劉海奇 郭茂斌 王禮勇

摘要 深孔樁成孔施工在遇到超厚砂土層及漂石層、層下深孔巖溶發(fā)育的條件下極易發(fā)生漏漿、卡鉆、掉鉆、塌孔、地面塌陷等現(xiàn)象。巖溶地質(zhì)環(huán)境下進行樁基施工很容易出現(xiàn)塌孔等事故，施工難度比較大，不利于施工安全，增加施工難度。文章主要對超厚砂土層及漂石頭層巖溶發(fā)育深孔樁全護筒一次性跟進施工技術進行研究。結(jié)合實例項目針對施工工藝原理、流程及操作要點進行分析，提出相關質(zhì)量保證措施。

關鍵詞 超厚砂土層及漂石層;巖溶發(fā)育;全護筒一次性跟進;沖擊成孔

中圖分類號 U445.551文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）08-0121-03

0 引言

目前，深孔樁成孔施工在遇到超厚砂土覆蓋層、覆蓋層下巖溶發(fā)育等復雜地質(zhì)地層條件下極易發(fā)生漏漿、卡鉆、掉鉆、塌孔、地面塌陷等現(xiàn)象。針對超厚砂土覆蓋層、覆蓋層下巖溶發(fā)育的深孔樁施工，要解決超厚覆蓋層鉆進施工時孔壁坍塌、超厚覆蓋層下巖溶發(fā)育區(qū)鉆進施工反復漏漿，出現(xiàn)超厚覆蓋層孔壁反復坍塌問題。需要預防即將進入巖溶發(fā)育區(qū)溶洞突然坍塌導致其上超厚覆蓋層大面積塌陷風險。

使用泥漿護壁沖擊鉆成孔時，無法解決超厚覆蓋層下巖溶發(fā)育區(qū)鉆進施工反復漏漿，導致超厚覆蓋層孔壁反復坍塌問題。全護筒跟進沖擊鉆成孔時需要鋼護筒安裝與沖孔相互交替施工，施工進度較慢，設備占用時間長，沖孔過程中對鋼護筒反復擾動，無法保證樁身垂直度，特別是較深位置出現(xiàn)偏差時無法將鋼護筒提出，影響樁基成孔施工質(zhì)量[1]。兩種方法施工樁基成孔及澆筑質(zhì)量難以保證，增加樁基施工周期，影響項目總體工期。

為了避免復雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔過程中的超厚覆蓋層坍塌，提高樁基成孔速度、成孔質(zhì)量，預防巖溶發(fā)育區(qū)突然溶洞坍塌導致其上超厚覆蓋層大面積塌陷風險，保障施工安全，在規(guī)定工期下保質(zhì)保量安全完成樁基施工，貴州橋梁建設集團有限責任公司依托貴金高速公路第十一標小沖大橋剛構(gòu)橋10號主墩深孔樁在超厚覆蓋層（厚度達到68 m）、覆蓋層下巖溶發(fā)育的復雜地質(zhì)地層條件下深孔樁施工，研發(fā)并成功實施了《山區(qū)復雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔綜合處理施工工法》。利用泥漿護壁沖鉆成孔法施工超厚覆蓋層。在距離巖溶發(fā)育區(qū)2 m左右，一次性下放大節(jié)段鋼護筒，采用振動錘下沉護筒至覆蓋層底繼續(xù)鉆進。對巖溶發(fā)育區(qū)采用“粘土+片石”回填處理溶洞，繼續(xù)鉆進，直至完成深孔樁鉆孔施工。

1 工程概況

小沖大橋剛構(gòu)橋是貴金高速公路第十一標控制性工程，10#主墩樁孔深（最長達75 m）、樁徑大（直徑D=2.4 m），地質(zhì)地層條件復雜，砂土層及漂石層厚（厚度達68 m）;0～13 m為粘土，13～23 m為漂石土，23～68 m為砂土，68～76 m為白云質(zhì)灰?guī)r（巖溶極為發(fā)育）、深孔巖溶發(fā)育，沖擊成孔過程中，巖溶發(fā)育區(qū)沖孔過程中頻繁漏漿，導致超厚砂土層及漂石層塌孔、卡鉆、掉鉆，經(jīng)多次回填并采用高稠度泥漿護壁仍然無法一次性解決漏漿問題，存在繼續(xù)沖孔漏漿和塌孔風險。經(jīng)過多方討論，結(jié)合項目工期要求，最終決定對超厚砂土層及漂石層采用全護筒一次性跟進護壁施工技術，解決了深孔樁施工面臨砂土層及漂石層超厚、砂土層及漂石層下巖溶發(fā)育的復雜地質(zhì)難題。

2 主要設備和機具

全護筒護壁在復雜地質(zhì)地層條件下深孔樁成孔過程中，主要需要以下設備和器具：沖擊鉆機、徐工C150履帶吊、澆注用罐車、電焊機、切割機，護筒（鋼管外徑2 550 mm、壁厚16 mm），以及一些輔助工具等。

3 工藝原理

3.1 高濃度泥漿護壁沖擊鉆孔施工工藝原理

用沖擊式裝置或卷揚機提升實心鉆錐，上下往復沖擊，將土石劈裂、劈碎，部分被擠入孔壁之內(nèi)。由泥漿懸浮鉆渣，使鉆錐每次都能沖擊到孔底新土層。沖擊一定時間后，放入掏渣筒掏渣，提出孔外倒掉。該工藝采用的高濃度泥漿，一方面起懸浮鉆渣作用，另一方面對超厚砂土層及漂石層施工起護壁作用。

3.2 大節(jié)段鋼護筒精準定位對接一次性跟進施工工藝原理

采用大噸位履帶吊吊裝大節(jié)段鋼護筒，采用振動錘下沉鋼護筒并最終壓入巖溶發(fā)育區(qū)。大節(jié)段鋼護筒每節(jié)段9 m，最上節(jié)段根據(jù)砂土層及漂石層厚度及施工需要設置成相應長度，每節(jié)段距離上頂端口0.5 m位置外側(cè)設置耳板，上頂端口位置外側(cè)設置精準定位卡板、內(nèi)側(cè)設置5 cm寬環(huán)形加強鋼帶。該工藝采用的耳板能夠配合型鋼卡住下節(jié)鋼護筒，方便上下節(jié)鋼護筒焊接，精準定位卡板保證上下節(jié)鋼護筒精準定位，環(huán)形加強鋼帶對上下對接焊接點進行加強，保證振動錘將鋼護筒順利壓入巖溶區(qū)。

3.3 深孔溶洞回填“粘土+片石”處理施工工藝原理

“粘土+片石”按照一定比例投入到巖溶發(fā)育區(qū)段，對巖溶發(fā)育區(qū)進行回填，采用沖擊鉆沖孔時粘土和片石粘結(jié)并擠入孔壁內(nèi)，有效防止漏漿。

4 施工操作要點

（1）測量定位。由測量員對樁位測量定位，定出樁位中心后，插釬標識，精確控制樁中心位置。

（2）導向鋼護筒埋設。先對測放好的樁位開孔1.6～

1.8 m，平整開挖底面，利用吊車起吊2 m長、內(nèi)徑2.6 m（壁厚1 cm）導向鋼護筒就位，埋設鋼護筒，埋設過程中以水平尺測定護筒的垂直度，護筒埋設定位準確，垂直度<1%，護筒外側(cè)回填土夯實。護筒頂以下20 cm設一個30 cm×20 cm溢流槽。

（3）鎖口施工。表層采用20 cm混凝土硬化，徹底固定樁位。鎖口尺寸3.6 m×3.6 m，硬化厚度20 cm，對應溢流槽處預留不硬化，鎖口四角φ20鋼筋護樁。

（4）鉆機就位。平整鉆機工作場地，保持鉆機平穩(wěn)，鉆頭與樁位中心對齊，偏差小于2 cm。

（5）超厚砂土層及漂石層鉆孔。采用卷揚機式?jīng)_擊鉆機鉆孔，鉆頭直徑2.55 m（巖溶發(fā)育區(qū)及其上2 m采用2.4 m），沖樁前先加高濃度泥漿，泥漿比重1.5～1.7之間，沖樁過程中定時使用泥漿比重計檢測泥漿比重，滿足施工要求。開始應低錘密擊，錘高0.4～0.6 m，及時泥漿護壁，適當加少量片石和粘土使孔壁擠壓密實，鉆孔孔深達護筒底以下3～4 m，方可加快鉆進速度，將鉆頭提高2～3.5 m正常沖擊。沖孔時應及時將孔內(nèi)殘渣排出，每沖擊1～2 m，應排渣一次，并定時補漿，直至巖溶發(fā)育區(qū)上2 m位置。每沖擊1～2 m檢查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC

（6）吊車就位。砂土層及漂石層護壁鋼護筒采用150 t履帶吊分節(jié)吊裝，履帶吊配備一臺300 t振動錘，吊車就位前清理并壓實吊車工作面，檢查吊車鋼絲繩性能滿足吊裝要求。

（7）鋼護筒加工。鋼護筒由專業(yè)廠家統(tǒng)一加工成每9 m一節(jié)，最上一節(jié)鋼護筒根據(jù)砂土層及漂石層厚度，進行切割，實際砂土層及漂石層厚度68 m，共需鋼護筒八節(jié)，最上一節(jié)6 m，鋼護筒經(jīng)運輸車運至施工現(xiàn)場進行吊裝，鋼護筒為外徑2 550 mm，壁厚16 mm鋼護筒，每米重2.0 t，9 m鋼護筒約18.0 t重，采用25 t汽車運輸滿足要求，鋼護筒加工時預先設置吊孔，方便吊裝，環(huán)形加強鋼帶一并加工。

（8）大節(jié)段鋼護筒吊裝焊接。按設計尺寸加工好耳板、精準定位卡板、環(huán)形加強鋼帶，做好準備。根據(jù)鋼護筒重量選擇相應噸位履帶吊，吊裝的鋼護筒最大重為138.1 t，且吊裝最大高度為10 m，采用150 t履帶吊滿足吊裝需要。履帶吊吊裝緩慢對準鎖口導向鋼護筒，振動錘輔助緩慢下放第一節(jié)鋼護筒，鋼護筒沒入鎖口共8 m后，通過吊繩吊住，將第一節(jié)上的耳板、精準定位卡板焊接在第一節(jié)上端口相應位置，第一節(jié)鋼護筒下放后通過耳板卡住，下放第二節(jié)鋼護筒，第二節(jié)鋼護筒受精準定位卡板牽引，與第一節(jié)鋼護筒精準對接，電工對鋼護筒外側(cè)對接部位焊接。焊接完成后，將定位卡板，耳板切割吊，振動錘輔助下放鋼護筒。依據(jù)以上步驟依次完成第三、四、五、六、七、八節(jié)吊裝焊接下放。

（9）振動錘壓入巖溶發(fā)育區(qū)。鋼護筒下放巖溶發(fā)育區(qū)上2 m，通過振動錘振動下沉鋼護筒至巖溶發(fā)育區(qū)，開始鉆進，至巖溶發(fā)育區(qū)。

（10）回填“粘土+片石”。巖溶發(fā)育區(qū)段施工鉆進發(fā)生漏漿立即回填“粘土+片石”反復沖孔至設計樁地標高。

（11）孔底物探、成孔檢測。鉆進至設計樁底進行孔底物探，滿足要求后，清孔，最終進行成孔檢測。

5 關鍵點控制及常見問題處理

5.1 樁位控制

樁位控制分兩步，分別是樁位坐標點控制和護筒埋設控制。樁位坐標點放樣偏移量誤差不超過2 cm，護筒埋設偏移量誤差即成樁偏移量誤差，應符合設計圖紙及規(guī)范要求的樁位偏移量。

（1）樁位坐標點。測量員按設計樁位坐標進行放線，確定樁位坐標點打入鋼釬作為標記。

（2）導向鋼護筒埋設控制。埋設前護筒內(nèi)徑，壁厚符合要求后方可使用，護筒內(nèi)徑偏差不大于10 mm，壁厚偏差小于2 mm。采用開挖埋置法，地面以下開挖1.6～

1.8 m，平整開挖底面，對開挖底面再次復核測量定出樁中心位置，以控制樁中心位置。護筒外側(cè)對稱分層回填土，防止回填過程中導向護筒發(fā)生偏位。護筒埋設完成后，測量員對護筒中心坐標進行定位，檢查護筒中心點與設計樁位坐標點的偏移量是否符合設計及規(guī)范要求。

5.2 垂直度控制

垂直度控制包括鎖口導向鋼護筒垂直度控制、鉆孔垂直度控制、大節(jié)段鋼護筒垂直度控制。埋設過程中以水平尺測定護筒的垂直度，控制導向鋼護筒垂直度;沖擊過程中加大檢測頻率，每沖擊1～2 m檢查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%[2];大節(jié)段鋼護筒進場前做好檢驗，確保鋼護筒各項指標合格，確保大節(jié)段鋼護筒垂直度。所有鋼護筒焊接均采用坡口焊對接，在鋼護筒上均勻設置四塊定位卡板，上下兩節(jié)鋼護筒有效對接，精確定位卡板與鋼護筒緊貼后焊在下節(jié)鋼護筒上，以實現(xiàn)上下節(jié)鋼護筒精準對接，防止錯位，進而控制樁孔垂直度。大節(jié)段鋼護筒振動錘輔助下沉過程，應低頻振動緩慢下沉。施工前，在四周設置四根護樁;鋼護筒安裝下放之前應先校準中心位置無誤。

5.3 護筒安裝困難問題

樁基鋼護筒安裝過程中，常規(guī)案例采用分階段安裝鋼護筒，導致鋼護筒安裝與沖孔施工出現(xiàn)多處交替干擾的現(xiàn)象，造成樁基成孔時間較長[3]。結(jié)合施工實例，采用的大節(jié)段鋼護筒一次性跟進技術可有效避免鋼護筒安裝與沖孔相互交替施工的情況，一次性將樁基沖孔至基巖高程，采用履帶吊及振動錘配合一次性下放至基巖位置，減少了對鋼護筒的擾動，同時采用直徑2.55 m沖擊鉆頭進行超厚砂土層及漂石層鉆孔施工，減少大節(jié)段鋼護筒與孔壁的摩擦力，解決了鋼護筒下放困難，提高樁基施工成孔時間，控制了施工成本。

5.4 施工監(jiān)控

施工期間應做好監(jiān)控工作，保證施工質(zhì)量安全，減少施工安全隱患。在樁基鎖口平臺上四個角點上設置沉降觀測點，同時利用周邊樁基鎖口觀測點進行區(qū)域同步監(jiān)控觀測。在實時監(jiān)控過程中，若發(fā)現(xiàn)實時監(jiān)控值與標準值出現(xiàn)超限，應立即停止樁基施工，對超限原因進行分析，并提出有效處理措施，消除原因后方可進行后續(xù)樁基施工。

6 質(zhì)量保證技術

（1）在制作、運輸時，每節(jié)鋼護筒上下口內(nèi)壁的徑向宜布置一組或多組單向臨時加勁撐架，且撐架本身應具有足夠的剛度。

（2）嚴格執(zhí)行材料、設備進場的復核驗收工作程序，確保進場材料、設備合格。

（3）嚴格執(zhí)行每一道工序開工前和結(jié)束后的檢查驗收制度，堅持執(zhí)行班組自檢→質(zhì)檢部門檢查合格→報請監(jiān)理工程師檢驗的工作程序，重要工序請監(jiān)理旁站監(jiān)督檢查。

（4）施工過程中，加強垂直度控制及監(jiān)控工作。

7 安全保證技術

7.1 施工準備階段

（1）按照特種設備相關要求，做好履帶吊設備資料收集、登記。

（2）在專業(yè)技術人員指導下安裝履帶吊，安裝過程中加強安全管控。

（3）做好各種施工設備檢查、維修、保養(yǎng);檢查鋼絲繩（包括沖樁機、履帶吊）性能滿足要求，方可用于吊裝。

（4）鎖口設置好防護，并設置相應的標志標牌，保障施工安全的同時規(guī)范現(xiàn)場施工。

（5）施工前對施工作業(yè)人員進行全員安全技術交底，做好危險源辨識，明確施工危險源，并制定針對性措施。

（6）做好作業(yè)人員登記，確保人員登記齊全，作業(yè)前做好班前教育和安全教育培訓。

7.2 施工階段

（1）焊接過程需要用到的氧氣乙炔切割設備，務必按照安全規(guī)范要求執(zhí)行安全動火條律，保證氧氣與乙炔的安全距離至少5 m，保證氧氣乙炔放置位置遠離火源、焊接人員。

（2）施工現(xiàn)場各種電線布設應滿足施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范要求。

（3）設備就位前，將場地清理干凈并壓實，保證設備順利就位，滿足施工要求。

（4）吊裝過程中應緩慢下放，耳板焊接時，履帶吊需吊住鋼護筒。

（5）吊裝鋼絲繩吊裝需保證鋼絲繩安設牢固。

（6）未施工時采用鐵網(wǎng)將孔口覆蓋，防止人員掉入孔內(nèi)。

7.3 施工后階段

（1）組織設備有序退場，施工材料堆放整齊。

（2）在專業(yè)技術人員指導下拆除履帶吊，拆除過程中做好安全管控，拆除退場做好退場登記。

（3）預退場作業(yè)人員做好登記，有序組織退場。

8 結(jié)束語

針對貴金十一標小沖大橋樁基施工過程中將超厚砂土層及漂石層、層下巖溶發(fā)育的深孔樁施工問題逐一分步解決，依托該項目具體施工過程總結(jié)得出以下結(jié)論：

采用鋼護筒一次性全跟進施工技術，能夠降低施工難度，減少施工安全風險，對深孔的施工成本起到控制作用。避免鉆孔時對樁孔護筒長時間反復擾動，控制樁孔垂直度，同時避免后續(xù)澆筑過程中超厚覆蓋層坍塌。能夠?qū)⑹┕碗s問題逐一解決，充分考慮安全因素，將地下不可控的安全風險因素轉(zhuǎn)為地面可控安全風險，在當下安全形勢嚴峻的背景下，具有良好的社會效益。

參考文獻

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收稿日期：2022-02-16

作者簡介：劉海奇（1981—），男，本科，高級工程師，從事高速公路施工工作。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC