王明政

（甘肅萬(wàn)泰建設(shè)工程有限公司，甘肅 蘭州）

引言

我國(guó)巖溶地區(qū)分布相當(dāng)廣泛，尤其是在廣西、貴州以及云南等地，存在著大量巖溶發(fā)育地區(qū)[1]，不同地域的巖溶情況各有不同，且大部分地區(qū)都有地下水、地下暗河等分布，不良地質(zhì)出現(xiàn)的可能性很大，使得這些地區(qū)橋梁施工存在著非常大的挑戰(zhàn)。巖溶地區(qū)橋梁樁基施工，最大的難點(diǎn)則是如何選擇其成孔方法，若成孔方法選擇不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致樁基施工周期長(zhǎng)，質(zhì)量差等危及橋梁工程施工的情況出現(xiàn)[2]。特別是在砂卵石覆蓋層較厚的巖溶地區(qū)施工時(shí)，樁基施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)突然流失大量泥漿，甚至造成地面塌陷，嚴(yán)重時(shí)造成生命財(cái)產(chǎn)損失，導(dǎo)致工期發(fā)生延誤[3]。目前國(guó)內(nèi)橋梁樁基施工以沖擊鉆成孔為主[4]，因此，主要對(duì)巖溶地區(qū)沖孔灌注樁施工進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目背景

某高速公路特大橋呈東北-西南走向，橋梁中心樁號(hào)K122+193，起點(diǎn)樁號(hào)K121+065，終點(diǎn)樁號(hào)K123+322,橋梁全長(zhǎng)2 250 m；上部結(jié)構(gòu)為75×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁，下部采用樁柱式橋墩、肋板式和樁柱式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

橋址區(qū)地處河谷平地臺(tái)地貌，據(jù)鉆探及工程地質(zhì)調(diào)查資科揭示，橋址區(qū)地層由第四系素填土(Qml)、種植士(Qpd)、第四系沖洪積粉質(zhì)黏上、粉土、粉砂（Q4ai+pl）、卵石土層（Q3al+pl）、石灰系大塘階石灰?guī)r（Cld）以及泥盆系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r（D3）組成。全橋均處在巖溶發(fā)育區(qū)，樁位處有溶洞的樁基共212 根，占設(shè)計(jì)數(shù)量的68%，其中單層溶洞100 個(gè)，溶洞高度H≤3 m的52 個(gè)，溶洞高度3 m＜H＜10 m 的36 個(gè)，溶洞H≥10 m 的12 個(gè)，單個(gè)溶洞最大高度20.1 m（41#、42#4 個(gè)）；串珠狀溶洞112 個(gè)，溶洞最大高度22.1 m。樁基溶洞見(jiàn)圖1。

圖1 樁基溶洞示意

2 溶洞型橋梁樁基施工技術(shù)

為減小在橋梁樁基成孔過(guò)程中不漏漿、少漏漿，或發(fā)生漏漿后不至于導(dǎo)致樁孔坍塌甚至造成地面塌陷，確保成樁過(guò)程順暢，樁基正式施工前，首先應(yīng)探明樁位處的地質(zhì)情況。樁位處地質(zhì)情況主要可通過(guò)兩種情況來(lái)確定，一是根據(jù)已探明的地質(zhì)柱狀圖來(lái)確定，二是在樁位處補(bǔ)鉆確定，主要是探明溶洞的分布情況、大小、形態(tài)、填充物等地質(zhì)情況，然后再提前做好相應(yīng)處理措施。在施工過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)與地質(zhì)柱狀圖不符的，應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)單位進(jìn)行處理[5]。對(duì)于樁基溶洞的處理措施，目前主要有注漿法、回填片石+粘土法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等，工程實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)溶洞大小、高度等情況綜合成本、工期等因素采取不同的應(yīng)對(duì)措施，或采取多種方法綜合治理，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)，施工速度又快的目的。

2.1 溶洞處理方案

（1） 對(duì) 較 小 溶洞，采用片石+粘土回填法進(jìn)行施工，如果漏漿速度相對(duì)較慢，則僅需及時(shí)補(bǔ)充泥漿，同時(shí)回填少量片石和粘土即可；如果漏漿速度較快，則可采取投入摻加了速凝劑或者水玻璃的混凝土或水泥砂漿對(duì)溶洞僅需封堵，同時(shí)往樁孔內(nèi)注入泥漿，防止塌孔。

（2） 對(duì)于較大的溶洞，則可采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，如有必要，還可往樁孔內(nèi)投入片石+粘土，或者摻加了速凝劑或水玻璃的混凝土。如果樁位處存在串珠溶洞，則可根據(jù)實(shí)際情況，采用雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法對(duì)溶洞進(jìn)行封堵。

2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案

（1） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案1。本方案適用于處理相對(duì)較小的溶洞，鋼護(hù)筒應(yīng)直入溶洞以下至少2.5 m，達(dá)到防止塌孔的目的，鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案見(jiàn)圖2。跟進(jìn)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度可按下式計(jì)算，式中：h1為地面至易塌土層底部的高度。鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖2 方案1 鋼護(hù)筒跟進(jìn)示意

（2） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案2。本方案適用于覆蓋層存在土洞的樁基。鋼護(hù)筒跟進(jìn)至土洞以下1.0 m（或巖面），鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案見(jiàn)圖3。跟進(jìn)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度可按下式計(jì)算，h2為地面至易土洞底部的高度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖3 方案2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)示意

（3） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案3。本方案適用于以下情況：緊鄰建筑物、橋墩的相對(duì)較小的溶洞及中型溶洞，鋼護(hù)筒應(yīng)直入至覆蓋層最底部，鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案見(jiàn)圖4。跟進(jìn)護(hù)筒長(zhǎng)度為覆蓋層厚度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.2 m。

圖4 方案3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)示意

（4） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案4。本方法適用于以下情況：大中型溶洞，且溶洞頂部的覆蓋層較薄，以及緊鄰建筑物、構(gòu)筑物的大中型溶洞，鋼護(hù)筒必須直入溶洞底部。跟進(jìn)護(hù)筒長(zhǎng)度為地面至溶洞底部的高度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.2 m。

（5） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案5。本方案適用于以下情況：內(nèi)部有填充物的大中型溶洞，且溶洞頂部覆蓋層較厚，可采用雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)，外鋼護(hù)筒跟進(jìn)至覆蓋層底，內(nèi)層鋼護(hù)筒應(yīng)跟進(jìn)至溶洞底部。外鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為覆蓋層厚度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.4 m；內(nèi)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底部，內(nèi)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為地面至溶洞底部的高度，直徑為D+0.2 m。

（6） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)方案6。雙層鋼護(hù)筒跟進(jìn)，外鋼護(hù)筒跟進(jìn)至覆蓋層底。外鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為覆蓋層厚度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.4 m；內(nèi)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞底部，內(nèi)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為地面至溶洞底部的高度，鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.2 m。

2.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工方法

鋼護(hù)筒并非一次性跟進(jìn)到位，可在沖孔的同時(shí)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行接高。接高的主要方式是采用壓入或振入孔內(nèi)。如果樁孔已穿越數(shù)個(gè)溶洞，并未發(fā)生漏漿，繼續(xù)沖孔時(shí)，可能對(duì)上部孔壁造成擾動(dòng)，可能在上部發(fā)生漏漿，此時(shí)也可采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法封堵。

（1） 鋼護(hù)筒準(zhǔn)備。鋼護(hù)筒主要可采用2 cm、1.4 cm、1.2 cm、1 cm 以及0.8 cm 厚的鋼板卷制而成，鋼護(hù)筒的尺寸和規(guī)格選取可按以下原則進(jìn)行：

鋼護(hù)筒壁厚。樁徑不超過(guò)1.6 m 時(shí)，若鋼護(hù)筒長(zhǎng)度小于10 m，其壁厚可選用0.8 cm；若鋼護(hù)筒長(zhǎng)度超過(guò)10 m 且小于20 m，其壁厚可選用1 cm；若鋼護(hù)筒超過(guò)20 m，其壁厚可選用1.2 cm。樁徑超過(guò)1.6 m 且小于2 m 時(shí)，若鋼護(hù)筒長(zhǎng)度不超過(guò)10 m，則鋼護(hù)筒壁厚可選用1 cm；若鋼護(hù)筒長(zhǎng)度超過(guò)10 m 且小于20 m，其壁厚可選用1.2 cm；若鋼護(hù)筒長(zhǎng)度超過(guò)20 m，其壁厚可選用1.4 cm。

（2） 護(hù)筒直徑。如果是單層鋼護(hù)筒，當(dāng)樁徑不超過(guò)1.6 m 時(shí)，護(hù)筒直徑應(yīng)為樁徑+0.2 m；當(dāng)樁徑超過(guò)1.6 m 時(shí)，護(hù)筒直徑應(yīng)為樁徑+0.3 m；如果是雙層鋼護(hù)筒，當(dāng)樁徑不超過(guò)1.6 m 時(shí)，外層鋼護(hù)筒直徑應(yīng)為樁徑+0.5 m，內(nèi)層鋼護(hù)筒直徑應(yīng)為樁徑+0.2 m；當(dāng)樁徑超過(guò)1.6 m 時(shí)，外層鋼護(hù)筒直徑應(yīng)為樁徑+0.6 m，內(nèi)層鋼護(hù)筒直徑為樁徑+0.3 m。

（3） 護(hù)筒長(zhǎng)度。護(hù)筒應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，分節(jié)接高，每節(jié)一般長(zhǎng)2 m。如果樁孔地表為淤泥、粉土、卵石層等時(shí)，應(yīng)設(shè)置雙層鋼護(hù)筒，外層鋼護(hù)筒應(yīng)至少穿越地表不良土，內(nèi)層的鋼護(hù)筒應(yīng)至少穿過(guò)溶洞。接高護(hù)筒的主要作用是防止由于遇到溶洞，導(dǎo)致樁孔內(nèi)的泥漿大量流失，泥漿能起到穩(wěn)定孔壁的作用，泥漿壓力與埋設(shè)深度的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 埋設(shè)深度與泥漿壓力關(guān)系

2.4 穿過(guò)軟弱覆蓋層鋼護(hù)筒埋設(shè)

（1） 打入。埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)，可采用直接壓入或沖錘振入，由于基巖面處比較容易發(fā)生漏漿現(xiàn)象，因此，鋼護(hù)筒打入至基巖面以上1.5 m 時(shí)即可停止打入鋼護(hù)筒，檢查孔徑及傾斜度。

（2） 鋼護(hù)筒接高。鋼護(hù)筒應(yīng)采用逐節(jié)拼接的方式接高，當(dāng)鋼護(hù)筒接高到一定程度后，難以直接壓入，此時(shí)應(yīng)使用振動(dòng)錘將其振動(dòng)至預(yù)定位置。接高過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①接高時(shí)應(yīng)注意節(jié)與節(jié)之間的錯(cuò)縫，防止鋼護(hù)筒出現(xiàn)扭曲；②鋼護(hù)筒的軸線應(yīng)與樁基的軸線基本保持一致，防止出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象；③護(hù)筒底應(yīng)加強(qiáng)，防止接高過(guò)程中出現(xiàn)損壞。

（3） 鋼護(hù)筒入土至預(yù)定深度前的處理。由于底部基巖可能不平整，導(dǎo)致鋼護(hù)筒沒(méi)能完全和基巖接觸，此時(shí)應(yīng)注意如下事項(xiàng)：①減小振動(dòng)力，如果振動(dòng)過(guò)強(qiáng)，則可能導(dǎo)致護(hù)筒底部出現(xiàn)一定程度的變形；②防止鋼護(hù)筒打入過(guò)深。如果打入過(guò)深，則可能導(dǎo)致底部基巖出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致漏漿。打入到預(yù)定深度后，應(yīng)及時(shí)回填片石+粘土，并反復(fù)沖擊，起到封堵基巖裂縫的作用。

（4） 注漿及回混凝土。由于孔內(nèi)打入護(hù)筒，鋼護(hù)筒之間、鋼護(hù)筒與樁孔之間均存在大小不一的縫隙，溶洞處無(wú)填充物或填充物流失，均可能導(dǎo)致鋼護(hù)筒偏位，這將直接導(dǎo)致樁身傾斜或偏位。因此，在打入鋼護(hù)筒后，應(yīng)及時(shí)對(duì)鋼護(hù)筒外側(cè)注漿或灌入混凝土，一是起到封堵裂縫的作用，二是起到穩(wěn)定鋼護(hù)筒的作用。注漿時(shí)，注漿壓力應(yīng)小于0.4 MPa，并穩(wěn)定該壓力5～10 s，直至相鄰孔冒出水泥漿為止。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)厚覆蓋砂卵石巖溶地層中溶洞較多，且高度較大的串珠型溶洞時(shí)，采用內(nèi)、外雙層鋼護(hù)筒護(hù)壁條件下樁孔開(kāi)挖，能保證樁基順利成孔。外側(cè)鋼護(hù)筒主要作用于厚覆蓋層，內(nèi)側(cè)鋼護(hù)筒主要作用在溶洞回填粘土。當(dāng)存在泥漿泄漏的最不利工況時(shí)，加設(shè)內(nèi)側(cè)鋼護(hù)筒護(hù)壁，對(duì)溶洞回填粘土的護(hù)壁作用非常顯著，可提高成孔施工速度和安全性。從工程實(shí)踐看，當(dāng)溶洞高度超過(guò)4.0 m 時(shí)，回填土在沖孔后，一旦發(fā)生泥漿泄漏，則樁孔產(chǎn)生較大的變形和塑性應(yīng)變，會(huì)發(fā)生成孔質(zhì)量低或嚴(yán)重的塌孔問(wèn)題。需采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，以保證施工安全和順利成孔。