陳鵬

(中鐵二十二局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400711)

1 溶洞發(fā)育區(qū)域指標(biāo)的界定

從基理上看，溶洞的產(chǎn)生是石灰?guī)r區(qū)域當(dāng)碳酸鈣即CaCO3遇到水溶的二氧化碳即CO2后變成碳酸氫鈣即Ca(HCO3)2，當(dāng)遇到強(qiáng)壓或強(qiáng)熱條件時(shí)碳酸氫鈣會(huì)釋放二氧化碳變成穩(wěn)定的碳酸鈣沉積下來(lái)，這就形成了溶洞。由于遇到的壓強(qiáng)或熱度情況各不相同，因此溶洞的程度也各不相同，在路橋施工中，對(duì)溶洞發(fā)育區(qū)域的界定指標(biāo)通常如表1 所示。

表1 溶洞發(fā)育區(qū)域等級(jí)界定指標(biāo)

2 工程概況

本文所選研究項(xiàng)目處于華南褶皺系粵中拗陷帶，地質(zhì)構(gòu)造痕跡不明顯。結(jié)合該區(qū)域相關(guān)地質(zhì)資料以及前期鉆孔揭露情況可分析得出，該區(qū)域內(nèi)地層巖性復(fù)雜，按其時(shí)代及成因進(jìn)行相應(yīng)分類(lèi)主要包含：第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)填土;第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)黏性土、砂土和細(xì)圓礫土、粗圓礫土;泥盆系帽子峰組(D3m)泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖;泥盆系天子嶺組(D3t)石灰?guī)r，其中大量石灰?guī)r巖溶現(xiàn)象強(qiáng)發(fā)育，溶洞密集多發(fā)，伴隨地下水情況復(fù)雜。

2.1 塌陷風(fēng)險(xiǎn)高

由于該工程巖溶樁施工處于溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域，其溶洞布局呈現(xiàn)串珠狀發(fā)育，溶洞內(nèi)部為半填充或無(wú)填充，且溶腔較大，層數(shù)多為3～8 層，最大高度為63.40m。具體各巖溶樁號(hào)及相關(guān)溶洞對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)情況如表2 所示。

表2 巖溶樁號(hào)及相關(guān)溶洞情況對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)

由表2 可看出，由于對(duì)應(yīng)的巖洞情況比較復(fù)雜，既密且大，因此在施工中出現(xiàn)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)較高，不可預(yù)見(jiàn)性大，具體塌陷風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別包括：場(chǎng)地失穩(wěn)、地表塌陷、樁孔垮塌、泥漿漏失等、樁側(cè)壁受壓破壞，混凝土向孔外擠壓留出，遇連通型溶洞，不能成樁的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 地下水情況復(fù)雜

該工程區(qū)域地表水情況相對(duì)正常，主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，排泄渠道為大氣蒸騰作用。但受溶洞強(qiáng)發(fā)育影響，其地下水情況相對(duì)復(fù)雜，主要包括第四系松散巖類(lèi)孔隙水、基巖裂隙水、覆蓋性碳酸巖類(lèi)裂隙溶洞水三類(lèi)。受這三種地下水復(fù)雜情況的影響，容易對(duì)施工造成的不良影響有三，分別為：其一，由于松散巖類(lèi)孔隙水會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，這對(duì)巖溶樁會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抗浮影響；其二，復(fù)雜的地下水情況會(huì)對(duì)施工區(qū)域的土體參數(shù)造成影響，對(duì)巖溶樁基會(huì)造成承載力影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)樁界面產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力或張力影響；其三，由表2 所示，該區(qū)域內(nèi)溶洞層數(shù)較多，這就為地下水提供了一個(gè)相對(duì)封閉且間隔的空間，即承壓水產(chǎn)生的先決條件，當(dāng)施工過(guò)程中巖溶樁體穿過(guò)這些承壓水層時(shí)，附近的地下水平衡狀態(tài)很可能被破壞，對(duì)巖溶樁的承載力及穩(wěn)定性造成一定程度的影響。

3 總體施工方案

施工采取地表加固+全回轉(zhuǎn)全護(hù)筒鉆孔方式：

第一步：在承臺(tái)外輪廓3 米處圍繞承臺(tái)插打一層緊密相接的Φ60 高壓旋噴樁作為止水帷幕，樁長(zhǎng)按打至灰?guī)r面控制。

第二步：帷幕內(nèi)地表0-15m 范圍內(nèi)采用袖閥管注漿工藝進(jìn)行地表注漿加固，袖閥管間距1.2m，梅花形布置，采用后退式分段注漿，順序采用先周邊后中間，隔排跳樁實(shí)施。

第三步：袖閥管注漿施工完成后，采用C20 砼施作鋼筋混凝土墊層。

第四步：采用雙拼I40a 槽鋼鋪設(shè)18m×18m 網(wǎng)格底梁，網(wǎng)格地梁上鋪設(shè)鋼板作為鉆機(jī)平臺(tái)。

第五步：進(jìn)行全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔施工。

3.1 地表加固

3.1.1 截水帷幕

截水帷幕采用高壓旋噴帷幕注漿預(yù)加固工藝，帷幕深度從地面至灰?guī)r層頂面，帷幕布置范圍為承臺(tái)輪廓外圍3m 處插打一層緊密相接的Φ60cm 旋噴樁作為截水帷幕。帷幕深度從地面至灰?guī)r層頂面，高壓旋噴樁通過(guò)套管進(jìn)行定位及導(dǎo)向，需嚴(yán)格控制孔的垂直度。

3.1.2 袖閥管注漿

因回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和配重的重量易使強(qiáng)度不夠的松軟地面下陷，造成套管傾斜,無(wú)法作業(yè)，根據(jù)地質(zhì)情況，承臺(tái)周邊范圍內(nèi)存在部分空洞，為確保鉆機(jī)施工安全，采取袖閥管注漿對(duì)地表進(jìn)行加固。

工藝原理：袖閥管注漿加固機(jī)理是通過(guò)鉆機(jī)成孔，插入袖閥管，封閉袖閥管外與孔壁間隙或澆注套殼料，灌漿按設(shè)計(jì)通過(guò)泵壓將水泥漿液注入巖土土體中充填或置換出原地層空隙中的空氣和自由水等，通過(guò)水泥漿與土體的化學(xué)反應(yīng)和擠壓作用，形成具有較高強(qiáng)度的水泥固結(jié)體和樹(shù)枝狀的水泥網(wǎng)脈體，從而達(dá)到提高強(qiáng)度、減少變形及減少漏水的目的(圖1)。

圖1 袖閥管施作流程

布孔形式：采用袖閥管注漿對(duì)底層進(jìn)行加固，鉆孔排間距均為1.2m×1.2m，孔徑110mm，梅花形布置，共布置孔位170 個(gè)，袖閥管直徑60mm，注漿深度0-15m，注漿方式采用后退式分段注漿，順序?yàn)橄戎苓吅笾虚g、隔排跳樁施工，施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)鉆孔進(jìn)行編號(hào)，布孔順序及序號(hào)如圖2 所示。

圖2 袖閥管布孔形式

鉆孔：注漿孔成孔采用常規(guī)地質(zhì)合金鉆頭或應(yīng)用金剛石鉆頭及沖錘成孔，鉆頭直徑110mm，鉆進(jìn)過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁，注漿加固原則上以封閉土、石界面，形成隔水帷幕，注漿深度根據(jù)地勘鉆孔情況揭露，注漿深度覆蓋細(xì)砂層以下5 米范圍粉質(zhì)粘土層，待達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后下入袖閥管，鉆孔采用跳樁施工，施工時(shí)保證孔位偏差小于50mm，孔垂直度偏差不超過(guò)1%。

澆筑套殼料：鉆孔至設(shè)計(jì)深度并采用清水洗孔后，向孔內(nèi)澆注套殼料，套殼料利用鉆機(jī)鉆桿進(jìn)行灌注，用來(lái)防止袖閥注漿管在注漿過(guò)程中變形、變位或損壞，并能保證水泥漿通過(guò)。

套殼料配制采用粘性土、水泥為主要材料配制，為了提高套殼料的脆性，可摻入細(xì)砂或粉煤灰等。配合比為(重量比)水泥:粘土:水=1:1.5:1.88,(以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)配為準(zhǔn))，用來(lái)防止袖閥注漿管在注漿過(guò)程中變形、變位或損壞，并能保證水泥漿通過(guò)。套殼強(qiáng)度必須兼?zhèn)溟_(kāi)環(huán)和防止串漿，套殼料通過(guò)導(dǎo)管從孔底連續(xù)注入，導(dǎo)管應(yīng)下至孔底10cm 處，用灌漿泵通過(guò)導(dǎo)管將套殼料送到孔底，使套殼料自下而上全部置換孔內(nèi)泥漿，當(dāng)孔口返出套殼料的密度與壓注前密度差不大于0.02g/cm3并確定灌滿(mǎn)后結(jié)束。

澆筑套殼料必須連續(xù)進(jìn)行，不得中間停頓，灌注時(shí)間力求最短，最長(zhǎng)不宜超過(guò)20 分鐘。

下袖閥管：

灌注套殼料后立即將底部封閉的袖閥管插至孔底，袖閥管內(nèi)徑60mm,由兩部分組成，注漿部位為帶射漿孔的花管，以上為無(wú)孔管，底部封閉，花管每隔33cm(即每米3 組)鉆一組(6-8 個(gè)孔)射漿孔，射漿孔呈梅花形布置，其外為長(zhǎng)5-8cm 的橡皮袖閥包裹，與孔底間距不大于20cm,下放時(shí)盡量使袖閥管垂直并位于孔中央。袖閥管上口露出地面約30cm，安設(shè)時(shí)向管中注滿(mǎn)清水，水的重力作用使袖閥管不會(huì)浮起，在袖閥管上部蓋上蓋，防止雜物進(jìn)入，影響注漿作業(yè)質(zhì)量。一般情況下，因有套殼的止?jié){作用不需封口，若確實(shí)需要，則在孔口地面以下0.5～1m 范圍采用速凝水泥砂漿封堵，防止注漿過(guò)程中冒漿。(圖3)

圖3 袖閥管結(jié)構(gòu)示意圖

開(kāi)環(huán)注漿：

待套殼強(qiáng)度達(dá)到0.3 MPa 后(一般為3 天)，開(kāi)始注漿，注漿遵循鉆孔先后順序進(jìn)行，先外圍后中間。

a.下入直徑50mm 止?jié){栓塞，連接注漿芯管，下至孔底灌漿深度；連接送漿管路、壓力表裝置準(zhǔn)備注漿。

b.塞緊栓塞，對(duì)管路通水試壓，壓力1-1.2Mpa；如出現(xiàn)壓力突降，則表示已開(kāi)環(huán)，開(kāi)環(huán)后持續(xù)5-10min 開(kāi)始灌注1：1水泥漿液。

c.袖閥管注漿采用42.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8：1～1:1，施工順序?yàn)橄冗M(jìn)行外圍后中間孔注漿,為防止串漿，采用跳孔注漿的方式進(jìn)行。注漿自下而上分段進(jìn)行，每次注漿段長(zhǎng)1m；達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)后，結(jié)束該段注漿，上提1m 注漿管，每完成3-4m 注漿長(zhǎng)度，要拆掉一節(jié)注漿芯管，直至注完該孔全部注漿段。單孔單延米注漿量：

表3 注漿參數(shù)表

圖4 袖閥管注漿擴(kuò)散圖

圖5 加固范圍剖面圖

結(jié)束注漿：

每次注漿結(jié)束后做好注漿過(guò)程中各項(xiàng)記錄：開(kāi)環(huán)位置、注漿時(shí)間、注漿壓力、水泥用量、水灰比、注漿過(guò)程出現(xiàn)的特殊情況等。具備一下條件可以結(jié)束注漿。

a. 注漿孔口壓力達(dá)到0.8-1.0MPa，注人率不大于5L/min，穩(wěn)壓灌注20min。

b.單段累計(jì)注漿量達(dá)到2000L，孔口壓力達(dá)到0.8MPa 設(shè)計(jì)壓力。

c.存在巖溶發(fā)育段次，注漿壓力達(dá)1MPa，注人10000L后可待凝1h 再?gòu)?fù)灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

d.最后灌段全孔累計(jì)注灰達(dá)1t/m，可結(jié)束該孔。

3.2 結(jié)合溶洞情況進(jìn)行樁長(zhǎng)設(shè)定

結(jié)合前文第2 部分的相關(guān)數(shù)據(jù)及分析內(nèi)容，充分考慮各巖溶樁號(hào)對(duì)應(yīng)的溶洞情況及相應(yīng)地下水情況，進(jìn)行樁長(zhǎng)設(shè)定情況如表4、圖6 所示。

圖6 巖溶樁孔對(duì)應(yīng)工程地質(zhì)展示圖

表4 巖溶樁號(hào)對(duì)應(yīng)樁長(zhǎng)設(shè)定

3.3 勞動(dòng)力及機(jī)械配備

施工所需勞動(dòng)力情況為：全回轉(zhuǎn)鉆操作工3 人、焊工8人、混凝土工5 人、雜工4 人、挖機(jī)司機(jī)1 人、吊車(chē)司機(jī)1 人，吊車(chē)指揮1 人；機(jī)械配置情況包含：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)1、液壓泵站1、挖土機(jī)1、履帶吊車(chē)1、電焊機(jī)8、泥漿泵4、水泵2、罐車(chē)4、灑水車(chē)2、泥漿運(yùn)輸車(chē)2、旋噴鉆機(jī)2、高壓注漿泵1。

4 全回轉(zhuǎn)施工工藝

4.1 布樁安排

項(xiàng)目施工前期，對(duì)前文表2 中溶洞強(qiáng)發(fā)育情況、溶腔情況、填充情況綜合考量后，根據(jù)其地質(zhì)特性充分考慮塌孔概率高的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)進(jìn)行鉆機(jī)施工位設(shè)置，其原則為先難后易(先進(jìn)行較深、溶腔較大、層數(shù)較多的樁號(hào)的施工)、先長(zhǎng)后短(先安排樁長(zhǎng)較長(zhǎng)的樁號(hào)進(jìn)行施工)。同時(shí)，為避免塌孔情況造成的巖溶樁身破壞，在實(shí)施間隔樁施工的前提下，還要保證施鉆前施工孔相鄰樁基混凝土強(qiáng)度大于80%，且成樁時(shí)間超過(guò)48 小時(shí)。工藝流程具體施工工藝流程圖如圖7 所示。

圖7 溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域巖溶樁施工工藝流程

4.2 施工準(zhǔn)備事宜

如圖7 所示工藝流程，施工準(zhǔn)備主要事宜如下：

場(chǎng)地平整：相關(guān)職能位置(便道、排水及樁基位等)的淤泥雜草清除，以填片石進(jìn)行平整化操作，保證施工機(jī)械操作的穩(wěn)定性。

核心物資籌措：為提高施工環(huán)節(jié)鉆機(jī)的工作效率，在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備損耗度較高的一次性套管(套管厚度30mm，底部加強(qiáng)管壁厚40mm，高度50cm)，鈦合金刀頭15-18 把(套管最低端鑲嵌的鋸齒狀刀頭)。

技術(shù)準(zhǔn)備：技術(shù)準(zhǔn)備工作的重點(diǎn)有二，其一，施工方案準(zhǔn)備，結(jié)合表2，表4，圖6，圖7 相關(guān)內(nèi)容，對(duì)每一個(gè)巖溶樁位進(jìn)行溶洞位置、溶腔、層數(shù)等情況的分析，并提出針對(duì)性的施工方案、沖孔方案及防塌孔預(yù)案。其中巖溶區(qū)域可采用沖擊成孔來(lái)降低不良地質(zhì)情況引起的地基承載力不足，降低由施工降水引起的對(duì)覆蓋性巖溶區(qū)域內(nèi)建筑物的不良影響。由于該工藝采用隔跳施工，所以要科學(xué)的進(jìn)行施工工序細(xì)化，防止串孔情況的發(fā)生；其二，技術(shù)交底，技術(shù)部門(mén)針對(duì)施工點(diǎn)圖進(jìn)行的交底工作，要細(xì)化圖6 的工程地質(zhì)展示圖，詳細(xì)的標(biāo)注溶洞埋深、各層溶洞頂/底板與護(hù)筒頂?shù)拈g距、護(hù)筒埋深、鉆孔孔序、注意事項(xiàng)等細(xì)節(jié)。

4.3 場(chǎng)地布置

場(chǎng)地布置要充分的考慮到施工區(qū)域溶洞強(qiáng)發(fā)育，因此在作業(yè)區(qū)域的鋼筋混凝土硬化，準(zhǔn)備相應(yīng)的配套機(jī)具、設(shè)備以及材料等。目前地表加固采用注漿等方式，為保證設(shè)備在施工期間的作業(yè)安全，荷載按最重的全回轉(zhuǎn)全護(hù)筒工藝設(shè)備布置考慮。注漿完成后施工場(chǎng)地采取“30cm 鋼筋混凝土墊層+雙40 槽鋼網(wǎng)格地梁+防滑鋼板+18cm 厚路基板”，該方式為全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)提供基礎(chǔ)平臺(tái)，確保施工安全。

本工程采用JAR320 鉆機(jī)，所需最小鉆孔平臺(tái)為10×16m，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總平面布置圖及設(shè)備運(yùn)行等條件，場(chǎng)地硬化層采用尺寸為20m×30m×0.3m 鋼筋混凝土墊層鉆孔平臺(tái)，混凝土墊層內(nèi)設(shè)置雙層雙向C16@150 鋼筋網(wǎng)片，并在樁基范圍提前預(yù)留?2.5m 孔洞。(圖8)

圖8 鉆機(jī)所需最小平臺(tái)示意圖

砼平臺(tái)上鋪設(shè)雙拼40b 槽鋼作為網(wǎng)格地梁，網(wǎng)格地梁采用焊接拼接，網(wǎng)格地梁最上層鋪設(shè)鋼板并與槽鋼焊接牢固，槽鋼接觸部位滿(mǎn)焊，且焊縫高度≥10mm，鋼板上焊接20 螺紋鋼作為防滑條提高鉆機(jī)與地基的摩擦力。布置原則主要考慮盡可能在水平調(diào)整油缸下方，同時(shí)避開(kāi)樁基位置，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。(圖9、10)

圖9 網(wǎng)格地梁示意圖

圖10 網(wǎng)格地梁現(xiàn)場(chǎng)圖

4.4 鉆機(jī)定位及成孔工藝

4.4.1 鉆機(jī)定位工藝

采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位工藝，首先要對(duì)鉆機(jī)的水平度與垂直度進(jìn)行調(diào)制，保證定位后的障礙樁與鋼套管中心一致，動(dòng)力站、操作室和鉆機(jī)三位一體相銜接。為防止在鉆進(jìn)工作中發(fā)生扭動(dòng)情況，要在鉆機(jī)上安裝反力架，并在遠(yuǎn)端以履帶吊車(chē)對(duì)反力架進(jìn)行固定。同時(shí)，固定用吊車(chē)還可同步進(jìn)行鋼套管安裝及場(chǎng)地清障等輔助工作，提高機(jī)械利用效率。具體全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位示意圖如圖11 所示。

圖11 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位示意圖

4.4.2 成孔工藝

JAR320 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)Φ2000mm鋼套管，底端鑲嵌鋸齒狀15～17 把鈦合金刀頭，旋轉(zhuǎn)、鉆進(jìn)、沉入，實(shí)現(xiàn)樁土分離，管內(nèi)沖抓斗取土，持續(xù)加壓下切至設(shè)計(jì)目標(biāo)深度，形成套管護(hù)壁成孔。工藝中注意事項(xiàng)有二，分別為：其一，保證套管與樁中心偏差值不大于50mm；其二，當(dāng)?shù)谝还?jié)套管壓入后(約3m),取土與后續(xù)下壓套管同步進(jìn)行，保持套管底口超過(guò)前開(kāi)挖面約3m 的距離，同時(shí)各節(jié)套管拼接時(shí)以30°倒角焊接為接管提供便利，并時(shí)時(shí)監(jiān)控套管的垂直度情況(如垂直度不達(dá)標(biāo)則立即糾偏)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔底部。

具體施工步驟：a.覆蓋層(土層)鉆進(jìn)，根據(jù)地質(zhì)揭示填筑土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、細(xì)圓礫土、部分地層施工時(shí)套管需超前鉆進(jìn)，當(dāng)護(hù)筒壓入至土體2.5m 以上位置時(shí)方可進(jìn)行沖抓斗跟進(jìn)取土，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行取土作業(yè)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)取土深度，不能超挖。如遇到孤石或薄巖層抓斗無(wú)法取土?xí)r，則采用十字沖錘擊碎再用抓斗取渣，作業(yè)時(shí)遇有不均勻地層或卵石層時(shí)，應(yīng)采用蠕動(dòng)式作業(yè)，要多回轉(zhuǎn)少壓入，緩慢穿過(guò)。b.溶洞層鉆進(jìn)時(shí)全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)繼續(xù)向下鉆機(jī)后，需要始終保持套管底超前于開(kāi)挖面，不斷調(diào)整套管超前深度。當(dāng)穿越溶洞頂巖層厚度較小或裂隙較發(fā)育時(shí)，直接采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)套管的同時(shí)下壓套管，利用底節(jié)套管刀具切削巖層實(shí)現(xiàn)套管跟進(jìn)，始終保持套管底一次跟進(jìn)超前于溶洞底部下2.5m。當(dāng)穿越大型溶洞過(guò)程中，應(yīng)在穿越之前提前連接套管，同時(shí)在鉆進(jìn)過(guò)程中上下雙抱箍交替使用，即便貫穿溶洞頂板也不存在掉管的風(fēng)險(xiǎn)。遇溶洞不能用沖抓斗直接沖擊硬巖，應(yīng)在溶洞頂板1m 處采用采用低轉(zhuǎn)速蠕動(dòng)式作業(yè)，多回轉(zhuǎn)少壓入利用刀頭緩慢穿過(guò)巖層進(jìn)入溶洞。c.巖層鉆進(jìn)當(dāng)溶洞與溶洞間巖層較完整或厚度較大，如穿越石灰?guī)r層中套管利用夾持壓力強(qiáng)行將套管壓入土層時(shí)，硬質(zhì)土和套管壁間的阻力較大，鉆進(jìn)緩慢且嚴(yán)重磨損套管，此時(shí)應(yīng)采取旋挖鉆進(jìn)行跟進(jìn)，旋挖鉆孔可超前下挖20～30cm，保證護(hù)筒順利跟進(jìn)，鉆渣采用旋挖鉆清除。

4.4.3 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)穿越溶洞安全性能驗(yàn)算

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工時(shí)利用鋼護(hù)筒扭矩進(jìn)行鉆進(jìn)，考慮最不利因素：以E#樁基為例，最大溶腔42m，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度跟進(jìn)至溶腔底板，護(hù)筒總長(zhǎng)為107m，通過(guò)鋼護(hù)筒自重與土體摩擦力和設(shè)備自身抱箍力進(jìn)行分析如下：

鋼護(hù)筒總重：107m×π×2m×235kg/m2=158t；

土層摩擦力：粉質(zhì)黏土22m，細(xì)圓礫土8m，過(guò)程穿越石灰?guī)r層較淺，按照通長(zhǎng)溶洞考慮。粉質(zhì)黏土摩阻力=22×1.86×3.14×35=4497KN；砂礫土摩阻力=1.86×3.14×75×8=3504KN(其中粉質(zhì)黏土摩阻力值取35KN/m2，砂礫土摩阻力 值 取 75KN/m2)， 土 體 對(duì) 鋼 護(hù) 筒 摩 阻 力=4497+3504=8001KN。

根據(jù)上述計(jì)算，向上的荷載包括土體摩阻力和設(shè)備的上下抱箍力，向下荷載為鋼護(hù)筒本身的自重，僅計(jì)算土體摩阻力已遠(yuǎn)大于鋼護(hù)筒最長(zhǎng)懸空自重，而抱箍力能滿(mǎn)足瞬間起拔力5160KN，故該設(shè)備在鉆進(jìn)過(guò)程中完全滿(mǎn)足安全使用條件，不存在鋼護(hù)筒下落風(fēng)險(xiǎn)。

4.4.4 鋼套管焊接工藝

在成孔工藝過(guò)程中，各節(jié)鋼套管的焊接十分重要，首先，要在銜接處外側(cè)預(yù)留30°坡口倒角，以滿(mǎn)焊焊接保證焊縫平順。并進(jìn)行焊接技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)，不允許存在夾渣、弧坑、裂紋、氣孔、焊瘤、咬邊等技術(shù)缺陷情況。

4.5 樁基灌注工藝

4.5.1 導(dǎo)管安裝工藝

混凝土澆筑用導(dǎo)管的長(zhǎng)度決定于孔深和工作臺(tái)高度，以螺絲扣型接頭在漏斗底距離鉆孔上口一節(jié)處(距孔底30～50cm 處)設(shè)置，保證導(dǎo)管內(nèi)的氣體、水及球型堵塞物可排出，并安裝防松裝置。

4.5.2 封底工藝

封底采用混凝土雙次灌注工藝進(jìn)行，為提高工作效率提前準(zhǔn)備大、小兩個(gè)料斗。第一次灌注采用大料斗按所需混凝土量進(jìn)行，第二次改用定量小料斗進(jìn)行。在第一次灌注時(shí)，需求量的計(jì)算公式如式(1)所示：

式中：V 為首批混凝土所需數(shù)量，單位：m3；

h1為井孔混凝土面達(dá)到Hc 時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱體平衡導(dǎo)管外泥漿壓力所需的高度，單位：m；

Hc為灌注首批混凝土?xí)r，井孔內(nèi)混凝土面至孔底的高度，單位：m；

r 為導(dǎo)管半徑；

D 為樁孔直徑。

以表2 中F#巖溶樁為例，F(xiàn)#巖溶樁樁長(zhǎng)為120m，樁徑為1.8m，如表4，圖6，其中h1≥Hwρw/ρc；HC=h2+h3；HW為井孔內(nèi)混凝土面以上水或泥漿的深度；d 取值0.3m；ρw、ρc分別為泥漿、混凝土的容重取ρw=1.1KN/m3，ρc=2.5KN/m3；h2導(dǎo)管初次埋置深度(h2≥1.0m)；h3導(dǎo)管底端至鉆孔底間隙，約0.4m。將以上數(shù)據(jù)代入式(1)，則有：

V ≥(πd2h1+πD2Hc)/4= (3.14*0.32*50+3.14*1.82*1.4)/4=7.1

4.5.3 樁基檢測(cè)

施工完畢后按照《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(TB10218-2019)要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。

5 結(jié)論

5.1 溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域巖溶樁施工的特殊性

在文中相關(guān)工藝的研究反復(fù)強(qiáng)調(diào)了各節(jié)鋼套管的焊接問(wèn)題，是因?yàn)樵谌芏磸?qiáng)發(fā)育區(qū)域內(nèi)，基巖起伏變化復(fù)雜，當(dāng)巖溶樁孔在穿越溶洞(尤其是溶腔較大無(wú)填充溶洞)時(shí)，極易出現(xiàn)垂直度超標(biāo)、孔道偏斜等情況，甚至折樁事故也時(shí)有發(fā)生，因此在成孔過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)鋼套管垂直度不達(dá)標(biāo)，要立即進(jìn)行停鉆校正，避免更嚴(yán)重的情況發(fā)生。同時(shí)，在溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域內(nèi)，除可探測(cè)到的溶洞外，還經(jīng)常伴隨著一些裂隙發(fā)育，這會(huì)導(dǎo)致灌注時(shí)漏漿情況的發(fā)生，因此在溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域進(jìn)行巖溶樁施工時(shí)所選用的泥漿要比普通區(qū)域所選用的泥漿比重更大(1.3～1.4)、膠體率更高(大于95%)。

5.2 超長(zhǎng)樁基施工工藝要點(diǎn)

從文章3.1 節(jié)的論述可見(jiàn)，該工程巖溶樁長(zhǎng)均超過(guò)100m，屬于超長(zhǎng)樁基，因此在許多環(huán)節(jié)進(jìn)行了針對(duì)性強(qiáng)化，如：在施工準(zhǔn)備階段，對(duì)地質(zhì)情況的反復(fù)勘察及技術(shù)交底，是因?yàn)樵谌芏磸?qiáng)發(fā)育區(qū)域內(nèi)，橋梁樁基對(duì)周?chē)牡刭|(zhì)情況會(huì)造成或多或少的影響，如建筑物沉降、地表下陷、道路開(kāi)裂等，這些都有可能造成超長(zhǎng)樁基的不穩(wěn)定，因此，除了嚴(yán)格遵循相關(guān)施工工藝外，還要廣布觀測(cè)點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)原則落實(shí)在施工期及驗(yàn)收期；在場(chǎng)地布置階段，對(duì)場(chǎng)地硬化的處理，保證了鉆機(jī)作業(yè)期間的穩(wěn)定性，為孔樁的垂直度達(dá)標(biāo)提供了先決條件。

總而言之，在溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域進(jìn)行巖溶樁施工的不可預(yù)見(jiàn)因素很多，孔內(nèi)事故率即多且雜，這就對(duì)施工勘察、施工方案設(shè)計(jì)、技術(shù)交底、人力機(jī)械籌備、施工實(shí)務(wù)、工程監(jiān)理直到終孔驗(yàn)收的全過(guò)程都提出了更高的要求，一定要結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況，細(xì)化施工工藝細(xì)節(jié)，做好事故預(yù)案，才能有效的降低溶洞強(qiáng)發(fā)育區(qū)域的施工風(fēng)險(xiǎn)。