淺談巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工

1、淺談巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工摘要：首先介紹了在巖溶地區(qū)進展鉆孔灌注樁施工的難點和鉆機選型；然后，分析了鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點；最后，闡述了巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁常見事故出現(xiàn)原因及處理措施。關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)灌注樁施工技術(shù)0引言我國各地廣泛分布著巖溶地貌，其地質(zhì)及水文地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，形成了許多諸如石林、石筍、鐘乳石、溶洞、暗河、懸泉、瀑布以及隱藏于地層中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景觀和地質(zhì)構(gòu)造。在這些地區(qū)進展道路建立常常會需要架設(shè)橋梁跨越溝谷，當(dāng)橋梁采用鉆孔灌注樁根底時，需要在巖溶地層中成孔。1工程難點巖溶地區(qū)地質(zhì)形態(tài)異常復(fù)雜，現(xiàn)有地勘手段無法完全摸清。從實際已完工程工程的施工情況來看，巖溶

2、地區(qū)成孔有以下幾大難關(guān)。1.1成孔過程中漏水、漏漿由于溶洞的大孝分布、走向等地質(zhì)資料反映不可能非常準(zhǔn)確，施工過程中往往出現(xiàn)一些意外情況，在鉆進過程中因突然漏水、漏漿導(dǎo)致孔內(nèi)水頭迅速下降，導(dǎo)致護筒擠壓變形或塌孔、埋鉆，甚至地面大范圍沉降等重大平安事故。1.2成孔事故多由于巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在施工過程中可能會遇到大溶洞、多層溶洞或孔內(nèi)有石筍、溶溝、孤石、巖面呈斜面、陡坎、異形等復(fù)雜情況，在成孔過程中塌孔、埋鉆、卡鉆、掉鉆、鉆孔偏斜、移位、彎孔等事故較為普遍。1.3孔內(nèi)涌砂當(dāng)巖面傾斜較大，加之因溶蝕產(chǎn)生溶槽、溶溝或有大塊孤石等情況，鋼護筒沒有完全著巖，在成孔時，由于沖擊錘的上下起落引起孔內(nèi)水位波

3、動，會發(fā)生孔壁砂向孔內(nèi)涌流的情況。1.4清孔難度大當(dāng)采用沖擊鉆機沖擊成孔工藝特別是大直徑樁成孔后，怎樣清孔，使沉渣厚度及泥漿性能同時符臺標(biāo)準(zhǔn)要求，是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。有時換漿到達標(biāo)準(zhǔn)要求時，由于泥漿比重降低，粘度下降，又會重新發(fā)生滲漏、塌孔事故。1.5混凝土灌注難度大由于樁超長，混凝土方量大、灌注時間長，所以樁身混凝土質(zhì)量控制難度很大。而且通過溶洞段時，還易發(fā)生混凝土壓力過大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或斷樁。所以必須準(zhǔn)確計算、精心組織，控制好混凝土坍落度與灌注速度。2鉆機選型巖溶地區(qū)因其特殊的地質(zhì)情況：溶洞發(fā)育的不規(guī)那么性、分布的不確定性、溶洞孔壁的不穩(wěn)定性、溶洞內(nèi)充填情況的不確定性、以及是否漏

4、水等，給巖溶地區(qū)鉆進成孔帶來了宏大困難。特殊地質(zhì)情況下選擇何種類型的鉆機，適應(yīng)各種不同類型溶洞成孔問題顯得至關(guān)重要。2.1覆蓋層鉆機選型當(dāng)覆蓋層主要是砂層和粘土層時，為保證鉆進成孔，可采用全護筒跟進的施工方法，以保證鉆進中覆蓋層不塌落而造成塌孔事故。在覆蓋層的施鉆工作中，因盤旋鉆采用氣舉反循環(huán)排渣，進尺效果明顯，又能有效的控制成孔的垂直度和孔徑，因此在覆蓋層施工中，最好選用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機。2.2過渡段施工鉆機選型對于溶洞的斷裂破碎帶即過渡段，巖層外表地質(zhì)復(fù)雜，巖面起伏傾斜、表層破碎、裂隙發(fā)育，并伴有溶溝、溶槽和孤石等。在鉆進巖面后，護筒刃腳處常脫落掉塊而涌沙，這就需要根據(jù)不同的地質(zhì)特點，選

5、擇不同類型的鉆機，以渡過破碎層。2.2.1巖面起伏、傾斜較大。在回轉(zhuǎn)鉆進中，因滾刀鉆頭受力不均而令鉆機晃動嚴(yán)重，鉆桿受扭力而易受損，因此可采用沖擊鉆進展施鉆。2.2.2巖面傾斜較小，但破碎嚴(yán)重。對此種地質(zhì)，在用回轉(zhuǎn)鉆施工時，會因鉆頭的攪動而破壞護筒刃腳下的破碎巖石，致使護筒刃腳涌沙，無法繼續(xù)鉆進。因此，可采用沖擊鉆進展施鉆，并拋填粘土和塊石，或者回填水泥袋，用沖擊鉆反復(fù)沖鉆，擠壓破碎巖石，使其在護筒刃腳下形成穩(wěn)固體，粘土(或水泥)與塊石粘結(jié)在一起，形成樁孔護壁。2.2.3巖面傾斜較小，且外表較完好。對此種地質(zhì)情況，為了到達最好的進尺效果，選用盤旋鉆機是最為適宜的，并可在盤旋鉆頭上加設(shè)長鉆具，保

6、證成孔的質(zhì)量。2.2.4巖石外表破碎，且有溶蝕溝槽時，盤旋鉆就不太適宜，最好是選用沖擊鉆機進展施工，用塊石、粘土回填溶蝕溝槽，屢次回填、沖鉆，以沖過破碎層和溶蝕溝槽，又可到達加固護筒刃腳和造壁的效果。2.3破除溶洞頂板的鉆機選型溶洞頂板巖石一般都比較破碎，且不規(guī)那么，厚薄不一。在用沖擊鉆破除頂板時，鉆頭角常會在伸出溶洞時而被卡住，造成卡鉆事故。對大的空溶洞，在破除頂板時，如未控制好沖擊鉆頭的沖程，可能會在頂板穿透時因失重而主繩斷裂，會造成掉鉆事故。因此，在溶洞頂板的破除施工中，選用盤旋鉆機較為適宜。利用盤旋鉆機易控制鉆壓和鉆進速度的優(yōu)點，且可選用前導(dǎo)式長鉆具鉆頭，安裝鉆進自動跟蹤儀，根據(jù)溶洞頂

7、板的巖石硬度，發(fā)育特點，選擇適宜的鉆進參數(shù)，以保證鉆進的順利進展。2.4進入溶洞后鉆機選型溶洞頂板破除之后，在進入溶洞的鉆進穿越過程中，因溶洞內(nèi)的發(fā)育情況復(fù)雜多變，應(yīng)根據(jù)其詳細的發(fā)育特點，選擇最適宜的鉆機。2.4.1洞為空間大溶洞時，選用盤旋鉆機并加設(shè)前導(dǎo)式長鉆具進展施鉆，效果較好。2.4.2洞較小但地板巖面傾斜較大時，用沖擊鉆施工較為適宜。2.4.3溶洞內(nèi)為陡坎或半邊溶洞時，選用沖擊鉆進展施鉆較好。2.4.4溶洞內(nèi)有石柱或石筍時，選用沖擊鉆施鉆，更見效果。2.4.5溶洞內(nèi)有溶溝槽時，選用回轉(zhuǎn)鉆機施工較好。2.5單樁同時穿越幾層溶洞時的鉆機選型2.5.1樁內(nèi)幾層溶洞較近，頂?shù)装迕娓酒叫校x用

8、回轉(zhuǎn)鉆機，并配置長鉆具鉆頭進展施鉆，根據(jù)各層溶洞的詳細地質(zhì)特點，選擇適宜的鉆壓鉆速進展鉆進。2.5.2當(dāng)單樁內(nèi)幾層溶洞層距較大時，應(yīng)根據(jù)溶洞內(nèi)的發(fā)育情況，適宜的選擇沖擊鉆或回轉(zhuǎn)鉆進展施工，以到達最有利的進尺效果和最節(jié)省的人力和物力。結(jié)合多年的樁基施工經(jīng)歷，總結(jié)鉆機選型表如下3施工技術(shù)要點3.1成樁工藝流程鉆孔灌注樁成樁工藝是：鉆機平臺塔設(shè)250t振動錘下沉鋼護筒回轉(zhuǎn)鉆機鉆進成孔(鉆埋鋼護筒)振動下沉鋼護筒至巖面過渡段處理沖擊或旋轉(zhuǎn)法成孔溶洞處理清孔、下鋼筋籠二次清孔、澆混凝土。3.2成孔方案選擇鑒于巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，必須慎重選擇基樁成孔方案。通常情況下，巖溶地區(qū)灌注樁采用沖擊鉆孔或挖孔

9、施工工藝成孔。沖擊鉆孔使用沖擊錐這種有擠壓側(cè)壁作用的鉆機，能廣泛適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，尤其是在處理斜面開孔、半邊巖、石筍、溶槽、溶溝及裂隙漏水、漏漿等情況時比較容易，并且施工本錢較低；在發(fā)生漏漿時，提鉆快，不易埋鉆。但成孔事故多，進尺慢，對操作純熟程度要求高。巖溶地區(qū)采用挖孔樁，完全是出于地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的特殊需要。任何鉆孔灌注樁都很難抑制巖溶地層的特殊地質(zhì)構(gòu)造給施工帶來的嚴(yán)重困難，施工中經(jīng)常會造成偏孔、彎孔、卡鉆、掉鉆等重大事故，嚴(yán)重時還可能形成埋鉆、鉆機傾覆、鉆孔報廢等惡性事故。但，人工挖孔技術(shù)含量低，設(shè)備投入少，投入大量人力即可保障施工進度。由于挖孔的這些優(yōu)點，挖孔樁已經(jīng)成

10、為巖溶地區(qū)一項極為重要的灌注樁形式。3.3溶洞處理接近溶洞頂板時，鉆機采用小沖程(80以下)沖孔，根據(jù)溶洞的詳細特點，制定相應(yīng)的處理措施，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時進展調(diào)整。3.3.1體積較小的溶洞。假設(shè)洞內(nèi)有填充物且裂隙不發(fā)育，鉆穿溶洞時，如水頭無太大變化，可加大泥漿比重(13g/3以上)，按正常成孔方法施工。假設(shè)為空洞，鉆穿后孔內(nèi)水頭突然下降，可采用拋填片石、粘土、袋裝水泥混合料等擠密填筑溶洞，直至停頓漏漿。3.3.2洞體較大的空洞或半填充溶洞。施工前應(yīng)盡可能充分理解溶洞的發(fā)育情況、構(gòu)造、填充物等，假設(shè)遇發(fā)育明顯、有裂隙穿過的空洞時，應(yīng)將鋼護筒埋至風(fēng)化巖層，以防止覆蓋土層的坍塌，并準(zhǔn)備好片石、

11、水泥包、粘土包等填塞物。3.3.3埋藏較深、地下水豐富的發(fā)育溶洞。鉆孔中遇到這種溶洞可打入全程鋼護筒到溶洞底層以隔絕溶洞，采用靜壓化學(xué)灌漿法或噴射灌漿法，固結(jié)填充物，然后再鉆孔施工。假設(shè)洞內(nèi)無填充物或填充物不滿時，那么采取先填充碎石或干砂，然后注漿。3.4施工要點3.4.1鉆進要點沖鉆要視巖石硬度情況確定沖程，假設(shè)巖石強度低，沖程可略低；反之，那么沖程可略高。對于巖溶地區(qū)地層中的大塊石、漂石等，宜采用高錘猛擊或上下沖程交替沖擊，務(wù)必將大石塊搗碎擠入孔壁，并通過粘稠的泥漿)和鉆渣將孔壁石縫堵嚴(yán)，防止孔壁漏水，防止發(fā)生斜孔、坍孔事故。3.4.2確定穩(wěn)定基巖的要點巖溶地區(qū)嵌巖樁設(shè)計對基巖厚度有明確要

12、求，這是為了防止樁基處于溶洞頂面，造成意外。為確保樁基位于穩(wěn)定基巖上，“逐樁鉆探鉆探深度必須大于設(shè)計樁長。在整個沖進施工過程中，必須嚴(yán)格管理，加強觀察，尤其是在最后幾米的沖進過程中，一旦發(fā)現(xiàn)進尺有異常，必須聯(lián)絡(luò)地質(zhì)設(shè)計代表，探明情況方可進展下一步施工。3.4.3掌握樁基的施工次序在一般地區(qū)灌注樁施工，尤其是人工挖孔施工中，同排樁往往同時施工，因為這樣可以護壁和開挖交替施工，可以充分利用工效，同時可以使水頭均勻下降，平衡壓力，保障平安。但在巖溶發(fā)育區(qū)，溶洞往往具有聯(lián)通性強的特點，這時需要特別注意樁基的施工次序，盡量防止相鄰樁基同時施工，以免造成清孔困難，甚至串漿、坍孔。4巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁常見事

13、故及處理措施4.1卡鉆、掉鉆在遇到探頭石、落石、巖溶層的溶溝、溶槽或擊穿溶洞頂板時，極易發(fā)生卡鉆，卡鉆事故發(fā)生的主要原因是擊穿溶洞頂板過猛，鉆頭突然進入溶洞，造成孔形不圓順或掉入大空洞中而卡鉆。遇到卡鉆時，應(yīng)仔細分析原因，不可妄動，以免造成越卡越緊或掉鉆事故，當(dāng)鉆頭可活動時，可上下提動鉆頭，并使鉆頭轉(zhuǎn)動一個角度，反復(fù)嘗試，有可能提出，或用吊車配合鉆機，同時或交替提動，有時能將錘頭提出。用小沖錘(以圓鋼或鋼軌焊接)在樁孔一側(cè)沖擊，并配合高壓空氣或高壓水沖射，使卡點松動后提出鉆頭。必要時可試用水下爆破法，震松錘，吊車配合提出鉆頭。掉鉆的原因主要是大錘的老化破斷，或大繩與錘頭連接不好，鉆孔中應(yīng)時常檢

14、查機具設(shè)備防止掉鉆。4.2漏漿漏漿是指孔內(nèi)泥漿突然大量漏失的現(xiàn)象。漏漿產(chǎn)生的主要原因是鉆穿溶洞頂板遇無充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔內(nèi)壓力，孔內(nèi)水頭急劇下降，外部地下水浸透水壓過高而產(chǎn)生水壓力，引起孔壁坍塌，造成泥漿嚴(yán)重流失。遇到漏漿時應(yīng)立即提出鉆頭，向孔內(nèi)補漿或補水，保持住孔內(nèi)漿(水)面高度，如漿面仍不斷下降，應(yīng)及時進展散拋填，將片石、粘土及水泥制成混合物，視漏漿程度反復(fù)拋填，每次應(yīng)到達1-3，直到不漏漿為止。當(dāng)漏漿太快，散填難以到達目的時，應(yīng)采用集中拋填將粘土袋、袋裝水泥、片石等集中在短時間內(nèi)大量填入。對于溶洞較發(fā)育地區(qū)，如拋填措施無效時，可采用全護筒跟進方法，并使其長度跟進至巖溶

15、底部巖層。4.3鉆孔偏斜由于鉆機鉆孔時產(chǎn)生位移、局部下沉或傾斜，或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質(zhì)軟硬不均時容易造成斜孔和偏孔。遇到鉆孔偏斜時，可采取以下預(yù)防補救措施：在入巖部位、溶洞處理部位要時刻觀察鋼繩在沖擊過程中的擺動情況，校正鋼繩與樁孔中心的偏向。如遇到探頭石引起，可用小型鉆機對探頭石打眼爆破。也可回填片石、卵石，用沖擊錘打掉探頭后，或?qū)@架略移向探頭石一側(cè)，用沖擊錘高錘猛擊，斬斷探頭石。當(dāng)發(fā)生孔斜時，應(yīng)立即進展修孔，對于高度小于l的斜孔段，用小沖程修孔，在傾斜的巖面上沖擊出一個臺階，再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1以時，應(yīng)采用填石修孔法。4.4塌孔塌孔主要是由于漏漿嚴(yán)重，補水來不及造成

16、的。常用的處理方法：及時補足泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度，同時加粘土、片石混合料，采用小沖程沖孔固壁，防止塌孔擴大；假設(shè)塌孔擴大，導(dǎo)致地表塌陷時，其處理方法是：小面積塌陷護筒無位移時，應(yīng)及時回填粘土并用袋裝粘土加固護筒后再重鉆；假設(shè)護筒口有較大橫向位移并且無法糾偏時，拔出剛護筒，回填塌孔，重新壓入護筒在鉆。4.5斷樁巖溶地區(qū)樁基斷樁產(chǎn)生的主要原因是由于溶洞互相溝通，灌注時難以測出混凝土數(shù)量，水下混凝土流失嚴(yán)重，造成斷樁。預(yù)防斷樁的措施有：每次灌注時應(yīng)備足砂石料及水泥，還應(yīng)有相應(yīng)的備用機械。施工過程嚴(yán)密監(jiān)測混凝土面上升速度，要保證2的埋管深度，減少對下部混凝土的擾動。5完畢語5.1巖溶地區(qū)鉆孔樁施工的難點主要在于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工中不可預(yù)見的因素太多