巖溶地層鉆孔樁鋼護筒跟進成孔施工技術

巖溶地層鉆孔樁鋼護筒跟進成孔施工技術巖溶地區(qū)樁基施工面臨成孔難、易漏漿、常塌孔等技術難題，結合某特大橋巖溶區(qū)鉆孔樁基的施工，介紹了采用多層鋼護筒跟進，拋投片石、黏土、水泥封堵小洞和混凝土封堵大洞等方法，成功解決各項技術難題，保證了樁基的成孔質量，為類似地區(qū)樁基施工提供了可借鑒經驗。標簽：巖溶地層;鉆孔樁護筒跟進成孔;施工技術前言：護筒跟進的作業(yè)工藝，較適合珠串狀溶洞且溶腔大于3m的復雜巖溶地質條件施工。但樁長超過一定深度后，護筒跟進作業(yè)容易造成偏位而難于成孔。溶腔充填物受外界環(huán)境影響較小，充填物比較軟弱，特別是半充填及無充填的情況下，施工中采用回填擠密的方案，在沖擊成孔過程中形成梯形孔壁，有利于沖擊鉆進成孔。1、工程概況某特大橋中心里程為K95+310.15，全長2088.3m，上部結構為20m、25m、30m和40m預應力簡支箱梁，下部結構為圓形柱式實體墩，肋板式橋臺和柱式橋臺，基礎為鉆孔灌注樁，其中①180cm樁基170根、①150cm樁基249根、①120cm樁基16根，共計435根。設計最大樁長58m，實際孔深近60m。橋區(qū)地質勘察揭露巖溶等不良地質。特殊巖土層為谷地中軟土和煤層，影響擬建橋臺、墩的穩(wěn)定性，須采取相應的處理措施。巖溶影響擬建橋臺、墩的穩(wěn)定性，橋梁基礎應嵌入完整連續(xù)的灰?guī)r內，且應保證樁端持力層及其應力擴散范圍內不能存在有溶洞、溶槽或其它臨空面。橋址巖層以頁巖、砂巖與灰?guī)r為主，巖溶強發(fā)育。單層溶洞最高達25m，整個樁基范圍內最多分布溶洞有13層。溶洞大小不一，呈兩種典型分布形態(tài)：一種為小型串珠溶洞群，單個的溶洞相對較小，洞室高度一般不大于3m,形狀相對規(guī)則，沿深度呈串珠分布;一種為大型溶洞，洞室高度超過3m,跨度較大，沿深度呈斷續(xù)分布，且填充物復雜。2、樁基成孔根據(jù)地質勘探鉆孔結果，經過多方論證，最終確定成樁方案：采用沖擊鉆沖孔，鋼護筒跟進成孔方法。單層鋼護筒跟進至土石分界線下1m,隔離上部松軟土層，保證樁孔在鉆進過程遇溶洞孔內不漏漿，上部土層保持穩(wěn)定不塌孔，溶洞采用拋投片石、黏土、水泥封堵小洞和混凝土封堵大洞的方法處理。跟進第2層鋼護筒，隔離溶洞人工填充物，穿過溶洞區(qū)，保證該層溶洞不再引起漏漿或塌孔現(xiàn)象，防止混凝土灌注過程因混凝土擠破孔壁而引起的混凝土流失。以右幅17#-2樁基為例：右幅17#墩2號樁基設計孔深58m，實鉆孔深59.8m。開孔埋設3m長①2.4m普通鋼護筒，采用1.8m十字錘頭沖孔。土層位置正常鉆進，當鉆進37m進入巖層1m,跟進2.2m鋼護筒形成堅固孔壁。下部采用拋投片石、黏土、水泥封堵小溶洞和混凝土封堵大溶洞的方法處理溶洞。溶洞處理完畢后正常鉆進成孔。2.1溶洞封堵溶洞封堵方法的選定依據(jù)為溶洞漏漿量、漏漿速度、漏漿頻次，一般鉆孔過程發(fā)現(xiàn)漏漿，及時采取拋投片石、黏土、水泥混合物封堵然后補漿至孔口。若同一位置反復漏漿且漏漿情況嚴重則采取C25水下混凝土灌注封堵的方法處理。具體如下：（1） 溶洞范圍小，溶洞高度小于1m,漏漿緩慢，采用片石和黏土的混合物回填至溶洞頂以上2m,鉆頭小行程擠壓密實。當溶洞填充物為流塑狀時，在回填混合物時可摻適量水泥起固結護壁作用，然后補漿至孔口。待水泥終凝24h后再繼續(xù)施工。如一次回填不能完全填充，則可再回填一次，使混合物完全填充溶洞。（2） 溶洞高度大于1m，且溶洞為填充或半填充的、漏漿緩慢，則先拋填片石（15?20cm狗頭石）、黏土和水泥混合物（片石和黏土比例為1：1，每填高3m混合物填水泥500kg），回填高度一次以2?3m為準;然后用小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護壁，水泥黏土混合物將片石空隙初步堵塞后停止沖擊;混合物回填至溶洞頂以上3?5m,待水泥強度達到2.5MPa后，再繼續(xù)沖擊，穿過溶洞。在鉆前或鉆進過程中，適當增加黏土數(shù)量，提高泥漿比重（泥漿比重以1.35?1.45g/cm3為宜）。（3） 溶洞高度大于1m,溶洞為無填充或漏漿嚴重的，向孔內快速回填片石（15?20cm狗頭石）、黏土和水泥混合物待水頭不再下降為止;然后回填5?10m混合物，補漿至孔口;鉆頭小沖程擠壓，把混合物擠進溶洞內，24h后，待水泥強度達到2.5MPa后，再繼續(xù)沖擊，穿過溶洞。（4） 在同一溶洞位置多次使用片石、黏土、水泥混合物封堵不能通過的，提前做好混凝土封堵準備，待再次漏漿快速下設導管至孔底，灌注C25水下混凝土，待混凝土面開始上升后補灌4?6m,然后補漿至孔口，靜置2?3d待混凝土強度達到70%后重新沖孔。2.2鋼護筒跟進2.2.1鋼護筒尺寸選擇最里層鋼護筒大于樁徑10?20cm,同時小于上一層鋼護筒內徑20cm,依次類推。鋼護筒壁厚10mm。1)樁徑1.2m的樁基采用1.4m、1.6m、1.8m的鋼護筒組合;2)樁徑1.5m的樁基采用1.6m、1.8m、2.0m的鋼護筒組合;(3)樁徑1.8m的樁基采用2.0m、2.2m、2.4m的鋼護筒組合。2.2.2鋼護筒制作鋼護筒在工廠分節(jié)預制(每節(jié)1.5m長)，現(xiàn)場焊接成9m長鋼護筒備用，接口處設置8?10個連接板加固。2.2.3鋼護筒施工正常埋設普通鋼護筒2?4m,確定樁位中心后開鉆。上部覆蓋層使用大于樁徑55cm錘頭正常鉆進至土石分界線下1m,沉放第1層鋼護筒。(3)孔內跟進第1層鋼護筒后，繼續(xù)沖砸將溶洞打開，拋填黏土、片石及水泥混合物將洞內沖砸密實或灌注混凝土形成臨時閉合層防止塌孔。如下層溶洞較小或溶洞封堵處理后狀態(tài)穩(wěn)定，則使用同樁徑尺寸錘頭正常鉆進至設計樁底，不再跟進鋼護筒。如下部溶洞發(fā)育則根據(jù)穿過溶洞及巖層性質決定是否采取第2層、第3層鋼護筒跟進。當穿過最后一層溶洞后跟進鋼護筒進入完整基巖至少0.5m。(4)當鋼護筒下沉至第1層巖面或穿過溶洞下至基巖面時，拋投片石、水泥、黃土混合物或灌注混凝土，然后采用小沖程沖擊，使其密實造壁，孔底平整后繼續(xù)沖孔。防止因巖層面傾斜造成套筒壁與巖層產生較大空隙，鉆進過程發(fā)生埋錘、卡鉆、套筒刃腳傾斜等現(xiàn)象。3、施工注意事項根據(jù)地質鉆探資料提供的溶洞分布情況，按照先長后短、先難后易的原則確定各樁施工順序。第1層鋼護筒跟進至土石分界面下1m后可預防孔口塌孔及孔內塌孔造成后續(xù)不良情況。樁基清孔使用膨潤土，即保證泥漿均勻、清渣徹底，同時防止灌注后期因泥漿比重加大造成的灌注困難。第2次清孔泥漿比重控制在1.1?1.15，孔內排出的泥漿手摸無較大(2?3mm)顆粒。較長溶洞樁基泥漿比重一般調至1.15即可灌注水下混凝土。4、存在問題及對策（1）溶洞若處于斜巖地層，鋼護筒僅能對一個方向支護，斜巖下端的填充物位置圍護不到，繼續(xù)鉆進仍然存在漏漿，會發(fā)生鋼護筒外側填充物坍塌、后期灌注混凝土擠破孔壁等意外，因此刃腳的固結處理至關重要，鉆進及灌注過程仍須做好應急預案。（2）強烈發(fā)育巖溶區(qū)鉆孔樁在灌注混凝土過程中灌注速度不能太慢，同時混凝土初凝時間控制在6h左右，在混凝土水頭壓力作用下薄弱溶洞壁容易被壓穿導致混凝土流失造成斷樁。針對這種情況需對原樁孔以片石、粘土回填（有條件時盡量在回填前采用水下切割鋼筋籠），然后在鉆進的過程中不需用電磁鐵去吸附砸碎的鋼筋頭，重新成孔。5、結束語通過對某特大橋435根巖溶地層樁基的成孔技術的研究，解決了溶洞發(fā)育地區(qū)樁基的成孔及因溶洞漏漿引起的塌孔、埋錘、混凝土