黃 杰

（重慶巨能建設(shè)集團(tuán)路橋工程有限公司，重慶）

前言

巖溶地貌在我國很多地區(qū)都有分布，而不少工程項目尤其是公路、橋梁項目都會建設(shè)在巖溶地區(qū)。考慮巖溶地質(zhì)本身的復(fù)雜性，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工難度較大，而且經(jīng)常會遇到一些異常情況，如溶洞、卡鉆、斷樁以及地面塌陷等，影響工程的施工和施工安全。對此，施工單位需要做好地質(zhì)勘察，確定好最佳的施工技術(shù)方案，加強(qiáng)對于異常情況的防范和處理，以此來保障工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

1 工程概況

汾水河大橋組合梁上跨汾水河，平面處于R1240m+直線+R2500 曲線上，為了能夠更好地適應(yīng)山區(qū)公路橋梁“化整為零、集零為整”的建設(shè)條件，在組合梁方面采用了“窄幅鋼箱+組合橋面板”結(jié)構(gòu)。橋梁設(shè)計行車速度為80 km/h，設(shè)計使用年限為主體結(jié)構(gòu)100 年，支座、伸縮裝置等不低于15 年。橋梁采用的雙向四車道設(shè)計，跨徑組合為60 m+90 m+60 m，基礎(chǔ)采用了墩柱基礎(chǔ)。橋梁主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 橋梁主要技術(shù)指標(biāo)

2 施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備工作對于工程的施工非常關(guān)鍵，結(jié)合該工程的具體情況分析，在特殊的地質(zhì)環(huán)境中，最為重要同時難度最大的項目是樁基施工。在本項目中，工程施工地質(zhì)類型主要有淺層溶洞以及軟土，淺層溶洞分布在基巖面下2～8 m 的深度范圍內(nèi)，多數(shù)溶洞內(nèi)部存在有填充物，呈軟塑狀或者流塑狀。工程樁基分布于河岸兩側(cè)，屬于灰?guī)r、白云巖、角礫巖和第四系黏土層，含有大量的不良地質(zhì)，而且對于地下溶洞的變化及其敏感，不良地質(zhì)的分布和發(fā)展不同，溶洞也會隨之改變，從小型的裂隙到空腔溶洞，甚至出現(xiàn)管狀、串聯(lián)、大型溶腔和地下暗河等[1]。以水泥為例，選擇不低于42.5 級的硅酸鹽水泥，比表面積不超過360 m2/kg，堿含量不超過0.6%，氯離子含量不超過0.03%?；炷磷钚∷嘤昧繛?50 kg/m3，膠凝材料總量不超過500 kg/m3。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)

工程中采用的是鉆孔樁的形式，樁位護(hù)筒長度控制在2.0 m 即可，保護(hù)樁基施工過程中孔口土層的穩(wěn)定性。對于存在的塌孔，需要在開孔前做好回填工作，該區(qū)域護(hù)筒的長度需要適當(dāng)加長至3.0-6.0 m。在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)作業(yè)時，使用十字定位線確定位置見圖1。使用黏土對外緣進(jìn)行填充并壓實，若護(hù)筒埋設(shè)區(qū)域的地質(zhì)條件差，在進(jìn)行開孔時，可以適當(dāng)加入一些碎石、泥塊等，做好沖擊加固[2]。

圖1 護(hù)筒埋設(shè)定位示意圖

2.3 樁基成孔

巖溶地區(qū)橋梁樁基施工采用的是沖擊鉆機(jī)鉆孔配合混凝土灌注成樁的方式，具體來講又可以分為傳統(tǒng)沖擊鉆和泵吸式反循環(huán)沖擊鉆鉆進(jìn)，鉆進(jìn)方法不同，需要關(guān)注的側(cè)重點也會有所不同，開孔選擇的是30 cm 的小沖程沖擊鉆孔模式，采用間斷沖擊的方式，鉆進(jìn)速度控制在（60～80）cm/h。巖溶地區(qū)的地質(zhì)狀況復(fù)雜，在對汾水河大橋樁基進(jìn)行施工時，需要對每一根樁所處位置的地質(zhì)條件進(jìn)行檢查，每鉆進(jìn)2 m，對土樣和碴樣進(jìn)行取樣檢測，保障鉆進(jìn)施工的安全性。鉆機(jī)就位前，需要設(shè)置4 根或者6 根14 m 長的型鋼作為支墊，避免沖擊鉆孔過程中出現(xiàn)鉆機(jī)傾斜的問題[3]。樁基成孔見圖2。

圖2 樁基成孔

鉆機(jī)在巖溶區(qū)域鉆進(jìn)時，應(yīng)該將泥漿濃度控制在1.15～1.20 之間，做好泥漿的合理配置，考慮巖溶區(qū)域的巖溶水偏弱酸性，可以依照具體的檢驗結(jié)果，依照一定比例，在鉆孔內(nèi)加入木屑、燒堿等材料，以此來對泥漿護(hù)壁的效果進(jìn)行強(qiáng)化。進(jìn)入到溶洞中后，通過鉆孔向溶洞中填入塊石或者片石，填充高度應(yīng)該超過溶洞深度0.5 m～1.5 m，以小沖程沖錘進(jìn)行沖擊，確保其能夠進(jìn)入到裂隙溶洞內(nèi)。如果溶洞容積較大，無法使用片石進(jìn)行填堵，則可以使用C15 素混凝土進(jìn)行灌注和填塞，當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，再進(jìn)行沖擊鉆孔。整個鉆孔過程中，必須做好孔內(nèi)泥漿面變化情況的跟蹤管理，如果發(fā)現(xiàn)有漏漿問題，需要及時進(jìn)行補(bǔ)漿[4]。

2.4 溶洞穿越

面對不同的溶洞，在鉆孔穿越時需要采用不同的技術(shù)和方法：

（1） 溶洞較小，不存在流動水，內(nèi)部充滿填充物，可以依照常規(guī)方法進(jìn)行鉆進(jìn)施工，適當(dāng)加大泥漿比重1.3～1.4。若填充物為摻雜有砂石的淤泥，可以分層投放片石及粘土，適當(dāng)加大泥漿比重，配合小沖程沖擊的方式，對孔壁進(jìn)行穩(wěn)固，避免出現(xiàn)坍塌的情況。

（2） 溶洞較小，有流動水存在，沒有填充物或者只有少量填充物，可以使用片石、碎石以及袋裝水泥進(jìn)行分層填筑，又或者先利用片石和碎石將溶洞填滿，再進(jìn)行注漿操作，等到漿液凝固后，進(jìn)行沖擊鉆孔[5]。

（3） 溶洞較大，沒有流動水，填充物較多，可以分層投放片石和粘土，適當(dāng)加大泥漿比重，配合小沖程沖擊將填充物擠密，然后進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

（4） 溶洞較大，沒有流動水和填充物，如果想要將其填滿，需要投入大量的材料，成本較高，可以下入鋼套管進(jìn)行溶洞穿越。要求鋼套管外徑較鋼護(hù)筒內(nèi)徑小5 cm，頂部高出溶洞頂板1.0 m，形成緊貼泥漿護(hù)壁的喇叭口，避免出現(xiàn)樁身混凝土在應(yīng)力作用下斷裂的情況。

2.5 樁基成樁

樁基成孔之后混凝土灌注過程中，為防止樁身混凝土和溶洞內(nèi)泥漿發(fā)生置換現(xiàn)象采取以下措施進(jìn)行控制：

（1） 詳細(xì)做好鉆樁記錄，增加記錄漏漿體積、漏漿位置、漏漿速度等數(shù)據(jù)；

（2） 調(diào)整水下混凝土配合比，骨料采用一級配（小于2 cm），避免鋼筋籠卡住石子，水泥漿流入溶洞泥漿流入樁內(nèi)，該部位出現(xiàn)離析的情況；

（3） 混凝土澆筑至溶洞漏漿位置，減慢混凝土灌注速度。必要時利用混凝土初凝性能進(jìn)行灌筑（每車留混凝土觀察其凝固時間），注意竄動導(dǎo)管防止堵塞（停放期間導(dǎo)管每10～20 min 上下竄動），一般根據(jù)天氣控制在1 h～2 h 灌注10 m3。

3 異常情況處理

3.1 漏漿

巖溶區(qū)域樁基鉆孔施工中，鉆機(jī)穿越砂礫層和溶洞時，容易出現(xiàn)漏漿問題，導(dǎo)致鉆孔內(nèi)泥漿面的高度突然下降，甚至可能全部流失。因此，在鉆孔施工過程中，應(yīng)該安排專人對泥漿面的變化情況進(jìn)行跟蹤觀察，準(zhǔn)備部分泥漿備用，宜為孔內(nèi)泥漿的2 倍，以確保在必要時能夠做好補(bǔ)漿工作。鉆機(jī)穿過溶洞頂板時，泥漿會在極短的時間內(nèi)全部流失，需要使用裝載機(jī)將提前準(zhǔn)備好的粘土、片石等投入，做好堵漏工作的同時，對水和泥漿進(jìn)行補(bǔ)充，直到泥漿停止流失，見圖3[6]。

圖3 漏漿問題處理

3.2 卡鉆

卡鉆問題一般發(fā)生在鉆頭鉆破溶洞頂板后，鉆頭可能會掉入到溶洞中，頂部卡在洞口位置?？梢允褂们斯髑藙愉摻z繩，搖晃鉆頭，當(dāng)鉆頭恢復(fù)轉(zhuǎn)動后，緩慢嘗試提升。也可以使用鋼板卷制成帶有喇叭口的套筒，將吊鉆鋼絲繩套住，沿鋼絲繩將其下放到鉆頭頂部，將鉆頭起出。如果是孔壁掉落石塊引發(fā)的卡鉆問題，可以通過晃動鉆頭的方法來嘗試晃掉石塊，又或者使用鉤子來對石塊的位子進(jìn)行確定，將石塊松動后提出鉆頭。若石塊較大，無法松動，則可以借助水下松動爆破的方法進(jìn)行處理。

3.3 斜孔

斜孔或者彎孔形成的原因有很多，如巖層傾角偏大，軟硬不均勻，風(fēng)化程度不一致等。鉆頭在沖擊鉆進(jìn)過程中，會逐漸朝著相對較軟或者破碎程度較高的一側(cè)傾斜，引發(fā)斜孔彎孔的問題，見圖4。依照橋梁所處區(qū)域的地質(zhì)剖面圖，在鉆孔底部，接近傾角較大的巖面時，應(yīng)該在巖面較低的一側(cè)投放粘土以及片石，配合小沖程反復(fù)沖擊的方式，將巖面墊平，以此來規(guī)避斜孔問題。對于已經(jīng)發(fā)生的斜孔或者彎孔現(xiàn)象，可以投入一些強(qiáng)度超過基巖的片石，填筑高度超過斜孔位置至少1 m，使用鉆頭沖擊的方式將其壓密。如果彎斜區(qū)域較長，片石的投放應(yīng)該分段分次進(jìn)行，每一次投放的長度為2～3 m。如果在片石投放并且反復(fù)沖擊后，依然無法達(dá)到理想效果，則可以使用C35 以上的混凝土進(jìn)行灌注，放置3～4 d 后重新進(jìn)行鉆孔。糾偏工作需要在發(fā)現(xiàn)后立即進(jìn)行，以盡可能縮短糾偏時間，減少材料消耗。糾偏前需要對鉆頭進(jìn)行修理，在其四周通過通過焊接的方式，固定10 mm 厚度的梯形齒塊，將井壁巖石刮除，以此來為糾偏工作提供便利。

圖4 斜孔示意圖

3.4 斷樁

如果溶洞之間出現(xiàn)了相互聯(lián)通的情況，則無法對混凝土的具體灌注量進(jìn)行準(zhǔn)確測算，容易引發(fā)混凝土大量流失的問題，從而導(dǎo)致斷樁問題；如果導(dǎo)管接頭位置密封不嚴(yán)，同樣可能引發(fā)斷樁，見圖5。斷樁可以說是樁基施工中影響最大同時處理難度最高的異常情況，一般都是以預(yù)防為主，在混凝土灌注前，于漏斗中備足混凝土，對施工過程進(jìn)行嚴(yán)格把控和全面記錄，混凝土的澆筑必須保持連續(xù)性。在穿越溶洞時，需要基于之前的條件，對混凝土澆筑的速度和導(dǎo)管埋設(shè)深度進(jìn)行控制。

圖5 斷樁

3.5 塌陷

工程施工中，曾經(jīng)出現(xiàn)了地面塌陷的問題，塌陷區(qū)域是以樁孔為直徑約20 m 的圓形，最大深度為3 m。對塌陷的原因進(jìn)行分析，主要是樁位下存在有較大的溶洞。在進(jìn)行巖溶勘察時，采用的是一樁一孔超前鉆的方式，受各方面因素的影響，可能出現(xiàn)未能準(zhǔn)確探測溶洞的情況。結(jié)合后續(xù)的強(qiáng)化勘探結(jié)果，考慮塌陷樁位置巖溶發(fā)育，而其兩側(cè)樁位沒有溶洞發(fā)育，需要對溶洞進(jìn)行必要的處理。對照工程的實際情況，樁位下方有3 個溶洞分布，如果以第二個溶洞底部作為樁端持力層，則樁端嵌入巖層的深度為1 m，下部完整基巖厚度為4.4 m，并不能很好地滿足工程設(shè)計施工方案的要求。如果樁端穿越所有溶洞后進(jìn)入持力層，則其下部完整基巖厚度可以達(dá)到6.8 m，能夠滿足施工要求。

4 結(jié)論

總而言之，在巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基施工的過程中，因為地址條件復(fù)雜以及溶洞的存在，施工難度較大，需要作業(yè)人員做好全面深入的勘察工作，依照勘察結(jié)果制定出科學(xué)有效的施工方案，切實保障工程技術(shù)的可行性和可靠性。另外，應(yīng)該對施工過程進(jìn)行全面監(jiān)控，督促施工人員嚴(yán)格依照操作規(guī)范的要求進(jìn)行管理，完善應(yīng)急處理措施，以此來保障工程項目施工的效果。