朱汝振

摘要：深水、裸巖、溶洞地區(qū)樁基施工具有鮮明的特點，施工難度大，代表性強。文章結(jié)合左江大橋樁基施工案例，針對地質(zhì)水文條件復雜地區(qū)的鉆孔灌注樁無法采用常規(guī)的泥漿循環(huán)鉆進等施工工藝，提出了撈渣工藝鉆進施工方法，并對采用護筒跟進和下放多層內(nèi)護筒處理裸巖、溶洞、塌孔埋錘等突發(fā)狀況進行了探討，分析了這類特殊復雜地質(zhì)樁基施工常見事故出現(xiàn)的原因及處置方法，可為相關(guān)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：深水、裸巖、溶洞;撈渣工藝;樁基施工;內(nèi)護筒

0 引言

崇水西環(huán)線左江大橋樁基施工水深超過20m，裸巖容易導致護筒底口泥漿及灌孔過程中混凝土泄露，而多層溶洞、流沙、暗河、暗溝則給施工造成埋錘、卡錘、串孔等各種困難，但經(jīng)過不斷摸索，最終樁基施工全部順利完成。本文通過崇水西環(huán)項目左江大橋樁基施工來探討此類基礎(chǔ)施工的工藝和常見問題的處理方式方法。

1 工程概況及難點分析

1.1 工程簡介

崇左西左江大橋位于廣西崇左市寧明縣亭亮鄉(xiāng)，為崇左至水口高速公路的組成部分。大橋長度為389.04m，距離下游左江電站約1.25km，屬于左江水利樞紐庫區(qū)范圍。主橋為（77+145+77）m預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，下構(gòu)主墩為鋼筋混凝土實心墩，主墩4#墩和5#墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，兩個主墩基礎(chǔ)分別采用18根1.8m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主墩樁基共36根。

1.2 地質(zhì)水文條件

根據(jù)地勘資料，樁位處為全溶洞覆蓋，地質(zhì)復雜，橋位區(qū)屬剝蝕溶蝕準平原地貌，地層主要為第四系沖洪積層，為淤泥、粉質(zhì)黏土、卵石、中風化白云質(zhì)灰?guī)r、中風化碎裂狀白云質(zhì)灰?guī)r、中風化構(gòu)造角礫巖、微風化白云質(zhì)灰?guī)r、微風化碎裂狀白云質(zhì)灰?guī)r。

其中，4#墩河床標高為87.5m左右，覆蓋層為2～8m的卵石層，并伴隨著石筍石芽;5#墩河床為裸露的斜坡巖。為了保證后期鋼圍堰能順利下放到位，已經(jīng)將河床采用水下爆破炸平至封底混凝土標高87.0m左右。下游左江電站正常蓄水位為108.0m，死水位為106.3m。根據(jù)水庫調(diào)度運行方式，枯水期（11月初至次年4月末）水庫維持在正常蓄水位108.0m運行。汛期當水庫入庫流量接近3000m3/s時，樞紐所有10扇閘門全部打開，排泄洪峰流量，電站停止發(fā)電，壩前水位最低降至106.30m;入庫流量>3000m3/s時，所有閘門全開，按泄流曲線泄洪。近十年最大水流流速為2.09m/s，并從上游伴隨著漂流物，對棧橋和施工平臺有一定的沖擊力。

1.3 工程難點分析

（1）水深20m，棧橋平臺離水面6m，鋼護筒下放過程中懸空26m，鋼護筒垂直度難以控制，容易偏位。

（2）主橋樁基地質(zhì)100%溶洞發(fā)育，樁基施工需要打穿多層溶洞，溶洞內(nèi)有卵石等填充物，個別樁基還需穿透流沙層，容易造成埋錘。同時，還存在暗河、暗溝、造成串孔。

（3）4#墩有2～8m的卵石層覆蓋層，護筒無法跟進，經(jīng)常發(fā)生卵石層塌孔埋錘;5#墩樁基無覆蓋層為裸巖，鉆孔過程中鋼護筒底口容易漏漿，灌孔過程中護筒底口容易泄露混凝土，造成灌孔失敗。

2 施工工藝

2.1 護筒下放

護筒單根長7.5m，直徑為210cm，壁厚為14mm，通過逐節(jié)焊接加長進行護筒下放。

因水深20m，鉆孔平臺至河床26m，護筒下放容易偏位，護筒傾斜度1%，則偏位超過26cm，再加上焊接變形和累計誤差以及水流的沖擊影響，護筒偏位將會更大。而護筒外壁與承臺邊及圍堰內(nèi)壁的凈距僅為45cm，護筒下放定位精確度不夠則容易造成偏出承臺外，導致鋼圍堰將無法下放。

護筒下放過程中在水面上和鉆孔平臺之間架設(shè)5.5m高的導向架作為定位工具，為避免誤差，保證鋼護筒能下放又不影響下放精度，導向架空間預留4cm空隙，凈距為214cm。同時，在下放過程中采用全站儀全程監(jiān)控垂直度。為了避免累計誤差和水流沖擊的影響，測量放樣定位護筒中心點時，在規(guī)范容許范圍內(nèi)往上游側(cè)和承臺內(nèi)側(cè)分別挪5cm。護筒下放到位后，用90kW振樁錘進行振動下沉至無法再下沉為止，再檢測垂直度。護筒的垂直度檢測方式若采用超聲波檢測儀檢測則非常精確，能確保萬無一失，但是不經(jīng)濟。經(jīng)過研究，最終采用沖擊鉆直徑180cm錘頭定位，從護筒中心點垂直緩慢下放的方式。若錘頭不碰觸護筒壁，則護筒偏位在容許范圍內(nèi);若偏位過大，則會造成卡錘，需要返工重新處理。通過以上方法控制護筒下放精度，兩個主墩護筒下放均滿足要求。

2.2 鉆孔施工工藝探索

鉆孔施工過程中，因無相關(guān)經(jīng)驗可以參考，首先采用常規(guī)的泥漿循環(huán)出渣的工藝，失敗后將護筒孔內(nèi)泥漿水頭高度降至與江面水平面一致，采用正循環(huán)出渣的方式但依然不行，最后采用護筒跟進和在護筒底口處引孔2m，再澆筑混凝土，待達到一定強度后，重新沖孔造漿以泥漿循環(huán)的方式進行鉆孔施工，卻依然未取得成功。最終經(jīng)過摸索采用撈渣工藝施工取得成功。

2.2.1 常規(guī)的泥漿循環(huán)施工工藝

常規(guī)的泥漿循環(huán)工藝跟陸地樁基施工類似，采用紅土根據(jù)一定的配合比造漿后，將孔內(nèi)泥漿水頭高度引至鉆孔平臺，并利用旁邊鋼護筒作為泥漿循環(huán)池和沉淀池正循環(huán)出渣，泥漿又從循環(huán)池流回孔內(nèi)，補充泥漿循環(huán)出渣。

當鉆孔至護筒底口位置時，因護筒內(nèi)泥漿比重大，水頭壓力大，且護筒底口為裸巖或卵石層，沒有較深的淤泥粉質(zhì)黏土覆蓋，導致護筒內(nèi)泥漿從護筒底口突然泄露，泥漿水頭高度降至比江水面標高低4m才達到平衡，無法通過泥漿循環(huán)鉆進施工。

2.2.2 降低護筒內(nèi)水頭高度泥漿循環(huán)施工工藝

常規(guī)的泥漿循環(huán)正循環(huán)出渣鉆孔工藝失敗后，分析原因是因為護筒內(nèi)泥漿水頭高，壓力大于江水壓力導致護筒底口泄露，遂將護筒內(nèi)泥漿由鉆孔平臺高度下降6m至和江水面平齊，減小護筒底口壓力，泥漿循環(huán)利用泥漿泵從孔內(nèi)抽至隔壁護筒循環(huán)池，泥漿又從循環(huán)池流回孔內(nèi)，補充泥漿達到循環(huán)出渣的目的。

當鉆孔至護筒底口時，同樣出現(xiàn)泥漿突然泄露的狀況，泥漿水頭高度降至比江水面標高低4m才達到平衡，主要原因是泥漿比重比水要大，孔內(nèi)壓力仍然大于孔外，且采用泥漿泵抽泥漿出渣的方式工效非常低，不方便操作。

2.2.3 護筒跟進和護筒底口封堵泥漿循環(huán)施工工藝

通過護筒底口的封堵，讓其能承受孔內(nèi)壓力不泄露，再采用泥漿正循環(huán)出渣。護筒底口的封堵方式為用直徑205cm的錘頭鉆孔至護筒底口以下2m，再進行護筒跟進，因護筒垂直度精度不高和底口裸巖或卵石，一般跟進效果不是很好。跟進完成后，再沖孔至護筒底口2m處，拋入紅土和袋裝水泥4m高，用錘頭搗碎，或直接澆筑C30混凝土4m高，24～48h后，再進行沖孔，但依然有護筒底口泄露現(xiàn)象，無法封堵嚴實。

2.2.4 撈渣施工工藝

通過多種方案的嘗試，最終摸索出撈渣施工工藝，成功高效完成樁基施工。

2.3 撈渣施工工藝

2.3.1 撈渣施工工藝簡介

撈渣施工是不通過泥漿循環(huán)出渣，而是通過紅土造漿后，沖孔1m左右，使鉆渣懸浮于孔內(nèi)，再利用吊車起吊撈渣桶直到孔內(nèi)撈出鉆渣的一種工藝。此工藝高效快捷，簡單實用，成功解決了護筒底口泥漿泄露的問題。

2.3.2 撈渣施工工藝流程

護筒下放→鉆機就位并校準對中→孔內(nèi)造漿→直徑205cm的錘頭沖孔2m并撈渣→護筒跟進→澆筑4m高C30混凝土→等強→鉆進1m→撈渣→加紅土造漿→鉆進撈渣至終孔→下放鋼筋籠→下放導管→灌注混凝土。

2.3.3 撈渣桶的設(shè)計

撈渣桶采用直徑82cm，高15m的鋼護筒加工而成，底口鋼板采用合頁型設(shè)計。放入孔內(nèi)時，底口鋼板打開，沉入孔底，往上提時，合頁封閉，裝滿鉆渣提出泥漿面時，桶內(nèi)泥漿流出，剩余鉆渣留在桶內(nèi)，將鉆渣倒出孔外指定位置后，再反復進行撈渣，撈干凈后繼續(xù)沖孔施工。

2.3.4 撈渣工藝工效

橋位處均為凝灰?guī)r，強度為50MPa左右，鉆孔1m需要10h左右，鉆孔1m后必須將懸浮的鉆渣撈出，否則每次錘頭沖擊的都是鉆渣，直至將鉆渣沖碎而不能進尺。撈渣1m的時間為1h左右，24h鉆孔施工，白天晚上均需撈一次，每天進尺能保證2m左右，工效和常規(guī)的泥漿循環(huán)出渣相差無幾。

2.3.5 清孔

撈渣工藝清孔是一大難題，若處理不好，清孔不干凈，孔底沉渣過厚，容易造成質(zhì)量事故。因撈渣清孔過程中，懸浮的鉆渣不斷地落入孔底，造成不斷清孔但清不干凈的情況。隨著撈渣的時間過長，孔內(nèi)泥漿稠度不斷稀釋，鉆渣不易懸浮，若加紅土造漿容易加入更多的沉渣，有時清孔長達10h依然不能清干凈。

經(jīng)研究摸索，最終采用二次撈渣清孔工藝成功解決此類問題。初次撈渣清孔后，依然在孔內(nèi)有部分懸浮的鉆渣未完全沉入孔底，此時在孔內(nèi)丟入若干包袋裝水泥，用錘頭搗碎后靜置，數(shù)小時后鉆渣完全沉入孔底并懸浮，再進行二次撈渣清孔，即可清理干凈。

2.3.6 混凝土灌注

清孔干凈后迅速下放鋼筋籠和導管，檢驗合格后迅速灌注混凝土?；炷凉嘧⑹┕すに嚭统Ｒ?guī)的施工工藝基本類似，但護筒底口若因石筍石芽未封閉嚴實，容易造成混凝土泄露而灌注不成功。為了確?；炷凉嘧⒊晒?，護筒必須盡量跟進，再用直徑205cm的錘頭沖孔2m后，灌注4m高C30混凝土，待強度達到一定程度后再進行鉆進，盡可能地對護筒底口進行封堵，防止灌孔失敗。

2.3.7 撈渣工藝注意事項

（1）撈渣工藝不需要泥漿循環(huán)，也不要求孔內(nèi)的水頭高度，往往造成為圖方便不造漿而采用清水撈渣。清水撈渣對于地質(zhì)良好的地區(qū)可以采用，而本橋位處全溶洞覆蓋區(qū)域，溶隙裂隙發(fā)育，每次撈完渣后，必須加紅土和片石對已發(fā)現(xiàn)的溶洞進行封堵。而沒有發(fā)現(xiàn)溶洞的位置，同樣需要造漿鉆進，因為溶隙裂隙未封堵嚴實，混凝土灌注后，地下水將順著溶隙裂隙沖刷樁身，造成質(zhì)量事故。

（2）在清孔過程中，如撈渣發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水位不下降，說明護筒底口在河床處與外界是相通的，灌孔過程中存在混凝土泄露灌不起來的風險，需要再次對護筒底口進行封堵處理。

3 常見事故及處理

3.1 卵石層、溶洞填充物、流沙埋錘、卡錘

（1）原因分析：4#墩河床為2～8m的卵石層，且卵石層下面的河床存在大量的石芽和石筍，4#墩樁基施工過程中，因護筒無法跟進穿透卵石層，經(jīng)常出現(xiàn)卵石層塌孔的現(xiàn)象，而且一次塌孔能埋孔7～10m，造成埋錘，而且撈錘非常困難，嚴重影響工期。

部分樁基需要穿透多層溶洞和流沙層，溶洞內(nèi)填充物多為卵石和凝灰?guī)r，經(jīng)常突然塌入孔底埋錘或卡錘。

（2）處理方式：一般埋錘埋深較大，常規(guī)的處理方式難以將錘頭撈出。經(jīng)過反復試驗，最終通過18m3空壓機連通導管底口插入孔底，采用氣舉反循環(huán)抽渣工藝撈錘，取得成功。右4aG4樁，2018-04-04塌孔埋錘，嘗試多種方式撈錘未果，最終采用氣舉反循環(huán)撈錘方式于2018-04-29撈出，歷時25d。

卡錘一般是在溶洞處，因孔位不垂直或落錘沖擊時錘頭偏進溶洞，導致卡住拉不起來。處理的方式是兩臺鉆機同步去提，同時用炸藥或雷管進行水下爆破讓錘頭松動并提出。左4aG1樁2018-04-13凌晨4：00卡錘，采用土炸藥處理無效后，采用兩臺鉆機提錘，并用雷管爆炸數(shù)次后，17：00終于提出。此方法的缺陷是因炸藥爆炸的震動容易導致其他孔坍塌。

3.2 暗流、暗河導致串孔

（1）原因分析：樁位區(qū)域全溶洞覆蓋，底下暗流、暗河遍布，部分樁基在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)兩個孔內(nèi)水位同時升降變化。部分樁基在灌孔過程中發(fā)現(xiàn)混凝土面始終不上升，最后發(fā)現(xiàn)混凝土串入其他孔內(nèi)。

（2）處理方式：在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)串孔的樁基時，需保持兩根樁基進度同步，分別下放導管同時灌注，同時開盤澆筑首盤混凝土，灌注速度也必須同步，避免串孔的孔道內(nèi)泥塊被擠入到另外一個樁基混凝土內(nèi)。在灌孔過程中發(fā)現(xiàn)灌注不起來，混凝土串至其他孔內(nèi)的情況，唯一的辦法只有迅速將相鄰已串的孔位回填，確保正在灌注的樁基能成功。

3.3 灌孔過程中混凝土突然坍塌下沉

（1）原因分析：部分溶洞在鉆孔過程中采用紅土加片石封堵，但混凝土容重比泥漿大很多，在樁基灌孔過程中，隨著混凝土灌注的高度增加而對孔內(nèi)四周壓力增大，最終導致溶洞被壓穿，混凝土突然泄露導致孔內(nèi)混凝土面急劇下降。

（2）處理方式：在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)溶洞后詳細做好記錄并認真封堵到位，灌孔過程中導管埋深盡量控制在8～10m，對混凝土性能進行優(yōu)化，確保埋管足夠深且能灌注下去。灌注完成后超灌高度盡量留高。左4aG2樁基2018-07-13晚灌注接近尾聲時，突然混凝土將溶洞壓穿，混凝土泄露嚴重，用測繩測得混凝土面下降10m左右，而且還在不斷下降，所幸導管埋深13m，未脫空，否則將斷樁，在抓緊跟料灌注后，最終在天亮時將孔灌注完成。

3.4 護筒底口混凝土泄露

（1）原因分析：護筒底口落在石筍石芽上，底口空隙較大，鉆孔過程中護筒無法跟進穿透，護筒底口未封堵嚴實，灌孔過程中混凝土從護筒底口泄露而導致樁基灌注失敗。

（2）處理方式：護筒底口在鉆孔過程中進行封堵嚴實，提前預防。在撈渣清孔過程中可查看孔內(nèi)水位是否下降來檢驗護筒底口是否泄露。

3.5 內(nèi)護筒的成功應(yīng)用

采用下放內(nèi)護筒的工藝，可以成功解決以上所有困難。對于護筒底口卵石層塌孔、溶洞填充物塌孔、流沙、暗河、暗溝、護筒底口封堵不嚴實等問題，均可以采用直徑190cm錘頭沖孔到位后，下放壁厚為6mm，直徑為190cm的內(nèi)護筒，長度根據(jù)需要封堵的高度而定。內(nèi)護筒頂口焊接吊筋用履帶吊緩慢下放到位，將吊筋焊接在外護筒上固定，利用內(nèi)護筒堵住護筒底口的卵石層、溶洞、暗河等，防止再塌孔，然后用180cm錘頭繼續(xù)沖孔。部分樁基同時遇到護筒底口卵石塌孔、多層溶洞或串孔問題，則需要下放多層內(nèi)護筒進行封堵。

4 結(jié)語

針對崇水西環(huán)項目左江大橋樁基的特點，摸索出的撈渣施工工藝經(jīng)濟適用，工效高，簡單易操作，能成功地解決深水、裸巖、溶洞地區(qū)等復雜地質(zhì)水文條件的樁基施工問題。同時，樁基施工中常見的問題和處理方法，尤其是內(nèi)護筒的應(yīng)用，為后續(xù)類似橋梁施工提供了思路和相關(guān)經(jīng)驗，具有一定借鑒和指導價值。

參考文獻：

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