特殊地質樁基施工關鍵技術研究

宋雅萍，劉 斌

(濟南海河建設項目管理有限公司,山東 濟南 250002)

隨著現代建筑工程的不斷發展,巖溶發育的地區樁基成孔技術已成為關鍵技術之一。該技術具有施工難度大、技術要求高等特點,對于保證工程質量和安全性具有重要意義。因此,結合實際工程案例開展特殊地質樁基成孔綜合施工工藝技術研究,對于提高工程建設水平具有重要意義[1]。

1 工程概況

濟南工業北路東延工程位于濟南市歷城區、高新區,工程西起現狀工業北路高架終點(郭店立交以西),東至大正路以東,全長 12.667 km。施工內容包括高架橋梁、地面橋梁、人行天橋工程等。其中高架橋梁工程包含:K0+000—K10+425,K11+874—K12+336主線高架橋,地層主要為第四系全新統人工堆積層、第四系沉積層、燕山期侵入巖漿巖、石炭-二疊系泥巖、砂巖、奧陶系灰巖等,鉆孔時極易發生坍塌。地下水大致分為兩類:基巖裂隙水、巖溶水,濟南名為泉城,地下水量非常豐富。

根據鉆探及物探揭示,主線高架橋區巖溶發育,完成的24孔有13孔揭示溶洞和裂隙,全充填為主,局部無充填,充填物以粉質黏土及碎石類土為主;揭示溶洞高0.5 m～2.4 m;鉆孔遇洞率48.9%。鋼護筒直徑為2.2 m,采用Q235鋼板制作而成。采用激振力為400 t的振動錘將樁基護筒振入。

2 巖溶發育區樁基施工技術

本標段采用沖擊鉆孔或旋挖鉆孔施工進行樁基的成孔,工藝流程見圖1。

2.1 現場施工

每個橋墩下伏基巖均有溶洞發育,溶腔多為串珠型多層溶腔分布,全填充和半填充,少部分溶腔無填充,填充物以黏土為主,主線橋29號墩樁長55 m,于2023年6月開鉆施工,由于墩位處于回填土、雜土范圍內,開鉆后出現塌孔現象,遇到半邊巖半邊土地質時,沖擊鉆平均每天進尺不足0.2 m,需要回填片石、黏土再鉆進,進尺緩慢,為提高施工進度,后來采用旋挖鉆進行施工,由于29號墩樁基屬于大直徑長樁基, 使用傳統泥漿護壁很難保證樁基成孔的穩定性,經常出現塌孔、埋鉆頭現象,后來經過研討,決定鋼護筒跟進(如圖2所示),很好的防止了塌孔、埋鉆頭現象,有效的提高了鉆進速度[2-4]。

部分樁基采用沖擊鉆,沖擊鉆施工進度快慢的關鍵點在錘頭的強度,通過工地試驗,采用4邊鉆頭并在牙齒處幫焊鋼筋和在鉆頭四周焊一圈鋼板,加強鉆頭的耐磨性,且有效防止了“梅花樁”的出現,減少了更換鉆頭的頻率,大大提高了樁基施工進度[5-7]。

2.2 施工難點分析

1)由于巖溶裂隙的特點是多呈串珠狀分布且溶洞體積大、連通性強,當鉆孔至巖溶裂隙或溶洞時,孔內的泥漿會沿著巖溶通道大量流失,導致上部泥漿護壁容易坍塌,甚至引發地表地陷以及埋鉆等事故。

2)弱風化巖具有堅硬的巖質,且出露面呈現凹凸不平的特點。在鉆探過程中,不僅鉆進速度緩慢,而且很容易因受力不均導致鉆頭破裂、卡住或鉆孔偏離等問題,從而延長了工期[8-10]。

3)不同地質發育造成的樁位類型各異,有些是半土半巖的,有些是斜坡狀的灰巖巖面,鉆孔進入斜坡面時容易發生偏孔問題。

4)在混凝土灌注過程中,成孔后,由于混凝土壓力巨大,護壁被沖破,混凝土反向進入溶腔,導致混凝土面下降,甚至使管底脫出混凝土面,引發斷樁事故[11-13]。

2.3 應對措施

1)斜坡巖面處理。解決施工中斜坡巖面問題的主要方法是利用回填片石和黏土,并通過反復沖擊來解決。對一些難以調整的傾斜孔,會選擇灌注低標號的水下混凝土,并采用小沖程打緊錘的方式反復沖擊以形成孔洞。

2)漏漿處理。遇到施工中漏漿現象時,可以采取以下預防和處理措施:a.鉆頭進入溶洞后,如果發現漏漿,應立即將鉆頭抽出,通過反復沖擊回填片石和黏土,以填實溶腔,并確?？變人畨哼_到標準。b.在進行穿透溶洞時,如果出現漏漿的情況,應立即停止鉆進,并將泥漿或水注入孔內,同時投入石片和黏土,以確?？變鹊膲毫S持在正常水平。c.若巖溶裂隙導致漏漿,可增加泥漿密度、減緩鉆進速度、使用小沖程和放慢打擊節奏等方法來抑制漏漿對施工的負面影響。d.如果出現了鋼護筒底部漏漿的情況,需要繼續向下填充堵死鋼護筒底部的縫隙,然后用片石和黏土進行回填,高出護筒底部1 m以上,并反復進行沖擊,以確保其牢固穩定。

3)塌孔處理。遇到施工中輕微塌孔現象時,應立即通過增大泥漿的密度、提高泥漿水的高度、增加水壓來解決。對于塌陷位置不太深的情況,可以選擇使用鋼護筒跟進或者將鋼護筒埋入較深的地方,在護筒周圍進行夯實處理,之后再重新開始鉆探。如果在位置較深且塌孔程度嚴重的情況下,應立即采用片石回填或摻入不少于5%水泥砂漿的黏土回填來解決問題。必要時,需要將鉆機移開,以避免鉆機遭受損壞或埋藏。在回填穩定后,可以重新進行鉆探。當回填后的片石巖面傾斜角度較大時,鉆頭容易擺動,可能導致偏孔、塌孔或卡鉆等問題。此時,可以先使用小沖程進行沖擊,穿過回填層后再切換到正常的鉆進方式[14-16]。

2.4 溶洞處理方案

1)片石、黏土填充重復鉆進。經過實踐檢驗得出最有效最經濟的一個施工方法,即將片石和黏土反復回填填充,這種方法施工簡單、操作方便且成本可控。在沖擊進入溶洞后,孔內泥漿可能會部分或全部流失,導致失去泥漿護壁的情況下容易出現塌孔,并且可能會發生漏漿。為了解決這個問題,我們可以使用1∶1體積比的片石加黏土進行回填處理,也可以在溶腔較大時加入部分水泥?；靥畹倪^程中,每回填一層就進行一次沖擊,以確保片石和黏土混合物的密實性,直到回填的高度達到溶腔頂部的2 m～5 m。在溶洞回填完成后,我們將在孔洞內注入黏度較高的泥漿,并讓其自然滲入石縫中。經過5 h后,我們將施加沖擊力,使泥漿進一步填充石縫和黏土溶腔,形成泥夾石護壁。如果在孔內發現漏漿現象,可以多次回填并反復沖擊,直到漏漿問題解決為止[17-18]。

2)鋼護筒跟進。鋼護筒主要用于巖溶發育復雜、單溶洞高度較大且溶洞性質為半填充、無填充或全填充流塑狀土的情況;在鉆洞過程中,對于存在較大溶洞和不穩定覆蓋層的樁基,可以通過使用鋼護筒緊跟在穩定層附近,實現保護孔壁的作用,同時有效避免地面塌陷因鉆孔樁孔壁坍塌而引起的問題[19]。

3)回填低標號混凝土。處理大型溶洞時,尤其是半填充或無填充的溶洞,一種有效的方法是用低標號混凝土進行回填,以解決在使用填充片石和黏土的方法無法實現成孔或預防孔壁被擠垮的問題,從而確保澆筑混凝土時的穩定性。在進行鉆孔時,如果遇到難以處理的斜巖或其他容易導致偏孔卡鉆的情況,使用填充低標號混凝土的方法可以取得較好的效果。

2.5 注意事項

1)設置十字護樁。為確保鉆孔位置準確,施工人員需在樁中心周圍設置四個樁心控制點,再用木樁進行標記,完成澆筑后再進行拆除。示意圖見圖3。

2)泥漿調配。泥漿調配在巖溶區樁基施工中是關鍵步驟,尤其重要。保證泥漿在導管和鋼筋籠下放時,滿足要求,避免離析和沉淀,以確保樁基孔壁的穩定。施工時,必須合理控制泥漿的比重。對于含黏土和粉土的土層,泥漿比重應在1.02～1.6范圍內。對于易塌陷的土層,泥漿比重應在1.06～1.1范圍內。如果泥漿比重過高,會造成鉆孔過程中的堵塞問題,并且會影響鉆孔效率。需要加入適量造漿粘或跟進長護筒,以便鉆入純砂層[20]。

3 結語

通過回填、鋼護筒跟進等綜合措施,以及合理選擇鉆孔順序、配套的施工機具,同時優化泥漿配置,通過多次改進不同地質和情況下選用不同鉆機進行施工,成功改進了29號主墩樁基的成孔工藝,對于類似工程的施工提供了可借鑒的經驗。