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摘要:
徐州北三環高架橋樁基遇溶洞率達90%以上，施工中漏漿嚴重成孔困難。為保證樁基質量，本項目采用了一系列針對措施，有效地解決了樁基成孔技術難題。通過實踐檢驗，本工程樁基一類樁合格率100%，滿足施工質量要求且經濟效益明顯，為今后類似工程提供了寶貴的經驗。
關鍵詞:
高架橋梁；樁基成孔；溶洞處理
在橋梁樁基施工中，對比一般地質而言遇到溶洞無疑是令工程技術人員最為擔心的，如處理不好將會造成卡鉆、掉鉆、埋鉆、漏漿甚至引起地面坍塌等事故發生，造成質量及經濟上的重大損失。為此，在取得超前鉆探及管波探測資料，充分了解樁基所處溶洞及裂隙發育程度、規模大小、洞內填充物形態的基礎上，結合鉆孔施工中的細心觀察，因地制宜采用可靠的處理措施就顯的尤為重要，對工程的順利進行具有十分重要的意義。
1工程概況
徐州北三環高架快速路04標起訖里程NK8+777.259～NK10+099.359，主要工程規模包括:主線高架全長1.322km，RU－4、LD－4上下匝道橋，平山北路互通PM、PN定向匝道橋。主線及匝道橋鉆孔灌注樁均為端承樁共239根，最大設計長度65m，其設計直徑分別為Φ1.2m、Φ1.5m、Φ1.8m、Φ2.0m、Φ2.2m。工程主要不良地質作用為巖溶，從區域地質上看，本地段位于徐州弧形構造，它主要由一些中生代形成的復式褶皺和一系列平行褶皺軸的縱向壓(壓扭)性斷裂組成，構造擠壓十分強烈，巖體裂隙較發育，其形成年代較老，地層產狀近陡，利于地表水入滲和地下水下滲。其次該路段第四系覆蓋層以下巖性主要為較純的厚層石灰巖，為可溶性巖石，利于巖溶發育。從總體上看，巖溶多呈溶(隙)洞為主，發育密度較大，洞體較小，部分溶(隙)洞呈串珠狀，發育的溶(隙)洞大多具有充填物，少部分為空洞，最深溶洞達8m，溶(隙)洞充填物一般以粘性土和風化巖碎屑構成，溶(隙)洞充填的粘性土一般呈高含水率、高液限特點，具有紅粘土特性。按《巖溶地區工程地質調查規程》(DZ/T0060－93)碳酸鹽巖巖溶發育程度分級標志，以鉆孔遇溶率及鉆孔巖溶率兩項參考性指標設計對線路巖溶發育程度進行了分級，其實際遇洞率在90%以上。
2重難點分析及對策
單從樁基漏漿本身分析，解決較易，孔內失水導致軟土層的孔位坍塌才是問題所在。因漏漿的不確定性，使現場調配填充物及補充泥漿來源變得較為困難且漏漿往往在2分鐘左右急速完成，現場往往應對不及。為切實解決巖溶地層樁基成孔困難問題，施工中分別采用了多種方法，針對具體問題具體分析，并結合實際地質情況對施工工藝進行了提高與技術創新。在常規施工中土層部分采用回旋鉆鉆進成孔工藝;位于巖層部分采用沖擊鉆鉆機進成孔，對于溶洞常規施工無法控制或已經出現塌孔的則采用了旋挖鉆鉆進成孔及鋼護筒跟進施工工藝。
2．1技術優化
設計對每根樁位均采用了超前鉆探，有較為詳細的地質綜合柱狀圖，為保證其準確性業主委托第三方對同樁位亦進行了管波探測。施工方在超前鉆探及管波探測資料基礎上對溶洞位置、大小、形狀、裂隙發育程度、填充物等仔細進行分析并形成應對方案做好交底記錄。
2．2機具選擇
沖擊鉆機選擇合適的實心鉆機機型，能有效地穿越巖層。沖擊錘提升速度快，不易卡鉆，遇到溶洞時能夠迅速提起鉆頭，以免埋鉆;對于回旋鉆機采用操作方便、維修簡單的機型;對于旋挖鉆選擇360型、460型自動化程度高、成孔速度快的機型。
2．3材料準備
準備好足夠的粘土、片石及處理溶洞所需的鋼護筒。片石粘土混合料每樁備用量要以超前勘探溶洞兩倍以上深度的體積計算。
3巖溶地層樁基成孔施工方法及工藝
本工程樁基成孔技術均為項目所在區域實際地質條件下的實施運用，為保證其施工質量，根據不同樁位超前鉆探及管波探測資料采用了多種方法作為技術支撐。
3．1常規回填粘土沖孔固壁法
適用于漏漿量較小的小型溶洞。按照超前鉆探及管波探測所揭示溶洞的位置，當鉆至溶洞上方2m左右時就應減少沖錘高度，在沖擊中密切注意護筒內泥漿面的水平位置變化情況。當泥漿面有明顯下降時，首先應立即提錘，同時及時補漿，如仍有漏漿則往孔內拋投袋裝粘土。回填厚度至溶洞頂1m左右，然后采用低提慢進的方法重新沖孔，通過沖孔堵住溶洞并重新造漿。當再次漏漿時，仍按上述方法處理，反復回填沖孔，達到填充溶洞及固壁效果［1］。(1)現場技術人員要根據超前鉆探管波圖資料及早確定溶洞位置并告知鉆機手，鉆機操作手往往因圖快心理，人為的采用高沖錘全程錘擊，易造成突然擊穿溶洞導致卡鉆;(2)粘土應采用袋裝，投入孔內低提慢進沖孔。
3．2片石粘土堵洞筑壁法
適用于由多層小型溶洞組成的中型溶洞及單層填充式溶洞。根據超前鉆探及管波探測資料配置專人密切注意巖樣和護筒內泥漿面的變化，熟記圖紙、資料中標注的溶洞位置。在鉆孔至溶洞頂上方，采用小沖程將洞頂慢慢擊穿，防止沖錘被卡。一旦發現泥漿面下降，首先應迅速用大功率泥漿泵補漿，同時及時提出沖擊錘，防止埋錘。然后用裝載機配合挖掘機及時將片石、粘土按1∶1的比例拋入，投入量按溶洞豎向高度加2m以上。采用小沖程進行鉆進，讓鉆錘擊碎粘土和片石并擠入溶洞內壁發揮護壁作用。直至孔中的泥漿面停止下降，并慢慢上升，此后可加大沖程進行鉆進，對投入的片石粘土進行沖擊式擠壓，確保溶洞被堵死。(1)片石規格不易過小，硬度不易過低;(2)粘土采用袋裝，先投入粘土，再投入片石;(3)應普遍加大護筒的埋置深度，以確保在孔內發生嚴重漏漿孔內外水頭差較大的情況下不會發生護筒底穿孔的事故;(4)在灌注水下砼時到溶洞位置時應保持較大的埋管深度，防止砼由于擠破護壁后突然下沉，造成斷樁等質量事故;(5)如溶洞內填充物為流塑狀粘土，即使孔內不漏漿為增加固壁的牢固性也宜拋填片石粘土。
3．3鋼護筒跟進法
對于樁基處在多層溶洞，相鄰樁位間呈串珠狀、洞高較大、洞內填充物為空、洞易出現漏漿等狀況時宜采用鋼護筒跟進法，該方法一邊沖孔，一邊接高護筒，并且將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內。鋼護筒視其所需長度每節長度在3～5m左右，壁厚在1～2cm左右，護筒內直徑比設計樁徑大20cm為宜。將鋼護筒設置在淤泥質土層，其主要作用是當孔內出現漿面迅速下降而來不及補漿或補漿作用不明顯時不至于出現塌孔及地表塌陷事故。鋼護筒的加工尺寸必須嚴格控制，護筒上下節的連接縫除焊接外，還應在接縫處焊50mm寬、δ=10mm的加強鋼帶。用鋼絲繩活扣綁住護筒，汽車吊輔助打拔機打入。下放鋼護筒時，其位置必須準確，下放完成后，檢查其高程、垂直度、護筒頂面水平度。鋼護筒頂端設置扁擔梁，防止鋼護筒下沉。后序施工仍按常規方法進行，在砼澆筑完成后利用打拔機拔出鋼護筒。(1)施工中應充分利用沖擊鉆的擴孔性能，使鋼護筒能順利下沉;(2)鉆頭直徑宜大于鋼護筒外徑30～50mm，護筒到位后鉆頭改為滿足成孔要求的鉆頭直徑;(3)根據本項目溶洞內填充物形態，通過小沖程擠壓片石、粘土混合料形成較密實穩定的護壁是較易實現的，因此鋼護筒跟進對溶洞漏漿防護意義不大，其主要作用是防止漏漿孔內失水造成淤泥質土層坍塌。護筒以下漏漿后仍要回填片石、粘土，通過沖孔沖擠至溶洞形成堅固護壁。
3．4旋挖鉆機鋼護筒跟進法
對于拋填及鋼護筒屢次鉆進仍未成孔或勉強成孔，在灌注樁身砼時因壓力增大也極易造成跑漿導致廢樁或劣質樁。另外，對于鉆進中發生地面坍塌等事故，因常規方法也無法解決，在該情況下采用旋挖鉆鋼護筒跟進方法，以滿足施工需要。本項目主線250－2#為直徑Φ2.2m樁基，采用沖擊鉆施工，先后兩次漏漿導致孔內及地面大面積坍塌，險些造成鉆機傾覆事故。后經多次研討最終采取460型旋挖鉆機鋁合金鋼護筒跟進施工工藝。460型旋挖鉆機其扭矩大，自動化程度高，鋁合金護筒長度12m，直徑2.3m，上端頭可與護筒驅動器連接。先由鉆機配裝直徑Φ2.3m鉆頭正常鉆進11.5m(軟土層0～10m位置)，利用旋挖鉆將護筒旋落至底，護筒露出地面0.5m。旋挖鉆機自帶鋼護筒自行行走至樁位置，依靠自身中對裝置完成對中，將鋼護筒緩慢旋入至要求位置。旋挖機換裝2.2m直徑鉆頭鉆進，距設計樁底高程還有3m時再次發生快速漏漿情況，因設置了鋼護筒地面及孔內未產生坍塌。下放鋼筋籠，澆筑砼。將鋼筋籠逐節放入鋼護筒中，焊接完成后安裝導管，經清孔后澆筑砼。在澆筑中盡量縮短澆筑時間，如時間過長則鋼護筒拔出困難，在澆筑砼過程中可根據砼澆筑高度起拔一節鋼護筒，防止砼凝固后粘住鋼護筒。
3．4.1旋挖鉆鋼護筒跟進法特性
(1)在易縮徑坍塌的淤泥質粘土、松散雜填土以及嚴重透水地層應使用旋挖鉆長護筒或全護筒跟進;(2)卷揚加壓配合護筒驅動器有利于護筒施工;(3)定位精確，垂直度易于掌控;(4)節省下護筒的時間，施工速度快;(5)拔出護筒方便。
3．4.2施工簡要說明
(1)旋挖鉆正常鉆進至護筒埋置深度，護筒露出地面30cm;(2)鉆頭提出孔外卸下將鋁合金鋼護筒與互通驅動器連接;(3)動力頭驅動器下護筒:利用動力頭正反轉搓動和加壓油缸加壓使護筒切入孔內。鋼護筒比樁基直徑大10cm;(4)成孔后經清孔下放鋼筋籠澆筑砼;(5)砼澆筑后利用驅動器與鋼護筒連接將護筒旋出孔內。
4結語
本工程所有樁基施工結束后，利用超聲波及小應變檢測儀對所有樁基混凝土進行了檢測，其Ⅰ類樁合格率100%，滿足施工質量需要。前言所述，每根樁基均提供有地質柱狀圖及管波圖，溶洞及裂隙的類型較為清楚，但因其探測范圍有限，故與實際施工對比是有出入的，如在250－2#樁基鉆探及管波均顯示最大溶洞只有0.3m厚，實際鉆孔中卻先后兩次快速漏漿最終引起地面大面積坍塌;又如匝道LD4－4#鉆探及管波圖示中溶洞厚度8m，實際施工無任何漏漿現象施工正常。由此可見，勘探及管波檢測探測范圍有限，實際施工中溶洞多有串通，漏漿情況較為普遍可作為佐證，故在參考鉆探及管波圖的基礎上，還需加強鉆孔時的觀察，以備選方案準確應對。從施工樁基情況來看，按照溶洞大小的分類使用不同的常規處理溶洞方法進行樁基施工，能有效預防樁基施工過程中樁孔坍塌，提高成樁質量，并且具有易掌握、易操作、工期短、效果好、造價低的特點。但對于常規方法無法成孔的情況下應宜采用鋼護筒跟進法，雖成本較大但能有效解決成孔問題。另外工程技術人員針對超前鉆探資料顯示的裂隙往往不夠重視，對未有溶洞但裂隙較為發育且連通情況更應高度重視。因旋挖鉆成本較高，故在實際施工時:一是可作為接力施工，即土層部分由旋挖鉆機施工，其速度快，效率高;二是可作為啃“硬骨頭”的先進“武器”，對于常規方法無法完成或有大型溶洞時使用旋挖鉆鋼護筒跟進技術能確保樁基施工質量。
作者：范鐵軍 單位：中建新疆建工(集團)有限公司
參考文獻
［1］陳伏冰．無充填溶洞的樁基成孔方法及質量控制［J］．交通科技．2010(4):44－45．
［2］楊光輝，郭寶順，劉新，等．復雜地址條件下鉆孔樁施工方法［J］．河北建筑科技學院學報．2001，18(1):81－83．
