞深約27 m、寬約27 m，部分溶洞相互貫通。工程地質勘察報告說明部分溶洞內無填充物、部分溶洞填充物為灰黑色、飽和、軟塑-硬塑狀，以黏粉粒為主，含少量角礫、砂粒。溶洞中巖溶水及卵石、漂石層中孔隙潛水受大氣降水補給，向當地溝谷排泄，局部灰?guī)r地段巖溶水具有承壓性，部分地質鉆孔出現涌水現象，最大涌水量為2.0 L/s。

由于巖溶的發(fā)育，若樁基礎落在溶洞頂部，當頂板厚度達不到設計安全厚度時，就容易造成嚴重的質量隱患。因此，巖溶地區(qū)樁基必須在詳細的地質勘探資料的基礎上選擇合理安全的樁底標高[1]。地質勘探必須具備足夠的深度，以保證樁基加長，判斷樁底巖層地質情況的需要。鑒于設計文件提供的地質資料不能準確地判定較大溶洞的邊界，且部分地質鉆孔距離樁位較遠，在確定施工方案前進行了地質補勘，通過補勘的地質鉆孔并結合原有地質孔準確繪制出了地層及溶洞分布圖（詳見圖1，其他樁基地質柱狀圖省略）。根據重新繪制的柱狀圖，原地面下24.5 m以下有較大溶洞，最大高度約20 m，與原設計地質資料略有出入，且較大溶洞內充滿含礫黏土、無明顯承壓水。

圖1 10號墩地質柱狀示意圖（單位：m）

2 樁基成孔工藝的選擇

溶洞區(qū)樁基的成孔工藝一般依據以下原則進行選擇。當然，具體使用何種施工工藝，必須在確保技術可行、經濟合理的前提下?lián)駜?yōu)選擇，在實際施工中還要根據地質、水文情況的變化而靈活調整，并考慮各種施工方法的綜合選用。

2.1 在以下地質、水文條件下可選擇人工挖孔成孔工藝

a）溶洞距地表深度較淺或溶溝、溶槽及溶穴等較發(fā)育。

b）沒有厚層流砂或卵（礫）石，無承壓水或地下暗河。

c）溶洞內無填充物，或填充物為硬塑狀且穩(wěn)定性較好。

d）溶洞高度不大，或溶洞相互貫通等情況。

2.2 在以下地質、水文條件下可選擇沖擊鉆成孔工藝

a）溶洞距地表深度較大，采用人工挖孔無法保證安全。

b）樁基穿過較厚流砂或卵（礫）石層，地下有承壓水或暗河等情況。

c）溶洞高度較大，洞內填充物為軟塑、流塑狀或流砂層等情況時。

2.3 其他輔助成孔措施

無論采用人工挖孔還是機械鉆孔施工溶洞樁基，選擇必要的輔助措施十分關鍵，常見的輔助措施包括以下方面。

a）混凝土或鋼筋混凝土護壁。b）鋼筋混凝土或鋼制護筒。

c）壓注水泥漿或化學漿液固化等措施。

根據以上原則，本工程最終選擇了地面下約20 m以內采用人工挖孔、鋼筋混凝土護壁（必要時采用鋼制護壁）及20 m以下采用沖擊鉆鉆孔、泥漿護壁的工藝。

3 施工方案及質量、安全措施的制定

3.1 主要施工準備工作

a）做好技術交底。使相關的管理、技術及施工人員熟悉工藝流程、控制要點及各項保證措施。

b）繪制每個孔位的地質柱狀圖并據此細化單樁施工方案下發(fā)有關人員，讓參與施工的所有人員都清楚地掌握溶洞位置、大小、充填情況以及擬采取的施工方案等。

c）采購足量的片石、黏土、水泥等材料并運到指定位置堆放[2]。

d）對機械設備及安全措施進行全面檢查，確保運轉良好。

3.2 護壁支護的設計和施工要點

護壁支護是挖孔樁施工的關鍵性措施，其結構形式及尺寸應根據樁位處地層分布、挖孔深度、孔周土質等情況確定，并重點考慮最不利地段的需要。通過計算得出本工程樁基護壁采用C25混凝土、厚度大于16 cm即可滿足要求。

考慮到樁基20 m以下將采用沖擊鉆孔的方法施工，人工挖孔段的混凝土護壁內徑比設計放大20～30 cm，另考慮抵抗鉆錘碰撞的需要，最終確定的混凝土護壁采用25 cm厚的C25混凝土，同時加設鋼筋網，以加強上、下節(jié)護壁的連續(xù)性和整體抵抗能力（內箍采用φ16的鋼筋，豎向主筋為32根φ22的鋼筋，所有鋼筋連接均在孔外綁扎成型后吊入孔內安放就位，兩節(jié)護壁之間的主筋連接采用彎鉤掛接）。第一節(jié)護壁的主筋預留2.5 m長，彎曲后鎖定在孔口地面上。混凝土澆筑采用孔內模注方式。

3.3 樁孔開挖方案及施工控制要點

孔口的開挖同一般挖孔樁，每挖完一節(jié)，經檢查斷面尺寸符合要求后，立即澆筑護壁混凝土?；炷翐郊釉鐝妱?，坍落度控制在30～50 mm，以提高護壁的早期強度和加快模板周轉。當護壁有滲漏水現象時，采取封堵措施，當遇到漂石、石牙等，或進入基巖部分時進行孔內松動爆破，爆破時嚴格控制裝藥量，并嚴格控制爆破時間，以免破壞已澆筑的護壁混凝土而造成塌孔[2]。

挖孔作業(yè)時，孔內施工人員必須系安全繩，而且與孔口的固定物牢固聯(lián)系。根據已探明的溶洞位置并結合實際情況確定挖孔進尺和方法：若為小溶洞，則在到達溶洞頂板時，采用風鉆鉆一個φ100左右的小孔，查看溶洞內是否有承壓水，若有，施工人員應迅速撤離到地面，等壓力釋放完畢，水位穩(wěn)定后再進行抽水，然后繼續(xù)開挖；若溶洞內無承壓水，在挖穿頂板前，作業(yè)人員要檢查身上的安全繩與孔頂爬梯或其他固定物的連接情況，以確保人員安全；遇到無填充且較大的溶洞，或樁基開挖已經較深時，必須經常檢測孔內有害氣體。進入溶洞后，要根據溶洞內填充物及滲水情況分別采取不同的措施。

a）若為空溶洞，首先將積水抽干，用磚砌外圍，然后立模澆筑鋼筋混凝土。

b）溶洞內有填充物，則根據填充物的種類分別采取不同的措施：填充物為軟塑狀時，應淺進尺，強支護，沿上層護壁外圍每20 cm打入φ20的鋼釬，鋼釬上綁扎草袋等作為防護,每節(jié)護壁最大高度0.5 m；填充物為硬塑狀時，每挖深1 m左右則必須及時護壁。

c）孔內滲水量不大時可用鐵皮桶盛水，人工提引排走；滲水量大時，使用水泵或泥漿泵抽排。

由于本工程的樁基處于溶洞區(qū)域，且擬挖孔的深度較深，因此，制定完善的安全保證措施非常重要，除配備專門的通風設備并單獨敷設送風管道外，還配備了專用吊籃、安全繩、防水照明設施等。

3.4 沖擊鉆孔方案及施工控制要點

當挖孔至擬定深度，或出現較大涌水、淤泥、孔壁坍塌等異常情況時，改用沖擊鉆鉆孔工藝進行施工。

3.4.1 鉆進至溶洞位置的施工方案

在鉆進過程中，如出現泥漿在短時間內迅速下降或流失，應立即停鉆并提出鉆錘，然后向孔內投放片石、黏土和水泥（片石∶黏土∶水泥=1∶0.5～1.0∶0.02，片石和黏土按體積，水泥按重量,片石粒徑為30～70 cm）至溶洞頂1.0 m以上，待回填物沉積密實后再重新鉆進，并視后續(xù)鉆進情況進行補充。在鉆進過程中，需小沖程不斷提、落錘，通過反復沖擊擠壓填充物，使其在溶洞內形成錐形圍護結構墻并堵塞洞內的通道，從而保證孔內泥漿高度，確保沖鉆順利進行。

需要注意的是，在鉆進過程中鉆機操作手要隨進尺快慢及時準確下放主鋼絲繩，使鋼絲繩在每次沖擊過程中始終處于拉緊狀態(tài)，既不少放，也不多放。放少了鉆頭落不到孔底，打空錘，不僅無法獲得進尺，反而會造成鋼絲繩拉斷和掉錘。放多了，可能造成卡鉆或孔位偏斜，破壞已形成的圍護結構墻。因此，在鉆孔過程中應在鋼絲繩上作明顯標記，以更好地掌握和控制其下放長度。

在開始每個墩位的第一根樁基時,需要的片石、黏土等材料數量最大，必須提前備足，并保證需要時能及時運輸到位。

3.4.2 清孔環(huán)節(jié)的注意事項

終孔后進行首次清孔時，泥漿比重和稠度可適當放大，以防止在安放鋼筋籠的過程中發(fā)生塌孔[2]。

3.5 混凝土灌注過程的施工控制要點

a）勤量測，準確掌握混凝土面的標高變化。

b）灌注至溶洞范圍時，必須保證連續(xù)、勻速進行，導管埋深可適當加大（一般控制在6～10 m即可），避免對孔壁造成瞬間沖擊而塌孔。

c）要盡可能避免在混凝土灌注至溶洞的底、頂面附近時進行拆管而造成混凝土灌注停頓等情況。

d）在接近設計樁頂時可適當放緩灌注速度，并注意觀察混凝土面（或泥漿面）的變化情況，確認無異常后方可終止灌注。

4 在施工中重點進行控制的要點及采取的措施

根據本工程樁基的地質、水文情況，經認真分析后在施工過程重點加強的控制要點及采取的措施如下，取得了很好的效果。

a）采用人工挖孔段（樁基上部）的護壁質量的好壞，將直接影響到樁基下部沖擊鉆孔的成敗。因此，在施工中嚴格控制混凝土的強度、厚度及鋼筋配置數量等。另外，按照挖孔灌注樁的質量標準對孔徑、垂直度、孔位偏差等進行嚴格控制。

b）在回填土、卵石層、溶洞內軟塑狀充填層鉆進時，極易發(fā)生塌孔。因此采用小沖程（50～75 cm），并提高泥漿的黏度和相對密度，拋填小片石反復沖擊。尤其在護壁底腳下2～4 m范圍內，緩慢漸進認真施工，使孔壁達到了堅密不塌不漏的效果。

c）將鉆至溶洞頂部時，改用小沖程緩慢鉆進，防止突然打穿溶洞頂板，造成卡鉆或掉鉆。現場備足黏土、片石、袋裝水泥等材料，漏漿時，馬上回填，以小沖程反復沖砸，形成泥壁，堵塞洞內的通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。

d）因巖溶層地質復雜，溶洞內巖面高低不平，或一面有巖，一面懸空，容易造成卡鉆和斜孔。在出現上述情況的征兆時，立即停鉆并拋填黏土、片石，用低沖程沖砸，反復循環(huán)，多次修整樁孔，保證沖孔質量。

5 實際施工情況簡述

a）由于參建各方高度重視，管理到位，承包單位制定的方案科學合理，過程控制嚴格且施工隊伍在巖溶區(qū)樁基施工方面經驗比較豐富，本工程施工過程較順利，施工質量、工期及成本控制均達到預期目標，具體詳見表1。

表1 溶洞處理工程數量

b）施工中出現的問題：在10-2號樁基開鉆前，當鉆機就位時發(fā)生樁孔周圍地表塌陷，導致塌孔。塌孔事故除造成鉆機傾斜外，未造成其他損失。事故發(fā)生后，參建各方技術人員對原因進行了全面分析，認為主要是橋墩范圍內存在淺層小溶洞，且鉆機的行走軌道下支墊的方木承壓面偏小，淺層小溶洞的頂板無法承受鉆機的重量而塌陷。原因分析清楚之后，采取了如下處理措施：對已經塌陷的樁孔和淺層小溶洞進行回填，對樁基周圍進行夯實；在鉆機行走軌道下支墊長枕木形成軌排，加大地表承壓面；原位鉆孔。在后續(xù)施工時，對其他樁基周圍先進行勘探，如有淺層空溶洞則砸穿頂板后回填密實，然后按照原定方案進行施工。

6 結語

a）巖溶地區(qū)樁基在設計或施工時，應該逐孔進行地質鉆探，必要時加密地質鉆孔，查明地質情況，并盡可能探明較大溶洞的邊界范圍，為工程設計和施工方案的制定提供詳盡資料。

b）在小溶洞、溶溝、溶槽、溶穴等較發(fā)育地層，采用人工挖孔及鋼筋混凝土護壁（或鋼護筒）的工藝比直接鉆孔效果更好，可有效避免卡鉆等情況的發(fā)生，但必須做好安全防護措施，確保工程及施工人員、機械的安全。在超過一定深度后，應改用沖擊鉆孔工藝施工，且上部挖孔時必須為后續(xù)鉆孔提供條件。

c）溶洞范圍內的處理采用拋填片石、黏土及水泥，小沖程反復沖砸等方法，形成泥石護壁，堵塞空洞和通道，成孔質量一般都能夠滿足要求。

d）使用長枕木和鋼軌制作的軌排作為鉆機工作平臺，加大承壓面，可有效避免孔口坍塌及地表局部塌陷等事故的發(fā)生。

e）巖溶地區(qū)樁基的成孔工藝應綜合考慮地形、地質、水文及施工能力等條件，做到因地制宜、靈活調整。