溶洞發(fā)育區(qū)樁基施工技術(shù)

溶洞發(fā)育區(qū)樁基施工技術(shù)

中鐵十四局二公司丹通項目部2010年1月18日

一、工程簡介

我單位承建丹通高速公路第九合同段地處遼寧省寬甸縣范圍內(nèi)，所經(jīng)地區(qū)為中低山地貌，山勢延綿，山體龐大，尖棱狀山脊，一般海拔大于500m，坡度較陡。沿線山間河谷平原呈條帶狀、樹枝狀或羽狀均勻分布。區(qū)內(nèi)主要為堅巖、次堅巖，局部有碳酸鹽巖類分布，并有溶洞發(fā)育。我標(biāo)段共其中有4座大橋及1座分離式公公立交處在溶洞極其發(fā)育區(qū)，地質(zhì)逐樁勘探資料顯示分布深淺不一，部分樁基穿越三層溶腔，最大的溶腔高達8m。我標(biāo)段樁基設(shè)計均為嵌巖樁，樁基數(shù)量共482根，其中344根處在溶洞發(fā)育區(qū)。小虎寸子高架橋圖二、樁基施工的難點

1、成孔：由于該地區(qū)溶洞發(fā)育及其復(fù)雜，前期在沒有逐樁勘測前對地質(zhì)揭示不準(zhǔn)，施工時遇到的大多是較大的空溶洞，當(dāng)鉆孔至溶洞處，由于孔內(nèi)急遽漏漿，孔內(nèi)十幾米高的泥漿瞬間消失，在短時間內(nèi)補漿和回填也不能穩(wěn)定水位并使水位上升，導(dǎo)致泥漿護壁失穩(wěn)，最終造成坍孔。雖然我們在施工過程中采用了回填片石（或水泥）和粘土的處理措施，但當(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，上層溶洞處護壁破裂，也導(dǎo)致坍孔，嚴(yán)重時極易埋鉆頭、鉆機傾斜等狀況，所以溶洞區(qū)鉆孔樁施工必須準(zhǔn)備足夠的粘土、片石、袋裝水泥、鋼護筒等固、護壁材料，以備出現(xiàn)事故時，能有足夠的措施予以補救；部分溶洞與地下暗河連通，地下水嚴(yán)重稀釋泥漿，降低了泥漿比重，造成泥漿不能將將孔內(nèi)鉆渣攜帶出孔外，造成鉆進無法繼續(xù)難以成孔。2、成樁：灌注樁基混凝土?xí)r，第一車封底混凝土灌注速度必須要快，強大的沖擊力和泥漿的快速流動很容易破壞溶洞處的護壁，造成塌孔或混凝土大量流失。三、溶洞處理方法

我標(biāo)段處理的三百多根樁基溶洞主要方法是回填黃泥夾片石擠住溶洞、回填黃泥加袋裝水泥加強護壁、鋼護筒跟進；個別是通過更改設(shè)計減少樁長增加樁徑、減少樁長增加樁基數(shù)量來解決的；還有部分溶洞與暗河連接，稀釋泥漿，降低泥漿比重，造成泥漿不能將攜帶出孔。1、溶洞地區(qū)施工樁基準(zhǔn)備工作溶洞地區(qū)施工樁基施工時，護筒必須穿透砂礫及卵石等透水層座落在不透水的土（石）層上，這樣可以防止遇溶洞時水頭高度急劇下降而造成坍孔，從而避免鉆機失穩(wěn)造成事故。在溶洞完全發(fā)育地區(qū)，在鉆機下鋪墊枕木或鋼板從而增大鉆機的受力面積，可以減少事故發(fā)生。溶洞地區(qū)未明地質(zhì)條件下成孔，均采用小沖程作業(yè)（1.0～2.0m），特別在溶洞上、下壁附近，及洞身侵入樁孔內(nèi)部時更應(yīng)如此。小沖程作業(yè)的主要目的，在于利用鉆頭對鉆屑和片石、粘土互層成份的沖擊，來擠密孔壁；由于地層條件的特殊性，小沖程作業(yè)在一定程度上也可減少卡鉆、掉鉆、斜孔、坍孔等工程事故。在圖紙揭示溶洞密集地區(qū)，我標(biāo)段采用比設(shè)計樁徑大的裸鉆頭，利用加大鉆頭的重量增大沖擊力，可有效減少卡鉆、斜孔事故發(fā)生。溶洞區(qū)鉆孔樁基施工必須準(zhǔn)備足夠的粘土、片石、袋裝水泥、鋼護筒等固、護壁材料，以備出現(xiàn)事故時，能采用有效的措施予以處理補救。粘土采用粘性好的黃土，要有較好的造漿護壁功能；片石有不少于3個的破裂面，粒徑不大于溶腔高度的0.6倍，粒徑應(yīng)大小搭配。2、回填黃泥夾片石施工過程中當(dāng)發(fā)生掉鉆頭或失水情況時迅速提起鉆頭，采用事先調(diào)配好的片石、黃粘土混合物充填樁孔，填充應(yīng)迅速。填充物穩(wěn)定后頂面標(biāo)高應(yīng)控制在溶洞頂面3m左右，充填過程中做好觀測，觀測結(jié)果連續(xù)12小時沉降小于0.5m時可繼續(xù)鉆進。在溶洞內(nèi)無充填或半充填，溶洞不太大，但存在嚴(yán)重漏水或半漏水，護筒內(nèi)水頭高度不能保持時，可采用片石加粘土回填沖擊使其形成泥石護壁。反復(fù)回填片石粘土反復(fù)沖擊，直至形成泥石護壁不再漏漿為止，我標(biāo)段大都采取這種方法成孔的。這也是比較成功的施工方法。3、充填片石粘土水泥混合物

有些樁基鉆進過程中遇到的溶洞，首先采用的是片石粘土的方法進行封堵，但由于需要繼續(xù)鉆進，對封堵的位置反復(fù)的沖刷，往往會造成護壁破壞從而再次失水，反復(fù)幾次均不能成功的封堵，在這種情況下經(jīng)過研究我們在混合物里面加入袋裝水泥，然后用沖擊鉆小沖程進行沖擊，使混合物充分混合并擠入溶洞內(nèi)，當(dāng)沖擊到溶洞位置以下時暫停鉆進停止8小時左右，利用水泥的水硬性和片石粘土的混合物形成一定的強度，使護壁更加堅實，同時部分水泥流入泥漿中，可增大泥漿比重和攜帶能力，有利于順利成孔。4、泥漿中摻加膨潤土、火堿

鉆進過程中遇到的溶洞，如表層卵石層滲水嚴(yán)重，充填片石粘土（或加水泥）可以阻止漏漿，但地下水流入孔內(nèi)會遭到嚴(yán)重稀釋泥漿，使泥漿比重變輕無法將鉆渣清出孔外。我標(biāo)段采用鉆探中常用的泥漿中摻加膨潤土、火堿以增大泥漿濃度，膨潤土有懸浮特性，火堿可以調(diào)節(jié)漿液濃度，改善泥漿增大其攜帶能力，可以漿鉆渣清出孔外。膨潤土和火堿要事先用水調(diào)好，用泥漿泵送至孔底才用有較好的清孔效果。此種方案要在處理好孔內(nèi)不漏漿的情況下采用，使用造漿材料較多，每次要用膨潤土2噸，火堿200千克，并因反復(fù)造漿而產(chǎn)生大量的泥漿，故需要有充足的泥漿排放場地。5、采用淘渣法清孔鉆進過程中遇到暗河，暗河水流將返渣水泥漿稀釋降低泥漿比重，造成泥漿無法將石渣攜帶出孔，造成鉆進無法繼續(xù)。我們首先采用仍是片石粘土或摻入袋裝水泥進行封堵，但由于地下水的流動性，該種方法處理效果不明顯。為此我們經(jīng)過多次改進加工了如上圖所示的淘渣器，該辦法雖然取得了較為明顯的效果，但是由于隨著鉆孔的繼續(xù)，每鉆進1.5m-2m就需要進行淘渣一次，每次淘渣都需要吊車將淘渣器沉入孔內(nèi)再將落入淘渣器內(nèi)的石渣提出，對吊車的占用時間過長。地下暗河輸送泥漿泥漿比重大攜帶石渣上返淘渣器泥漿被稀釋浮力變小石渣下沉落入淘渣器淘渣法圖當(dāng)遇到多層溶洞且溶腔較大時，充填片石粘土已不能起到顯著作用，鋼護筒跟進則是處理多層或大溶洞采用的常用方法，因為我標(biāo)段存在溶洞的樁基較多，故采用鋼護直徑不一。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，厚度小的鋼護筒易變形，我標(biāo)段購置了卷板機和12mm厚的鋼板，并聘請和培訓(xùn)了部分制作鋼護筒的專業(yè)人員，以加工各種型號的鋼護筒。當(dāng)出現(xiàn)多層大溶洞先用比樁徑大20cm左右的鉆頭開孔，通過第一層溶洞后安裝第一層鋼護。安裝時，首先安裝兩節(jié)(3m)，然后焊第三節(jié)，焊完后下放一節(jié)如下放不順利可用垂頭靜壓或慢砸，再焊第四節(jié)，以此類推，直至鋼護筒底在溶洞底至少0.5m。再用設(shè)計樁徑的鉆頭鉆進至穿過第二層溶洞，用同樣的方法第二次安裝鋼護筒。然后繼續(xù)鉆進至成孔。6、鋼護筒跟進

第一層溶腔第二層溶腔第一層鋼護筒第二層鋼護筒設(shè)計樁徑鉆頭鋼護筒跟進圖7、變更樁基設(shè)計

我標(biāo)段內(nèi)樁基設(shè)計均為嵌巖樁，所以樁基承載力=樁身摩擦力+樁底巖石承載力，部分樁基后期逐樁鉆探地質(zhì)資料顯示，原設(shè)計樁基需穿越多層溶洞。后通過設(shè)計計算增加樁基直徑減短樁基長度，在滿足樁基承載力的情況下，大大減小了樁基施工難度。第二層溶腔第一層溶