劉濟(jì)華

摘? 要：巖溶發(fā)育地層鉆孔灌注樁施工，通常采用沖擊鉆拋填黏土、片石或沖擊鉆沖孔，鋼護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行施工，此類方法施工周期長、沖孔過程中易發(fā)生塌孔、埋鉆、漏漿等情況，拋填黏土、片石成孔后灌樁過程也易發(fā)生護(hù)壁再次被沖開發(fā)生斷樁等質(zhì)量事故。濰萊高鐵大白村特大橋59#墩巖溶樁基長度大、溶洞強(qiáng)烈發(fā)育，且工期異常緊張，常規(guī)沖擊鉆施工方法不能滿足工期要求。根據(jù)逐樁地質(zhì)勘探成果及多方討論，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工，極大保證了成樁質(zhì)量及施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜巖溶;鉆孔灌注樁;全套管全回轉(zhuǎn)

中圖分類號：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）23-0161-03

Abstract： In the construction of bored cast-in-place pile in Karst formation， impact drilling is usually used to fill clay， sheet stone or impact drilling， and steel protecting tube follow-up method is used for construction. This kind of method has a long construction period and is prone to collapse， burying drilling， slurry leakage and so on. It is also easy to break the pile and other quality accidents when the retaining wall is washed away again in the process of filling clay and forming holes with slate and stone， and the grouting pile is also easy to occur in the process of filling clay and forming holes. The Karst Pile Foundation of #59 Pier of Weifang-Laixi High Speed Railway Dabaicun Bridge is long， the cave is strongly developed， and the construction period is extremely tense， so the conventional impact drilling construction method cannot meet the requirements of the construction period. According to the results of pile-by-pile geological exploration and in-depth discussion， the construction of full casing full rotary drilling rig is adopted， which greatly ensures the pile quality and construction progress.

Keywords： complex karst; bored cast-in-place pile; full casing full rotation

1 工程概況

濰萊高鐵大白村特大橋位于平度云山鎮(zhèn)，屬剝蝕丘陵地區(qū)，全長5.7km，上部結(jié)構(gòu)為24m和32m簡支箱梁，下部結(jié)構(gòu)為圓端形實(shí)體橋墩，基礎(chǔ)類型為鉆孔灌注樁（？椎1m）、擴(kuò)大基礎(chǔ)及挖井基礎(chǔ)。該橋梁勘探揭示硬質(zhì)大理巖較為發(fā)育，經(jīng)侵入、構(gòu)造地質(zhì)及地下水等綜合作用，地層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)生較大變化，大理巖及侵入巖斜長角閃巖接觸關(guān)系復(fù)雜多變，大理巖巖溶發(fā)育，地層軟硬不均程度大。

勘探過程中發(fā)現(xiàn)該橋56#～59#墩巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，尤其是59#墩最為發(fā)育。逐樁補(bǔ)勘揭示該墩大理巖與斜長角閃巖、長石石英巖接觸關(guān)系復(fù)雜，大理巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育且溶洞呈串珠狀，橫向也顯示強(qiáng)連通性，鉆探揭露洞高0.2～6.1m，溶洞無充填為主，局部半充填～全充填，填充物有大理巖風(fēng)化碎塊、黏性土及粗砂[1]。該墩巖石風(fēng)化程度差異大且軟硬不均，大理巖巖溶發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜（圖1）。設(shè)計(jì)采用8根樁徑1.0m，樁長75.5m鉆孔灌注樁，孔深約79m，屬超長巖溶樁基，施工難度大、質(zhì)量控制困難。

2 施工過程分析

巖溶地層鉆孔灌注樁通常采用沖擊鉆不斷沖擊成孔，但因溶洞存在導(dǎo)致泥漿常漏失嚴(yán)重，需反復(fù)回填黏土、片石筑壁。該墩上部第四系松散堆積物較厚，為流沙及粉質(zhì)黏土互層，流沙厚度分布范圍約3.3～6.1m及10.8～17.4m，上部流沙層需采用不小于7m的長護(hù)筒，防止采用沖擊鉆沖擊時(shí)發(fā)生孔口坍塌、擴(kuò)徑、埋鉆等事故，長護(hù)筒施工過程垂直度控制也較為困難。下部流沙層深度較大，普通護(hù)筒難以達(dá)到該深度，存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)。

前期采用該墩位布置兩臺沖擊鉆施工，由于形成溶洞的原巖弱風(fēng)化大理巖（W2，σ0=1500kPa）硬度較大，導(dǎo)致鉆頭進(jìn)尺速度極為緩慢。該區(qū)域地層風(fēng)化界限起伏較大，強(qiáng)風(fēng)化斜長角閃巖（W3，σ0=500kPa）與大理巖硬度及風(fēng)化程度差距較大，大理巖、斜長角閃巖及溶洞之間接觸關(guān)系復(fù)雜，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆孔過程多次發(fā)生偏孔、斜孔等事故，反復(fù)回填黏土、片石及C20混凝土校正樁孔垂直度。

勘探揭示溶洞分布具有水平方向強(qiáng)連通性及豎向串珠狀特征，單洞洞高基本在2m以上，鉆孔過程附近農(nóng)用水井存在被泥漿污染現(xiàn)象，直接驗(yàn)證了溶洞水平方向極為發(fā)育的特征。由于該溶洞特點(diǎn)，每穿過一層溶洞需反復(fù)回填片石及黏土十幾次甚至幾十次，首樁歷時(shí)2個(gè)多月成孔，施工周期長，投入人力、物力及機(jī)械等資源較多成本大，現(xiàn)場常備大量黏土、片石等材料，同時(shí)備用較大泥漿池，不利于現(xiàn)場安全文明施工?；炷凉嘧⑦^程中為防止斷樁需加大導(dǎo)管埋深及控制混凝土灌注速率不能太快，既要防止混凝土側(cè)壓力擠破護(hù)壁混凝土液面下降導(dǎo)致斷樁，又要避免因埋深過大導(dǎo)管無法正常拔出，混凝土中導(dǎo)管的深入長度控制困難[2，3]。

采用沖擊鉆施工方法，周期長，成孔及混凝土灌注安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)大。由于該墩位于簡支梁首架方向，施工工期異常緊張，采用沖擊鉆拋填黏土、片石已不能滿足工期要求，需對施工方法進(jìn)行優(yōu)化。采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法能有效解決溶洞因漏漿引起的塌孔、埋鉆及混凝土灌注中護(hù)壁被沖破導(dǎo)致斷樁等施工質(zhì)量事故，但同樣面臨施工工期長，不能滿足工期要求等因素。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)成果及多方討論、論證，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工能有效解決巖溶樁基技術(shù)層面及工期壓力等多方面問題。

3 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工

3.1 鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）由于不需要泥漿護(hù)壁，因此不存在泥漿制備、使用及使用后傾倒等污染環(huán)境情況，不需要回填片石、黏土，同時(shí)無沖擊鉆施工噪音大、振動(dòng)大等缺點(diǎn)，極大有利于文明、環(huán)保施工[4]。

（2）鉆機(jī)瞬間增強(qiáng)系統(tǒng)，使遇到障礙物，擊穿溶洞頂壁時(shí)可瞬間加大扭矩，可有效避免卡鉆、埋鉆等事故發(fā)生。垂直控制系統(tǒng)可有效控制鉆進(jìn)過程中套管垂直度，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并糾偏，提高了工效。

（3）成孔后清孔較簡單、易達(dá)標(biāo)，無采用泥漿護(hù)壁后孔內(nèi)沉渣厚度及泥漿比重難降低等問題?；炷凉嘧r(shí)，由于在套管內(nèi)進(jìn)行，解決了混凝土在溶洞部位擴(kuò)散流失的風(fēng)險(xiǎn)，杜絕了因此原因造成的斷樁事故，提高了成樁質(zhì)量。

（4）套管不同于普通鋼護(hù)筒，由于鉆進(jìn)深度大，要求護(hù)筒能夠承受較大扭矩，各節(jié)護(hù)筒間需緊密連接，刀頭及套管本身均為合金制成（圖2、圖3），但經(jīng)濟(jì)成本較大。

（5）由于機(jī)械自重及鉆進(jìn)過程中強(qiáng)大扭

矩產(chǎn)生的反力，對地基承載力具有較高的要求，較軟地面應(yīng)碾壓密實(shí)，并在鉆機(jī)安放部位鋪設(shè)鋼板，防止鉆孔過程中鉆機(jī)失穩(wěn)、主機(jī)移位。

3.2 施工過程

全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)安裝完畢經(jīng)檢查后，進(jìn)行底端帶合金刀頭的首節(jié)套管安放，套管安放垂直度經(jīng)測量復(fù)測后鉆機(jī)套管驅(qū)動(dòng)器為套管提供強(qiáng)大扭矩及下壓力，開始鉆進(jìn)。套管下壓鉆進(jìn)過程中為減小套管摩擦力及不必要的扭矩增大，需不斷從套管內(nèi)取土、取巖。通常采用機(jī)械抓斗，但除樁基上部10m外其余均為硬質(zhì)巖，機(jī)械抓斗施工效率較低，因此采用旋挖鉆機(jī)配合取土、取巖施工，施工機(jī)械化程度高、硬質(zhì)巖中鉆進(jìn)速度快、成孔速率明顯高于機(jī)械抓斗[5]。旋挖鉆機(jī)與全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)組合施工成樁，可提高整體進(jìn)度。

（1）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)楔形夾緊裝置緊固套管后驅(qū)動(dòng)器工作，首節(jié)套管單向轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)下壓。綜合考慮作業(yè)面情況及樁基底部巖石硬度，采用360旋挖鉆機(jī)，旋挖鉆機(jī)取土與套管旋轉(zhuǎn)下壓同時(shí)進(jìn)行，不需要反復(fù)移動(dòng)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，有足夠工作面供旋挖鉆機(jī)取土（巖），極大提高了工作效率。

（2）為防止管涌等現(xiàn)象發(fā)生，需要始終保持套管底超前于開挖面，逐樁補(bǔ)勘揭示溶洞高0.2～6.1m，根據(jù)補(bǔ)勘地質(zhì)柱狀圖，不斷調(diào)整套管超前深度。上部粉質(zhì)黏土層、砂層，始終保持套管刀頭超前于取土（巖）面的不小于2.5m。下部溶洞段，始終保持套管底超前于溶洞底部下2.5m[6]。同時(shí)為有效保證施工功效及經(jīng)濟(jì)性，減小套管底部合金刀頭的磨損，可在下部無溶洞大理巖及斜長角閃巖段先采用旋挖鉆機(jī)施工，再下壓套管。套管鉆進(jìn)，旋挖取土（巖）不斷循環(huán)，直至完成施工作業(yè)。

（3）套管連接均采用套管兩端高強(qiáng)螺栓及卡槽，可有效保證套管荷載傳遞，為方便套管連接，每節(jié)套管下壓入土、入巖后，機(jī)械頂面要預(yù)留0.5～1.0m，套管連接后繼續(xù)取土、下壓套管，如此反復(fù)循環(huán)直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

（4）套管的垂直度控制是一項(xiàng)重要工作，設(shè)備自身具備調(diào)平檢測儀器，同時(shí)采用雙向懸掛吊繩隨時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾偏調(diào)整，如符合要求則安裝下一節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，如此循環(huán)[7]。

（5）鉆孔時(shí)確保動(dòng)力站散熱正常，時(shí)刻記錄鉆進(jìn)過程中不同地層中液壓表扭矩?cái)?shù)據(jù)，有變化時(shí)須時(shí)刻上下拉提搖松套管降低摩擦力，以防套管及鉆頭損耗。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 套管垂直度控制

樁基成孔垂直度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，為控制好鉆進(jìn)過程中樁的垂直度，必須控制好以下幾個(gè)方面的工作。

（1）套管檢查

套管順直是成孔垂直度良好的前提，因此套管安放下壓前應(yīng)進(jìn)行順直度檢查及校正。在單套管順直度檢查基礎(chǔ)上把將要使用的套管在平地上連接起來，合格后進(jìn)行編號，嚴(yán)格按照編號順序依次下壓套管，可從根本上有效控制樁基垂直度。

（2）過程監(jiān)測

首先要進(jìn)行樁位準(zhǔn)確放樣，同時(shí)保證鉆機(jī)中心同樁中心重合，鉆進(jìn)過程中由于具有較強(qiáng)的的反力，要確保鉆機(jī)底部地基承載力滿足并有防止鉆機(jī)移位的措施，對其孔口定位誤差嚴(yán)格控制。套管鉆進(jìn)及下壓過程中，利用鉆機(jī)液壓垂直裝置，隨時(shí)糾正套管的角度，同時(shí)利用方向相互垂直的線錘人工復(fù)測。套管垂直度檢測應(yīng)貫穿整個(gè)施工過程，隨時(shí)檢查，糾偏，才能保證樁基垂直度。

4.2 套管糾偏

套管鉆進(jìn)成孔過程中若垂直度出現(xiàn)較大偏差，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行偏差糾正、調(diào)整，較小偏差主要是利用鉆機(jī)自身糾偏能力，即可達(dá)到糾偏的目的。如若偏差過大，鉆機(jī)不足以糾正，應(yīng)填埋后重新檢測套管垂直度，符合要求后重新鉆進(jìn)。

5 結(jié)束語

通過對濰萊高鐵大白村特大橋復(fù)雜巖溶區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究，對比幾種鉆孔灌注樁施工方法，找到該巖溶樁基適合的施工方法，有效解決了超長樁基溶洞段漏漿、塌孔、埋鉆等成孔困難問題，避免了灌注混凝土過程中容易出現(xiàn)的斷樁、混凝土離析等影響樁基質(zhì)量的事故發(fā)生。相比其他施工方法，雖經(jīng)濟(jì)成本投入相對較大，但是施工效率高，能有效克服工期緊張壓力，降低了施工及工期風(fēng)險(xiǎn)，對同類工程具有一定的借鑒作用。

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