·橋·梁

斜巖巖溶地質(zhì)鉆孔樁施工技術(shù)

劉漢銀

(中鐵二十二局集團(tuán)第五工程有限公司

摘

要

重慶400042)

介紹了湘桂鐵路客專橫寨特大橋斜巖、巖溶地質(zhì)鉆孔樁施工工藝，重點(diǎn)闡述了鉆孔樁施工中出現(xiàn)溶洞、斜斜巖巖溶地質(zhì)

鉆孔樁

施工技術(shù)

B

文章編號1009－4539(2011)03－0078－04

巖、地表塌陷等特殊情況的處理方法。關(guān)鍵詞中圖分類號

U445．55+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼

TheConstructionTechnologyofDrilledPileinTiltRockKarstGeology

LiuHanyin

(ChinaRailway22thBureauGroupCo．Ltd．，Chongqing400042，China)

AbstractKeywords

ThisarticleintroducestheconstructiontechnologyofdrilledpileintiltrockkarstgeologyofHengzhaiSupertiltrockkarstgeology;drilledpile;constructiontechnology

Bridge．Itinparticularstatesthetreatmentofkarstcaves，tiltrock，andsurfacesubsidenceduringtheconstruction．

1工程概況

湘桂鐵路擴(kuò)能改造工程南寧至廣州鐵路在南

處理難度大，設(shè)計(jì)由路改橋，采用柳南、南廣高鐵特大橋四線并行的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，跨過該地區(qū)。

寧站至黎塘西區(qū)段與湘桂鐵路擴(kuò)能改造工程柳州至南寧段(柳南客運(yùn)專線)四線并行，其重點(diǎn)控制工程橫寨四線特大橋分為柳南橫寨雙線特大橋、南廣橫寨雙線特大橋四線并行，橋長分別為11525．17m、11525．19m。

橋址所在地區(qū)位于南華準(zhǔn)地臺上的廣西“山”字型構(gòu)造區(qū)，歷經(jīng)加里東、印支、燕山、喜瑪拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動，形成多種構(gòu)造體系，其沉積建造復(fù)雜，褶皺、斷裂非常發(fā)育，對線路有影響的不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)有:坍塌及滑坡、棄碴失穩(wěn)及水土流失、巖溶塌陷、采空區(qū)地面塌陷。基巖為石灰?guī)r地層，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，溶洞多，有的溶洞相互串通，有的溶洞呈多層立體分布，溶洞最大直徑達(dá)19m，最大深度達(dá)45m。

該橋址原設(shè)計(jì)為路基段，由于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地下溶洞多又相互串通，且分布在不同高程，地基

收稿日期:2010

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2技術(shù)難點(diǎn)

橫寨特大橋354個(gè)墩臺，在鉆孔樁施工已發(fā)現(xiàn)

1168個(gè)鉆孔處于巖溶極發(fā)育區(qū)域，有259個(gè)墩位、

橋址所在區(qū)域基巖發(fā)育極不平衡，軟巖強(qiáng)度不到0．20MPa，硬巖強(qiáng)度超過100MPa。溶洞在平面方向相互串通，且分布在不同高程上，地下水位高，溶孤石、淤泥、雜物夾水等，有300多洞填充物有流沙、

個(gè)樁位是一半溶洞，一半斜巖。施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)地面塌陷、鉆機(jī)傾倒、塌孔、漏漿、偏孔、卡鉆、掉鉆等技術(shù)問題。成孔后的清孔和砼澆筑過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、涌水涌泥、沉渣厚度過大、砼超灌、砼下沉等技術(shù)問題。

3

3．1

鉆孔樁施工工藝控制

鉆孔順序

橫寨特大橋?yàn)樗木�并行客專橋梁，根據(jù)沿線地

質(zhì)水文情況，按照先南廣線后柳南線的原則，再按

2011(3)

·橋

先長樁后短樁，先低位孔樁后高位孔樁的施工順序。長樁先施工，有利于探明該墩位的溶洞分布情況，及早填充溶洞，截?cái)嘞噜徣芏粗�間的通道，防止相互竄孔，加快鉆孔樁施工進(jìn)度。先施工低位樁，可截?cái)嘞噜徣芏粗�間的通道，防止高樁位的泥漿滲漏，有利于高樁位的樁基施工。3．2

鉆孔施工設(shè)備、施工工藝

根據(jù)廣西南寧地區(qū)的地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)資料，選用大功率的沖擊鉆機(jī)成孔，埋設(shè)鋼護(hù)筒跟進(jìn)，膨潤土泥漿護(hù)壁，采用全站儀精確控制樁位。鉆孔主要設(shè)備見表1。

表1

序號123456789

設(shè)備名稱沖擊鉆機(jī)泥漿泵汽車吊挖掘機(jī)全站儀水準(zhǔn)儀孔底沉渣測厚儀泥漿比重儀檢孔器

·梁

鉆孔主要設(shè)備

設(shè)備型號2BOS－9T3PNLQY16CAT320拓普康301

S3TJ－1DNB－1自制

備注

選用4t以上的沖擊錘

圖1鉆孔灌注樁施工工藝流程

回填是處理溶洞較快和較有效的方法。巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔時(shí)，需在樁位附近備足片石、黏土、水等材料，確保在孔內(nèi)泥漿流失時(shí)能及時(shí)回填，補(bǔ)充水頭，防止引起塌孔。4．1．1

鋼護(hù)筒跟進(jìn)

鉆孔前應(yīng)安裝堅(jiān)固、不漏漿的孔口鋼護(hù)筒，護(hù)筒應(yīng)比鉆頭大30～40cm，高出施工地面0．5m，其埋設(shè)位置要準(zhǔn)確和牢固。鋼護(hù)筒利用鉆機(jī)壓入，兩節(jié)鋼護(hù)筒間的焊接要符合設(shè)計(jì)要求，不得漏水。鋼護(hù)筒跟進(jìn)深度要根據(jù)土層深度和溶洞發(fā)育情況確定，盡量采用全護(hù)筒跟進(jìn)，并使其長度跟進(jìn)至巖溶底部巖層。當(dāng)鋼護(hù)筒在施工過程中出現(xiàn)傾斜時(shí)，應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因進(jìn)行糾偏。由于溶洞發(fā)育地段的巖層分布高低不同，鋼護(hù)筒繼續(xù)跟進(jìn)，勢必造成偏位，此時(shí)應(yīng)停止跟進(jìn)，拋填片石和黏土混合物，利用鉆頭沖擊，堵住溶洞和護(hù)筒之間的裂縫，防止漏漿。4．1．2

片石黏土回填

遇到塌孔時(shí)應(yīng)立即提出鉆頭，應(yīng)及時(shí)將片石、黏土、水的混合物進(jìn)行拋填，直到不漏漿為止。拋填時(shí)利用鉆頭沖擊片石和黏土混合物擠入溶洞及

其裂縫中，堵住溶洞和裂縫，造漿護(hù)壁，保證鉆孔樁

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針對巖溶發(fā)育地區(qū)的鉆孔樁施工，采用鋼護(hù)筒

跟進(jìn)、黏土加片石填充、片石回填沖擊糾偏等技術(shù)措施進(jìn)行鉆孔樁施工。鉆孔灌注樁施工工藝見圖1。

4鉆進(jìn)施工中特殊情況處理

巖溶發(fā)育地區(qū)的鉆孔樁施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)地面塌陷、鉆機(jī)傾倒、塌孔、漏漿、偏孔、卡鉆、掉鉆等技術(shù)問題。4．1塌孔、漏漿的處理

在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔樁施工，經(jīng)常發(fā)生塌孔、漏孔，究其原因:

一是鉆錘擊穿溶洞頂板，溶洞無充填物或少量充填物時(shí)，孔內(nèi)泥漿突然流失，孔內(nèi)水頭急劇下降，引起孔壁坍塌;二是鉆錘穿過溶洞附近區(qū)域，外部地下水滲透水壓高過孔內(nèi)泥漿壓力，引起孔壁坍塌;三是鉆錘穿過溶洞附近區(qū)域，孔內(nèi)泥漿壓力過高，引起孔壁坍塌，泥漿嚴(yán)重流失。

·橋·梁

邊為巖石，一邊為空洞或土草雜物造成的。鉆機(jī)在

該位置鉆孔施工時(shí)會產(chǎn)生偏孔現(xiàn)象。4．3．1

回填糾偏

鉆孔時(shí)要加強(qiáng)觀察和測量，發(fā)現(xiàn)有偏孔現(xiàn)象要

以免生產(chǎn)嚴(yán)重偏孔，超出規(guī)范允許值。及時(shí)糾偏，

可在孔內(nèi)回填高強(qiáng)度的大塊片石，改用小沖程沖孔

糾偏。一次糾偏不到位，反復(fù)幾次回填片石，達(dá)到破碎斜面，校正偏孔。對于斜巖巖石強(qiáng)度不大和偏孔不嚴(yán)重的鉆孔，采用此辦法一般可以解決偏孔問題。

4．3．2爆破糾偏

對于斜巖巖石強(qiáng)度過大和偏孔嚴(yán)重的鉆孔，采用回填糾偏效果不明顯，或不能糾偏時(shí)，可用小型地質(zhì)鉆機(jī)在斜巖處打炮眼，深度要深入斜巖3m左右，采用水下控制爆破，破碎或松動斜巖巖面。炮眼的數(shù)量和位置要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況確定，同時(shí)裝藥量以炸碎或炸裂斜巖巖面為限，裝藥量不能過大，以免沖擊力過大造成塌孔。鉆孔樁孔內(nèi)進(jìn)行采用水下控制爆破后，再用沖擊鉆沖砸斜巖巖面，可達(dá)到快速糾正偏孔的目的，不用反復(fù)回填和反復(fù)沖孔。

未采用爆破糾偏前，使用片石回填進(jìn)行沖擊糾偏;糾偏效果不理想，反復(fù)回填片石進(jìn)行沖孔，沖擊鉆機(jī)工作24h的進(jìn)度為20～30cm。采用爆破方法對斜巖進(jìn)行破碎或松動，再沖擊糾偏，沖擊鉆機(jī)工作24h的進(jìn)度可達(dá)3～4m，極大加快了鉆孔樁施工進(jìn)度，橫寨特大橋采用水下控制爆破法糾正鉆孔樁斜孔的有200多個(gè)樁孔。4．4地表塌陷的處理

對鉆孔樁位置發(fā)生地面塌陷，可采用注漿加固、開挖后澆筑砼平臺或鋼筋砼平臺等措施。處理措施要及時(shí)、有效，防止地表塌陷導(dǎo)致鉆機(jī)傾斜，引發(fā)機(jī)械事故和人身傷害事故。

150、151號墩的鉆孔樁施工如橫寨特大橋149、

過程中突然產(chǎn)生地面塌陷，在126m×159m范圍內(nèi)地面塌陷成一個(gè)大坑，最深達(dá)3m，施工便道中斷，附近田地塌陷，鉆機(jī)傾斜。對塌陷區(qū)域采用土體回填并碾壓實(shí)密實(shí)，在墩位10～20m范圍內(nèi)注漿加固，填筑鉆孔樁平臺。239號墩位鉆孔到5m處平臺塌陷，鋼護(hù)筒偏位，鉆機(jī)傾斜。用片石填筑平臺處理后，鉆孔到

順利施工。若溶洞過大，或溶洞內(nèi)水漿處于流動狀

態(tài)，回填沖孔后易再次發(fā)生塌孔，或在沖孔過程存在泥漿漏失現(xiàn)象，可采用強(qiáng)度等級低的砼進(jìn)行水下砼灌筑，砼頂面要高出溶洞面1m左右，對片石和黏土混合物進(jìn)行固結(jié)，避免鉆孔內(nèi)外壓差過大，引起孔壁坍塌。待48h后重新沖孔，鉆孔可順利穿過溶快速成孔。洞，

4．2卡鉆、掉鉆的處理

在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔樁施工，在擊穿溶洞頂板，穿越巖溶層的溝槽時(shí)極易發(fā)生卡鉆、掉鉆現(xiàn)象，或在穿過溶洞附近區(qū)域，由于壓差的原因引起石塊掉落或塌孔埋住鉆頭。4．2．1

改變鉆孔工藝

掉鉆的主要原因是錘頭擊穿溶洞頂板后速度過快，沖擊力大引起鋼絲繩斷裂，或鋼絲繩錘頭連接處脫落引起掉錘。為避免和減少掉錘事故的發(fā)生，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和錘擊的聲音變化判斷溶洞的位置，當(dāng)鉆孔接近溶洞頂板前，改為小沖程沖孔，或先放小鉆頭擊破頂板，再用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭擴(kuò)大孔，可大大減少一錘擊穿頂板，造成卡鉆、掉鉆現(xiàn)象，保證鉆孔樁順利施工。4．2．2

提鉆和撈鉆遇到卡鉆時(shí)，若鉆頭可活動，可上下提動鉆頭，

或用吊車配合鉆機(jī)，同時(shí)交替提動將錘頭提出。若不能提出錘頭，可用小沖錘在樁孔一側(cè)沖擊擴(kuò)孔或用水下爆破法，小藥量震松巖板，提出錘頭。

由于石塊掉落或塌孔埋住鉆頭時(shí)，不能直接提錘，以免造成掉錘事故。要用小沖錘擊碎石塊和黏土，再用泥漿泵清孔，降低沉渣量和泥漿比重，順利提出錘頭。

掉錘位置離地面不深時(shí)，可放錘鉤鉤住錘頭，再要用小沖錘擊碎石塊和黏土，用泥漿泵清孔，降低沉渣量和泥漿比重，提出錘頭。如果掉錘位置過深，不能鉤住錘頭，必須請專業(yè)潛水員撈錘，潛水員下水前要清孔，降低沉渣量和泥漿比重，防止孔內(nèi)泥漿壓力過大，對潛水員身體造成傷害。4．3

偏孔的處理

在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔樁施工，經(jīng)常發(fā)生偏孔，主要其原因:一是由于地質(zhì)構(gòu)造形成鉆孔位置巖石

巖面走向呈傾斜狀造成的，二是由于鉆孔位置巖石的軟硬不同造成的，三是溶洞部分在鉆孔位置，一2011(3)

·橋

12m處再次發(fā)生塌陷;采用挖機(jī)開挖2m后澆50cm

厚砼底板板，再用片石填筑鉆孔平臺，再進(jìn)行鉆孔施工。

117號墩位鉆孔平臺塌陷嚴(yán)重，鉆孔平臺多次塌陷，地基承載力不夠，經(jīng)計(jì)算采用80cm厚砼底板，上下兩面敷設(shè)��12鋼筋網(wǎng)，再用片石填筑鉆孔平臺，進(jìn)行鉆孔施工。