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1、巖溶及流砂地質條件下鉆孔樁施工工藝劉艷靈（四川公路橋梁建設集團有限公司）【才商要】 結合荊岳長江大橋北引橋樁基的施工實踐，就巖溶、流砂地質環境中鉆 孔樁施工中遇到的問題，相應采取的技術處理措施及其注意事項等進行總結和探討，可 為同類地區的施工提供參考?！娟P鍵詞】鉆孔樁；巖溶；流砂；施工1工程概況荊岳長江公路大橋是湖北省“六縱五橫f環”骨架公路網規劃中隨州至岳陽高速公 路跨越長江的控制性工程。橋址位于湖北、湖南兩省交界處，北岸為湖北省荊州市監利 縣白螺鎮，南岸為湖南省岳陽市云溪區道仁磯鎮；該大橋是湘、鄂兩省間第一座跨越長 江的特大型橋梁。荊岳長江公路大橋北引橋樁基設計為4）1.2m。1.8m鉆孔2、灌注樁，共340根，樁長 從20多m50多m不等，大多數為嵌巖樁。北引橋橋跨范圍內地墊平坦，位于長江大 堤內，地下水位較高，局部呈承壓水狀態。地上履蓋層從地表向下依次為亞粘土、淤泥 質亞粘土、亞砂土、粉砂、細砂層、基巖（白云巖）。基巖以上有較厚的松散粉細砂層, 樁基需穿過較厚的粉細砂層。在施工過程中極易坍孔和縮孔，出現流砂現象。且該橋位區 下覆基巖巖溶、裂隙等不良地質發育，給施T.帶來很大困難。2巖溶及流沙的地質特點2.1巖面陡斜、高低起伏地質勘探資料顯示，基巖主要為白云巖，但覆蓋層厚度變化大，基巖面埋深起伏較 大，而且同一根樁直徑范圍內基巖面起伏都極大，很多樁位存在半邊巖層，半邊其它土 層或3、溶洞的現象。由于巖面陡斜，“半邊巖現象”嚴重，造成同一施工面有軟有硬，沖 擊成孔時沖錘會順著較軟弱的一面進尺，從而造成斜孔。2.2裂隙和溶洞異常發育由于溶蝕的作用，加上地下水豐富，本橋位場地內巖溶非常發育，溶洞數量多，空 間分布極不規則，屬較發育巖溶區。溶洞頂板最淺埋深0m,最深埋深-20m,溶洞高度8結束語8. 1荊岳長江公路大橋北引橋樁基成孔施工中采取的溶洞處理方法，是經過一段時 間的不斷摸索和實踐形成的。經檢測，樁基的合格率100%,優良品率100%,證明所采 取的工藝是成功的。而旦處理溶洞時，沒有施打全護筒代替泥漿進行護壁，而采取拋投 片石及粘土填堵溶洞至密實不漏漿為止，防止地面塌陷、4、預防灌樁時混凝土大量流失， 產生了較大的經濟效益。8.2探明地質情況是巖溶地區工程建設的十分必要的前提，建設、地質勘察、設計 和施工單位都應給予十足的重視。8. 3采用拋填片石和粘上進行沖孔樁基施工，能順利地通過粉細砂層地質，有效地防 止塌孔、縮孔和流砂現象的發生，很適用于粉細砂、低液限粘土、以及地卜-水豐富地層 的作業；同時也適用于其它地下水豐富的軟弱地基的鉆孔施工，具有較好的推廣應用價 值。8.4該方法簡化了施工程序,鉆速快，作業時間大幅度減少。8.5采用拋填片石和粘土的施工，材料價格便宜，大大降低了工程成本;取得了較好 的綜合效益。從0. Im到4m不等，存在為數不少的條帶狀和直立串珠狀5、的多層溶洞，溶洞邊界很不規 則。溶洞中有些被水、淤泥、礫質亞粘土填充，大多數半填充或無填充物，溶洞大多數 漏水或漏漿，甚至有的在鉆探過程中就出現了坍孔現象。半填充、無充填溶洞在成孔施 工時會發生泥漿流失，若不及時補漿恢復護壁，往往會造成孔壁坍塌乃至坍孔。2.3覆蓋層履蓋層從地表向下依次為亞粘土、淤泥質亞粘土、亞砂土、粉砂、細砂層、基巖 （白云巖）。基巖以上有較厚的松散粉細砂層，松散粉細砂層屬透水層，其內聚力很小, 顆粒松散，當受到外力的擾動時成流素狀，如果成孔施工中護壁較差或鉆進過快，極易 發生孔壁坍塌。3巖溶、流沙地質條件下成孔方案的比選樁基施工目前常用的施工方法有四種：1、人工開挖孔；2、6、回旋鉆機鉆進成孔：3、 沖擊成孔。樁基需穿過較厚的松散粉細砂層，地下水位較高，局部呈承壓水狀態。覆蓋層透 水性極強，人工挖孔無一例外地會因涌水涌砂量過大直接成孔質覺和施工人員的安全， 挖孔方案失敗。在巖溶地區流砂層如采用回旋鉆成孔工藝，則存在著幾個方面的明顯不利因素：1、 樁端必須進入微風化巖不小于2.5m,且要求穿越溶洞不小于3m,使得樁入巖量大增，因 巖石強度大，要求成孔機械必須有很強的破巖能力，但鉆機鉆頭難以鉆透頂板，嵌巖難 度大；由于巖溶地區巖層起伏大，鉆機鉆進時巖層接觸不均勻，鉆機振動強烈，易沿斜 巖面傾斜造成斜孔，容易卡鉆，而且鉆頭扭力很大，甚至扭斷鉆桿，不能滿足要求。2、 鉆孔時7、不能擠土堵塞溶洞和裂隙來防止泥漿流失和混凝土大量擴散。鉆桿拆除相當緩 慢，遇到溶洞開始漏漿時，不能及時提起鉆頭，導致坍孔埋鉆，而旦絕大多數鉆頭提不 上來。3、鉆孔方式成孔速度較快，不能擠土護壁，孔壁極不穩定，容易塌孔，不適宜 在流砂層中鉆進成孔。如果采用沖孔方式成孔，因沖錘沖擊能力大，穿透力強，較易穿透巖溶洞頂板，不 受地下水影響，一旦出現漏漿、坍孔異常情況，可以馬上以30m/min的提錘速度提上沖 錘，避免發生埋錘事故。沖孔在成孔過程中不斷的將土向孔壁側擠壓，孔壁較鉆孔穩定。 雖然對于流砂層、巖面陡斜及遇溶洞、裂隙等問題的處理有定的難度，但通過采取適 當的技術措施能夠處理解決。因此巖溶地區應8、首先考慮采用沖孔工藝，比起旋轉鉆機處理巖面陡斜及遇溶洞、 裂隙等問題，有相當大的優越性。考慮到成孔須穿越較厚的流砂層，在沖孔過程中拋填 片石和粘土加固的方法進行施工。4巖溶、流砂層中成孔施工特點及技術措施4.1流砂層中的沖孔施工由于樁基需穿過較厚的粉細砂層，沖擊鉆在流砂層中施工時，采用拋填片石和粘土加 固的方法進行施工。該施工方法的成孔機理:在沖擊鉆進的過程中，根據地質變化情況， 通過不斷地調整拋填片石和粘土量，使所拋填片石含量達到鉆進體積的0. 51. 0倍，所 拋填粘上應使泥漿比重達到1. 41. 6;確保在粉細砂層的孔壁形成一穩固護壁。(1) 安裝好鉆機和測量對中后，即可開始進行鉆孔作業9、施工。開孔階段鉆孔時，開 孔前應在孔內多放一些粘土，并加適量粒徑不大于15cm的片石，頂部拋平，用小沖程 沖砸，泥漿比重控制在1. 6左右。鉆進到0. 51. 5m時，再回填粘土和粒徑不大于15cm 的片石，繼續以低沖程反復沖砸。當鉆進深度超過沖錘全沖程后，方可進行iE常沖擊，操 作時應防I上打空錘和大松繩。(2) 當鉆進到濕土或稀土時,一般為低液限粘土與粉細砂層交界處，此時應立即拋填 片石和粘土，在鉆進的同時不間斷進行，使交界處形成約Im深、25cm厚的堅實護壁。(3) 在鉆孔進入粉細砂層后，在鉆進的同時不間斷拋填片石和粘土，直至進入到強風 化泥巖層后Im,使整個粉細砂層形成一個完整密實的堅10、固護壁。此外,在鉆進的同時，及 時向孔內注水，使孔內水位保持高出地下水位2m左右。砂質層，宜用中、低沖程?？刂?在12m；進尺控制在5070cm/h。(4) 當鉆進到達不平整的硬巖時，先投入粘土和小片石,將表面墊平后再沖擊鉆進。(5) 在鉆進過程中如發現坍孔,應及時用片石和粘土回填至高出坍孔位置23m,加高 水頭暫停段時間后，再繼續進行鉆進施工。(6) 在砂層中鉆進，泥漿是護壁的關鍵。為控制泥漿比重，需及時用取樣罐放到需測 深度，取泥漿進行檢查，及時向孔內灌注泥漿或投碎粘土。砂層中沖擊鉆進，孔底泥漿 比重以1.41.6為宜。抽渣后應測探一次，再分配投碎粘土，直到泥漿比重達到正常 為止。沖孔時每11、隔34h將沖錘在孔內上下提放兒次，把下面的泥漿拉上來，以護孔壁。 4.2巖溶地區沖孔施工沖孔施工時，因溶洞的存在，最需要解決的關鍵技術問題就是如何保證成孔過程中 不漏漿，或者產生漏漿但不發生坍孔，保護樁孔，保障施工人員及沖機的安全，保證樁 孔順利成孔。沖孔施工時有效的方法是做好預防工作，防止坍塌事故的發生。在成孔過 程中，采取了下列處理溶洞的技術措施：(1) 由于巖溶地區地質情況異常復雜，雖進行了地堪和逐樁先導孔鉆探工作，亦難 以保證全面摸清地質情況，因此鉆機就位前，在鉆機底座下鋪設大塊厚16mm鋼板，對 鉆機底座進行支墊加固，以有效防止坍孔時鉆機下沉和傾斜。(2) 溶洞處理以做好準備工作為主12、，鉆孔前在場地內準備大量的片石、袋裝粘土及 適當數量的袋裝水泥，設宓大容量泥漿池，同時保證鉆孔施工作業范圍內有裝載機和挖 掘機24小時值班，保證一旦樁孔出現漏漿，可以馬上進行補漿及回填。(3) 逐樁進行先導孔鉆探。巖溶地區成樁必須有詳細的地質資料。針對巖溶情況采 取逐樁鉆探，探明溶洞發育和分布情況。下列圖片為先導孔鉆探顯示有溶洞的部位。（4）沖孔至離溶洞頂板Im左右時，加大泥漿比重，選用小沖程進尺，逐漸將頂板 擊穿，防止卡鉆。同時在擊穿頂板之前，安排專人密切觀察孔內泥漿面的變化，發現漏 漿時應馬上提錘、補泥漿，拋填片石、袋裝粘土混合料（重量比1:1）,等泥漿而不再下 降并穩定后，采用小沖錘輕打13、擠壓形成泥石孔壁成孔。若樁孔仍繼續漏漿，則改拋片石、 袋裝粘土、袋裝水泥混合料（重量比1:1:0.2）,采用小沖程沖錘輕打，慢慢將片石、袋 裝粘土、水泥擠壓到溶洞中，堵塞溶洞通道，如此反復操作，直到不再漏漿為止，轉入 小沖程沖孔固壁成孔，順利穿越溶洞。（5）若溶洞內半填充或溶洞內填充物為軟弱粘性上或淤泥，沖錘擊穿溶洞頂板后， 進入溶洞后應向孔內投入片石、袋裝粘土（比例約1:1）,填超過溶洞頂面23m,然后 用小沖程沖錘方法沖擊投卜的混合物，不取渣，使其擠入裂隙、溶洞內，如此反復操作, 多次堵塞溶洞通道固壁，大大減少灌樁時混凝土擴散流失量。（6）若溶洞內沒有填充物，沖孔至溶洞頂板巖層時，泥漿突然14、下降，補給泥漿不能 問升，也不能保持循環流動。此時，必須往孔內問填片石、粘土和水泥拌合物，使溶 洞空洞形成一個自然圓錐體。然后，在圓錐體內實施沖孔，使孔周圍形成一定厚度和一 定強度的護壁，保證泥漿回升到孔曰形成流動循環。（7）沖錘沖破溶洞時，沖錘可能會滑入溶洞中，提錘時易被溶洞頂板巖石卡住而造 成卡錘。若出現卡鉆現象，用水下（鉆孔內）爆震法，炸藥量少，直接放在卡鉆處，十 分有效。施工時嚴禁在溶洞范圍內打松錘，應繃緊鋼絲繩，采用小沖程進行低打緊擊。 一旦發現漏漿或異常情況，馬上提錘到孔口，然后采取其它措施。穿越溶洞時，同時要 密切注意鋼絲繩的情況，以便判斷是否斜孔，若出現斜孔必須及時進行修孔處理15、，按1:1 的比例凹填片石和粘土至彎孔處Im以上，用錘牙好的樁錘進行修孔。要求低打緊擊， 慢慢地將陡斜巖面修整成水平臺階，直到整個沖錘施工接觸面進入勻質巖面才結束修孔 操作。（8）溶洞漏漿及處理施工圖片孔內漏漿補漿回填粘土及片石5清孔5.1在鉆孔達到設計要求深度后，應對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查;確認滿 足設計要求后，及時進行清孔,避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。5. 2樁基終孔后，停止進尺，進行第一次清孔。第一次清孔采用循環泥漿法進行，稍 提鉆錐離孔底1020m空轉，保持泥漿正常循環，以中速將比重為1.031.10,純泥漿壓 入，使孔內鉆渣較多泥漿換出，清孔后泥漿含砂率2%,粘16、度17-20S,比重1.03-1.10o 孔底沉淀土厚度小于5cm時，終止清孔。沉淀厚度=施工孔深一測量孔深。停止清孔后，下放沉淀盒，測定半小時時間內沉淀物的沉淀速度，作為施工參考。在清孔時，必須注意保持孔內水頭，防止坍孔。6鋼筋籠的制作和吊裝鋼筋籠在底胎上分節同槽制作，分節段運輸到墩位處，逐節接長下放到位。其質量 控制要點如下：6.1鋼筋籠制作樁基鋼筋采用機械連接，設計上特別強調直徑大于或等于25mm的鋼筋接R宜采用 直螺紋接頭，且同截面內的主筋接頭數量不得超過全部主筋數量的50%。相鄰接頭斷 面間距不小于1.2m。接頭的技術要求應符合鋼筋機械連接通用技術規程(JGJ107-2003)中的I17、級性能要求。樁基主筋鋼筋在直螺紋車絲時，注意一頭車絲長度要達到連接套筒的長度，另一頭 車絲長度達到連接套筒長度的一半，以便于在樁孔連接時的安裝。并在車絲接頭處做好 標記，確保鋼筋在套筒內的連接長度。鋼筋籠在分節段吊裝運輸時，注意編號，以免在安裝時出錯。鋼筋籠分段時，每節 段的吊裝環布置在加強箍筋處，以免吊裝時鋼筋籠擠壓鋼筋籠；吊裝環的焊接必須牢固， 其與主筋的焊接長度不得小于10d。且在加強箍筋處用中25鋼筋加焊“十”字型支撐， 待鋼筋籠起吊至孔口時，將“十”字支撐割去。鋼筋籠安裝前，應用鋼筋檢孔器檢測孔徑(檢孔器與鋼筋籠同直徑，長度6m,兩端 收口)，待檢測合格后，下放鋼筋籠。6.2聲測管的18、安裝聲測管安裝質量關系到樁基的檢測效果，聲測管應采用套筒絲扣連接或套筒焊接連 接，以保證聲測管內壁平順和密封，而且聲測管在施工中不被堵塞。由于聲測管壁厚位 3mm,在采用套筒焊接連接時，焊機電流不易過大，以免焊穿聲測管管壁，造成漏漿。 聲測管下口采用鋼板封閉，避免漏水。聲測管長度應以露出地面為控制。聲測管接頭處 采用防水膠布包裹。聲測管必須按照設計要求呈等邊三角形布置，且用U型鋼筋固定在主筋上。聲測管安裝完成后，應作水密試驗。在樁基佐澆注完成等強度的時間內，聲測管內應灌滿水，且上端采用木塞或彩條布 封口，防止有異物掉入管內，影響樁基檢測質量。樁基檢測合格后，聲測管均要壓漿封實。聲測管在安裝時接19、長到鋼護筒孔口處，以高出孔口 20cm為宜。6. 3鋼筋籠安裝及防止鋼筋籠上浮措施鋼筋籠安裝時，按照事先編號的順序，分節段吊入孔內安裝。在孔口對接時，已下 鋼筋籠段用型鋼支墊于加強箍筋下，立于孔口。對接完成后，檢查對接的連接情況，滿 足設計和規范要求后，再下沉，并接下一段鋼筋籠。否則，采取其他的方式加以連接， 如幫焊等。鋼筋籠下沉時，應緩慢下沉，避免下沉過快，擾動孔壁，引發不必要的質量隱患。鋼筋骨架保護層厚6cm,在骨架外側設置弧形墊塊，沿鉆孔豎向每2cm設一道，圓周 設46塊。起吊骨架時采用兩點吊，第一點設在骨架下部，第二點設在三分之二處，以保證骨 架不變形。鋼筋籠總體按照設計長度制作，將其20、中35根主筋接長至孔口 20cm,并與護筒作可 靠連接，保證鋼筋籠在樁基磔澆注時不上浮。7灌注水下混凝土鋼筋籠安裝完成后，對孔底沉淀厚度進行測定，如厚度超過設計和規范規定，上下 擺動沖錘35分鐘，使沉渣懸浮。待各項指標滿足設計和規范要求后，進行樁基碌的澆 注工作。佐澆注前，要求導管安放平臺必須水平且保證導管安放在樁孔中間。灌注水卜混凝十.之前，必須嚴格控制二次清孔，這對保證樁身質量及混凝土強度與 均勻性將起到良好的效果。碌澆注采用拔球法。根據計算，采用一個2n?漏斗和一個5n?集料斗即可滿足開球 首盤彼供料要求。佐導管先下放道孔底，再向上提30cm50cm安放到平臺上。做好準 備工作后，采用吊21、車開球，必須保證開球后首盤佐澆注后，導管埋深不小于1.5m。樁基佐澆注應連續進行，總澆注時間控制在6小時之內。導管提升保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，拆除導管動作要快，一般不超過15 分鐘。導管埋深控制在1.5m8m,隨時測定導管埋深，導管底面不得提離彼面。由于溶洞 存在且相互連通，灌樁時磔可能沿溶洞慢慢流失，導致澆注過程中彼而的下降，因此灌 樁時應隨時測量混凝土上升的高度，加大導管埋深，防止導管提漏空。為防止鋼筋籠上升，當導管底口位于鋼筋籠底部往上10m之間，應放慢佐灌注速度。 為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上加灌一定高度，以0.51.0m為宜，佐快灌注 到設計標高時，將役需要量計算出來，并通知攪拌站，以免浪費。灌注至設計標高后，應觀察一段時間，確定佐不再下沉后結束澆注。若彼發生下沉 現象，應繼續澆注。灌注結束約4H后，挖除多余一段樁頭，保留至少20cm接澆系梁及承臺。鋼護筒在灌注結束，佐初凝前拔出。樁基澆注過程中，隨著佐面的上升，有可能出現導管內佐不流動的現象，應配備泥 漿泵，抽吸孔內泥漿，降低校面的壓力，促使其上升。