巖溶、砂礫地質(zhì)鉆孔樁TRANBBS施工TRANBBS技術(shù)


摘 要 ：  新建贛龍鐵路第五合同段王中壩特大橋樁基施工中遇到溶洞、流砂層、水下混凝土灌注流失等技術(shù)問(wèn)題。對(duì)流沙層采用“鋼護(hù)筒加固、控制進(jìn)尺速度”的方法進(jìn)行處理；對(duì)溶洞采用“補(bǔ)水、回填堵漏”的方法處理；對(duì)水下混凝土灌注過(guò)程總流失采用“加深導(dǎo)管埋深、加大初存量、勤觀測(cè)”的方法進(jìn)行處理。實(shí)踐證明上述處理方法是行之有效的，可供處理同類問(wèn)題時(shí)參考。
關(guān)鍵詞 ：巖溶、砂礫地區(qū) 鉆孔樁 施工

1、  工程概況：

贛龍鐵路西起江西省贛州市，東至福建省龍巖市。自京九線贛州東站出岔，途經(jīng)江西省贛州市的贛縣、于都、會(huì)昌、瑞金、福建省龍巖市的長(zhǎng)汀、連城、上杭、新羅區(qū)，與漳龍梅線龍巖站接軌。線路呈東西向延展。線路長(zhǎng)度290.02198公里，單線Ⅰ級(jí)鐵路。我單位承攬的第五合同段主要位于江西省會(huì)昌縣境內(nèi)。
王中壩特大橋位于新建贛龍鐵路第五合同段，橋梁全長(zhǎng)667.18米，共19墩2臺(tái)，有￠1.00m及￠1.25m鉆孔樁88根，計(jì)2160.5米，TRANBBS設(shè)計(jì)均為柱樁。橋址位于河灘淤積地，其主要工程地質(zhì)為：地表覆蓋一層黏土層，厚約0.6~1.2米； 1.2~10.0米為砂黏土，褐黃色，硬朔，夾礫石、碎石；以下為灰?guī)r，深灰色，頗重風(fēng)化，巖芯呈柱狀及碎塊狀，受構(gòu)造斷裂影響，巖溶發(fā)育，溶洞內(nèi)填充物為黏土，呈流塑~軟塑，地下水發(fā)育。
本橋在施工前已對(duì)各樁進(jìn)行了逐孔勘探，地質(zhì)樁狀圖顯示每個(gè)孔均有溶洞穿過(guò)，分布深淺不一，與石灰?guī)r交錯(cuò)呈夾層分布，最多的在整個(gè)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)有十多層和灰?guī)r交錯(cuò)呈夾層分布，有些溶洞沒(méi)有填充物，呈空洞狀，溶洞直徑最大的有10多米，最小的也有1~2米，在全橋范圍內(nèi)各向貫通。其典型工程地質(zhì)情況如上圖。
2、  主要技術(shù)難點(diǎn)的處理：

本橋于2002年10月1日正式開工，4臺(tái)鉆機(jī)在4個(gè)墩分別開孔，由于當(dāng)時(shí)我們對(duì)砂礫層和溶洞并存的施工影響認(rèn)識(shí)不夠，當(dāng)鉆到一定深度時(shí)，造成四個(gè)孔先后出現(xiàn)孔口坍塌，護(hù)筒和一臺(tái)鉆機(jī)隨之陷入的現(xiàn)象，施工一度陷入停滯狀態(tài)。
以4號(hào)墩的1號(hào)樁為例，1號(hào)樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)27.36米，樁徑為￠125 cm，護(hù)筒埋深4.0米， 10月10日上午開鉆， 10月12日當(dāng)鉆至13.6米時(shí)，孔內(nèi)水位下降，立即停鉆回填粘土約16.4方，片石2.4方，用鉆頭緩沖，同時(shí)用2臺(tái)泥漿泵往孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，30分鐘后穩(wěn)住了水位，繼續(xù)鉆進(jìn)。當(dāng)鉆至16.4米，孔內(nèi)水位又急遽下降，經(jīng)過(guò)十多分鐘的處理，穩(wěn)住了水位，又繼續(xù)鉆進(jìn)。14日早上8點(diǎn)鉆至26.9米時(shí)，孔內(nèi)水位迅速下降，回填袋裝粘土約30方，片石16.8方，用鉆機(jī)緩沖，同時(shí)用3臺(tái)泥漿泵往孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，但無(wú)法穩(wěn)定水位，半個(gè)小時(shí)后開始出現(xiàn)坍孔，從地面以下2~5m坍塌，回填至原地面重新開鉆。
從4號(hào)墩的1號(hào)樁設(shè)計(jì)圖紙所標(biāo)示的地質(zhì)情況看：從地面至地面下1.2米為砂粘土，1.2~5.2米為砂礫層，5.2~11.8米為石灰?guī)r，到樁底夾有4個(gè)溶洞，第一個(gè)溶洞剛好在地面下13.2~14.3米處，第二個(gè)溶洞在16.2~16.8米處，第三個(gè)溶洞在19.6~24.2米處，第四個(gè)溶洞在26.0~26.9米處。當(dāng)鉆孔先后到13.6米、16.4米、21.3米、26.9米時(shí)，即先后遇到四個(gè)溶洞，孔內(nèi)的泥漿流入溶洞內(nèi)，出現(xiàn)漏漿失水現(xiàn)象。及時(shí)采取措施，回填粘土和片石填充溶洞或堵住溶洞口，用鉆頭緩沖造壁和造漿，同時(shí)往孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，穩(wěn)定水位并使水位上升。遇到溶洞，能夠在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定水位并使水位上升，而不至于坍孔，如遇到第一、第二個(gè)溶洞；如果遇到那些不能在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定水位并使水位上升的溶洞，或遇到溶洞，不及時(shí)采取措施或者采取措施不當(dāng)，使護(hù)筒下松軟的土或砂層在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)泥漿固壁，而造成坍孔。
先后開鉆的其它幾根樁，如10號(hào)墩的2號(hào)孔、1號(hào)墩的2號(hào)孔、7號(hào)墩的2號(hào)孔均是如此原因造成的塌孔。
通過(guò)總結(jié)和分析，我們判定塌孔的主要原因是：本橋橋址為河灘淤積地，溶洞溶槽發(fā)育且地下水發(fā)育，當(dāng)鉆孔至溶洞處，由于孔內(nèi)急遽漏漿，導(dǎo)致泥漿護(hù)壁失穩(wěn)，砂層溜坍，最終造成孔口坍陷。雖然我們?cè)谑┕み^(guò)程中采用了回填片石和粘土的處理措施，但在控制進(jìn)尺，加強(qiáng)溶洞處護(hù)壁上處理較為粗糙，當(dāng)有一層溶洞處理不好，造成急遽漏漿，孔內(nèi)水位馬上下降，上層溶洞處護(hù)壁被擠破后砂層溜坍，導(dǎo)致坍孔。
坍孔的原因找到了，如何對(duì)癥下藥是關(guān)鍵。通過(guò)分析，我們抓住了幾個(gè)關(guān)鍵因素：砂礫層的鉆孔處理、溶洞的處理和水下混凝土灌注流失的處理。以上三個(gè)環(huán)節(jié)任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)造成的施工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致廢樁。而一根廢樁處理一般最少要十幾萬(wàn)元，還得花上一兩個(gè)月時(shí)間，往往是造成巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失和工期損失，后果不堪設(shè)想。為此，我們?cè)谑┕し桨傅倪x定和施工中的應(yīng)急措施進(jìn)行了充分的醞釀和準(zhǔn)備。
2.1、砂礫層的鉆孔處理
采用比鉆孔樁設(shè)計(jì)樁徑小10cm即內(nèi)徑為1.1m或1.35m的鋼護(hù)筒（壁厚8mm），隨鉆孔漸次下至砂層，起支護(hù)作用，可避免因溶洞漏漿造成砂層溜坍。即使出現(xiàn)孔內(nèi)漏漿，水位下降，砂層也不會(huì)垮塌。具體的施工方法如下：
2.1.1先埋設(shè)鋼護(hù)筒（壁厚8mm），鉆孔時(shí)加大鉆頭直徑至1.1m或1.35m,鉆進(jìn)時(shí)注意控制泥漿濃度和鉆機(jī)進(jìn)尺；
2.1.2隨施工進(jìn)尺的速度，提起鉆頭，接長(zhǎng)鋼護(hù)筒，接頭處焊結(jié)牢固，并用￠20mm鋼筋對(duì)接幫焊加固 ；
2.1.3在護(hù)筒頂部蓋一塊厚10mm的鋼板，提起鉆頭，用鉆頭輕砸中心，沖砸時(shí)要控制好護(hù)筒中心位置，注意要及時(shí)調(diào)整，千萬(wàn)不能偏孔，否則，砸下去后很難調(diào)整過(guò)來(lái)。要注意在施工中要及時(shí)判砂層的深度，保證鋼護(hù)筒應(yīng)下至穿過(guò)砂層0，5米以上。另外如果在孔內(nèi)涌水量不大的情況下也可以采用人工挖孔的施工方法 ，利用混凝土護(hù)壁支護(hù)，穿過(guò)砂層。
以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，人工挖孔的缺點(diǎn)是速度較慢，但是這種方法在經(jīng)濟(jì)上比較節(jié)省，而且在開始準(zhǔn)備條件比較充分的情況下可以全面展開施工，人工挖孔穿過(guò)砂礫層。鋼護(hù)筒加固簡(jiǎn)單易行，但費(fèi)用較高，由于工期較緊、鉆機(jī)已上，加上挖孔的熟練工人找不到，所在后期施工中我們采用了鋼護(hù)筒加固的方法。在實(shí)際施工中進(jìn)行得比較順利，除個(gè)別孔由于砂層太深，鋼護(hù)筒下不去，造成輕微坍塌外（但孔口不會(huì)坍塌），其他孔樁施工均較為正常。
2.2、溶洞的處理
針對(duì)本橋的溶洞地質(zhì)，我們?cè)谑┕で熬瓦M(jìn)行了分析，具體的施工對(duì)策和施工方法如下：
2.2.1技術(shù)人員及鉆機(jī)充分掌握地質(zhì)情況，每個(gè)孔的地質(zhì)資料都發(fā)給相關(guān)人員，讓其充分了解溶洞的位置，大小等，做到鉆孔時(shí)心中有數(shù)。
2.2.2各孔周圍準(zhǔn)備足夠的小片石和粘土，粘土要做成泥球狀(φ15～20 cm)或餅狀，用薄膜包裹，防止干裂。同時(shí)，在施工過(guò)程中最好配備一臺(tái)ZL50C型裝載機(jī)，司機(jī)隨時(shí)候命，當(dāng)遇到溶洞漏漿時(shí)，迅速鏟起片石和粘土填孔，同時(shí)集中水泵往孔內(nèi)大量補(bǔ)水。
2.2.3當(dāng)鉆至離溶洞頂部附近時(shí)，采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降，應(yīng)迅速補(bǔ)水，然后根據(jù)溶洞的大小按1：1的比例回填粘土和片石，仍采用小沖程輕砸，讓粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁。要特別提醒的是：千萬(wàn)不要有搶工期、搶進(jìn)度的思想，一定要待粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)形成穩(wěn)定護(hù)壁后并且泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才能轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。
對(duì)于漏漿嚴(yán)重的如10#墩4#孔，多次漏漿，回填粘土和片石沒(méi)有作用，我們采用了直接灌注水下混凝土的方法堵漏，具體措施如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下導(dǎo)管至已鉆孔孔底0.3~0.5m；灌注水下混凝土，至溶洞填充完畢，判斷標(biāo)準(zhǔn)以灌注混凝土面超過(guò)溶洞頂1m左右且混凝土不再下降為準(zhǔn)；待混凝土強(qiáng)度達(dá)到30%~50%左右后，重新鉆進(jìn)。
2.3、水下混凝土灌注過(guò)程中流失的處理
    在我們前期施工的孔樁中，水下混凝土實(shí)際灌注的數(shù)量一般要大大超過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)量，最多的要超過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)量3~5倍。特別值得一提的是在4#墩鉆孔過(guò)程中，在離鉆機(jī)位置大約20米的附近水田中塌出兩個(gè)直徑約1.2米的大洞，說(shuō)明溶洞無(wú)填充物且各向貫通。而且由于混凝土的側(cè)壓力大于泥漿的側(cè)壓力，故在鉆孔過(guò)程中形成的泥漿護(hù)壁容易被擠破，造成混凝土流失。在灌注11#墩2#孔將要結(jié)束時(shí)（還未拔導(dǎo)管），罐車和攪拌機(jī)都已經(jīng)沖洗干凈，但技術(shù)人員測(cè)量顯示混凝土面往下在緩慢下降，施工人員又不得不馬上重新開盤灌注混凝土。
針對(duì)水下混凝土灌注過(guò)程中流失的現(xiàn)象，我們采取了以下施工措施：
2.3.1加大混凝土生產(chǎn)和運(yùn)輸能力，采用混凝土集中拌和站，生產(chǎn)能力為40m3/h，兩臺(tái)罐車運(yùn)輸。
2.3.2加大混凝土初存量，如按正常施工混凝土初存量應(yīng)為1.8~2.2m3，考慮到溶洞的影響，我們加大初存量為3.0

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m3，避免因首盤混凝土數(shù)量不夠造成導(dǎo)管埋深不夠而斷樁。
2.3.3灌注過(guò)程中加大導(dǎo)管埋深，我們一般控制導(dǎo)管埋入深度不小于3米，灌注時(shí)要勤于測(cè)量混凝土面高程，對(duì)灌注過(guò)程中出現(xiàn)的緩慢下降要有準(zhǔn)確的判斷。防止突然混凝土面下降導(dǎo)管懸空造成斷樁事故。
2.3.4對(duì)漏漿嚴(yán)重或多次漏漿的個(gè)別孔，應(yīng)做到心中有數(shù)，在灌注時(shí)應(yīng)加大混凝土灌注高度，一般考慮要超過(guò)設(shè)計(jì)高程1.5~2.0米，盡量避免在灌注完成拔出導(dǎo)管后混凝土面下降造成短樁。
2.4、嵌巖及終孔的檢驗(yàn)
巖面檢驗(yàn)要點(diǎn)：本工程按設(shè)計(jì)要求樁端須進(jìn)入新鮮完整基巖不小于0.5米，工序中增加了一般地質(zhì)條件下灌注樁施工所沒(méi)有的全巖面檢驗(yàn)。地質(zhì)資料及實(shí)際施工表明,本地區(qū)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū),巖面起伏、傾角陡,溝槽、裂隙縱橫,因此,全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關(guān)鍵。影響全巖面判定的因素較多,而現(xiàn)有的樁基技術(shù)規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn),受地質(zhì)條件復(fù)雜的影響,全巖面的判斷往往意見不一,成為質(zhì)量控制的一大難題。實(shí)際施工中,根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性、復(fù)雜性及工程特點(diǎn),經(jīng)過(guò)試樁檢驗(yàn),主要從4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行全巖面的綜合判斷。
2.4.1 以樁孔實(shí)際見巖高程始,至少進(jìn)尺50ｃｍ后,須進(jìn)行全巖面檢驗(yàn),設(shè)計(jì)鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程在實(shí)際施工過(guò)程中僅作參考。
2.4.2 查閱機(jī)臺(tái)施工記錄,可將基巖進(jìn)尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作為進(jìn)入全巖面的控制速度
2.4.3觀察井口鋼絲繩的擺動(dòng)情況,錘頭觸巖面時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微反彈。
2.4.4使用細(xì)目篩網(wǎng)撈取巖渣,巖屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時(shí),認(rèn)為入巖。
如出現(xiàn)特殊情況或判斷標(biāo)志不明顯，意見分歧較大時(shí)，則采用工勘鉆探揭露的辦法來(lái)判斷出全巖面。

3、 結(jié)語(yǔ)

在王中壩特大橋樁基施工過(guò)程中，我們通過(guò)以上幾項(xiàng)控制處理措施，基本上順利地解決了巖溶、砂礫地區(qū)橋梁鉆孔樁的技術(shù)難題，成樁質(zhì)量較好。經(jīng)檢測(cè)Ⅰ類樁81根，占總樁數(shù)的92.0%，無(wú)缺陷樁或不合格樁，得到了樁基無(wú)損檢測(cè)單位的好評(píng)，并要求沿線各標(biāo)段有類似情況的施工單位來(lái)參觀學(xué)習(xí)，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在以前，我們也從未經(jīng)歷過(guò)溶洞、砂礫地質(zhì)鉆孔樁的施工，通過(guò)摸索和總結(jié)出來(lái)的這一套經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)同類的技術(shù)難題的處理提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：《鐵路橋涵施工規(guī)范》（TB10203-2002）
《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-99）
《鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè).橋涵》（中國(guó)鐵道出版社 2000年）
《鐵路工程地質(zhì)學(xué)》 蔣爵光  1991年10月

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