巖溶特別發育地區鉆孔灌注樁施工技術

董龍

摘要：巖溶發育地區地質復雜具有不確定性，容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險系數，從而引發安全、質量事故。以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景，針對石灰巖地區存在的多種縫隙以及巖溶發育引發施工難度加大等問題，進行了相關探討與分析，為類似鉆孔灌注樁的施工提供借鑒和參考。

關鍵詞：巖溶；鉆孔灌注樁；施工技術

0? ?引言

巖溶發育地區地質復雜具有不確定性，容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險系數，從而引發安全、質量事故。而發生事故時，地質的復雜性又給救援工作增加了不小救援難度，不僅延緩了工期進度，還會增加預期成本。本文以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景，針對石灰巖地區存在的多種縫隙以及巖溶發育引發施工難度加大等問題，進行了相關探討與分析。

1? ?工程概況

TJ17標段路線長達11.734km，里程樁號范圍為K163+418～K175+152。此標段主線橋梁共有5座匝道橋，共計1120根樁基。所有橋梁橋位都在巖溶區，該區域巖溶以弱到中等發育至強烈發育為主，由此對樁基施工造成一定影響。

鳳翔特大橋16～20#墩樁基施工孔內埋錘、卡錘等事故頻發，樁周地表塌陷嚴重，灌樁時溶洞穿孔斷樁機率大。該區域樁基左側緊鄰地方旅游大道，施工安全風險高，成樁質量差，成孔周期長。架梁通道不能拉通，半幅通車無法保證，時間緊、任務重。

2? ?施工方案

綜合考慮安全、技術、質量、成孔效率等多方面因素，擬對風翔特大橋剩余樁基進行如下變更設計：左18-1a、左18-1b、左19-1、左19-2樁基，采用全套管全回旋鉆機施工。該工藝施工單樁成樁周期為1015天，套管為永久護筒（最大外徑1.5m，壁厚3cm）穿過溶洞嵌入持力層，可保證成樁安全、質量及成樁效率。

本項目所需的主要設備有基礎型履帶起重機（90t）和全回轉全套管鉆機（型號為 DRT2005H）。采用全回轉鉆機施工鉆孔灌注樁，樁徑為φ1500mm，樁深55～72m（具體待設計院最終確定），采用一次性鋼套管。

3? ?鉆孔灌注樁施工技術流程與應用要點

全套管跟進成孔工藝流程如圖1所示。

3.1? ?施工準備及地基加固處理

施工前準備工作包括：組織與安排施工人員，準備材料與相關機具物資，布置施工現場，安全、技術交底，拼裝機械設備等。

因部分孔位已塌陷多次，為確保施工安全，需對塌陷區上部2m厚度范圍內采用碎石及黏土進行回填。壓實處理后對樁位處7m×10m范圍內硬化處理，硬化層厚度不小于250mm。硬化前用直徑16mm鋼筋按150mm×150mm間距進行鋪設。在樁位處預留直徑2.1m的空洞，此處不需進行硬化[1]。

3.2? ?一次性鋼套管加工

鋼套管主要材料采用厚度30mm的Q345優質高強度錳鋼加工，套管外直徑1500mm，底節管設置管靴，管靴材料材質為20crmo鍛造，并調制熱處理。管靴底部設置28把刀座，安裝優質切削刀頭28把，確保施工中巖層能夠正常鉆進。

加工完成的鋼套管需同心，不得出現橢圓等異?，F象。每節鋼套筒長度約8m，同時設置調節管，調節管長度2～4m不等。全回轉鉆機每根樁的套管長度應大于設計樁長2.5m，即施工至孔底標高后，孔口需有2.5m的鋼套管高出地面。利用兩臺二保焊對稱焊接連接不同套管，焊接前提前加工套管剖口[2]。

3.3? ?測量放樣

采用全場儀確定鉆孔灌注樁的距離。根據工程設計特點，確定鉆孔灌注樁的部位，將鉆頭和套筒位置與之對準。

3.4? ?全回旋鉆機就位

確保定位鋼板安裝到位，固定鋼管的孔深位置，需與需清障的孔深中心準確吻合。鉆機4個腳架必須在鋼板4個基點內進行固定，裝配完成之后再檢查鉆機垂直度（通常利用經緯儀和垂直度監視系統配合使用）。使用四腳液壓缸調整的鉆機姿態，直至其滿足垂直度要求。

液壓泵站安裝完畢、鉆機液壓裝置銜接完成后，檢測、調整裝置，保證各液壓裝置（如油料、冷卻液、油氣管路接頭、各閥等）的運行狀態良好。反力配重應按對稱方式安裝，安裝后應檢驗其承載能力，確保其滿足轉鉆機施工荷載。按照工程標準安裝反力叉，完畢后檢測其牢固情況，必要時進行加固。根據切割深度，將不同長度的鋼套管組裝連接，組裝完畢后，裝入鉆機。

3.5? ?上部套管鉆進

啟動液壓泵，待發動機轉速提高后，將回轉液壓馬達調到0位，打開夾緊液壓缸按鈕。套管被夾緊后，立即啟動回轉驅動系統，待回轉阻力隨時間達到一個平衡狀態之后，再慢慢調至高轉速。

對鉆頭進行試運轉，校正垂直角度，確認鉆頭工作狀態正常且垂直角度不超過3‰，即可進行鉆孔。正常鉆進后，調整氣壓、扭矩等參數穩定后，逐步加大轉速、鉆壓及扭矩。一般在初始距離5m左右，將鉆機速度限制在3～5r/min，回轉力矩限制在額定力矩的30%～50%[3]。

套管鉆進過程中，校核套管垂直度，確保套管垂直度不大于3‰。調整壓力、轉速及扭矩，保證鉆進平穩，防止壓力過大且鉆進受阻時，對周邊土體產生過度擾動。

3.6? ?一次性套管鉆進

3.6.1? ?鉆機就位

待樁基定位后，將套管鉆機就位對中，保證套管與樁中心偏差小于50mm。

3.6.2? ?取土成孔

壓入甲級聯賽套管，借助抓取力從套管下獲土，始終保持套管底口超前開挖面2m以上。在套管第一節部分被壓入土后（需在地面保留1.5～2.Om，以便于接管），再測試垂直高度，如不滿足設計要求可進行修正。達到設計要求后，可以使用第二節套管來往復之前操作，直至滿足設計需求。成孔質量應符合表1規定。需要注意：土方的大量堆積將對項目的進度以及安全造成不利影響，所以還需及時將土方有序運走。

3.6.3? ?孔深與沉渣檢測

當孔深超過設計要求后，及時清孔工藝并檢測沉渣厚度。如厚度超過設計要求，可繼續清孔工藝，直到完全符合設計要求后，用抓力輕輕按放于洞底。測量孔深與沉渣，并向監理工程師報告檢測情況。

3.7? ?鋼筋籠吊裝

通常采用三點起吊法起吊鋼筋籠。先平行地吊放鋼筋籠至樁孔處，再使用不同大小吊鉤相互配合，使鋼筋籠逐漸地豎立，待整個鋼筋籠垂直后慢慢將鋼筋籠放入孔中。使用鋼筋進行定位，使樁孔中心線與籠軸線重合，并保證主鋼筋保護層達到設計標準。

3.8? ?水下混凝土灌注

混凝土澆筑管道用螺絲扣套和橡皮密封圈相連，用內徑為300mm的管道接頭，確保管道順直、光滑、嚴密、不漏水。連接完畢后進行測試，確保試水壓力為0.6～1.0MPa，以保證管路的密封耐壓。

將導管放入孔內，導管上連接混凝土漏子。為了確保出料時的空間順暢，孔底與導管底口應保持30～50cm的距離。將混凝土直接由泵車泵入漏斗中，若有困難可通過料斗直接吊入漏斗。漏斗內存有適當數量水泥后，抽出漏子底蓋，向導管內澆筑水泥，再通過混凝土泵車連續澆筑。

當灌注工作開始后，要在很緊湊的時間完成，而不能在中間終止。澆筑過程中，時刻關注孔內水位上升情況，同時測量導管的埋設深度與混凝土面高度。需將導管埋至混凝土面下2～4m的位置，避免因導管埋設深度過大而不能拔出。同時埋設深度也不能過小，否則會導致抽出導管時破壞樁體的完整性[4]。

為了更好地對導管進行回收與再利用，在混凝土上升拔高時，應逐步拆除拔高的導管。在澆筑過程派人員全過程值班，并做好了水下混凝土澆筑記錄。

3.9? ?套管起拔

澆筑完畢后，將多余伸出地面的一次性套管割除，安裝直徑2m套管，與原有套管接頭。完成后起拔外側消摩套管，每拔起一節套管向2層套管間拋填一定數量的黏土或小碎石，直至套管全部拔起。

3.10? ?成樁檢測

待樁體強度滿足工程標準后，除去多余部分之后再進行檢驗，檢查方法及內容參照相應規范。

4? ? 鉆孔通過巖溶時關鍵技術措施

4.1? ?加強泥漿質量控制

在水泥中添加適當的水泥、火堿和木屑，以增加水泥的膠體度和懸浮力。質量配合比一般為黏土：水泥：堿=1：0.2：0.04，木屑按黏土體積的10%添加。

4.2? ?采取泥漿護壁技術

對溶孔面積較小、填充物多為較疏松的不穩定地層，采取泥漿護壁技術，并采用優質水泥，以保持洞內的水平標高。及時向洞內投袋裝泥漿、粒度不超過13cm的片巖，并密封護壁，使其形成封閉環境，以避免滲漏和塌洞。

4.3? ?采用全護筒工法

對空洞較大的溶洞或流塑狀充填物采用全護筒法施工。溶洞沖擊作業中，當沖擊到洞頂后需逐漸提起沖錘。若沖錘提升順利，表明洞頂已成圓滑垂直的孔。當鉆至溶洞底部時，內護筒采用專用工具下降，以使內護筒逐步降低至溶洞底部。

4.4? ?采用化學注漿方法

若樁位處有多層溶洞，需采用化學注漿方法進行處理，待溶洞填充物強度達20MPa以上，再采用沖擊鉆成孔。采用分段注漿施工工藝，注漿壓力為1～3MPa。水泥漿選用普通硅酸鹽水泥，初凝時間約2～4h。采用水泥一水玻璃與水泥的復合漿液作為化學漿液，水玻璃、水灰、水泥漿按照1：1：1的比例進行調配。采用跳孔和隔孔注漿法。注漿設備采用注漿泵，泵壓為0.6～7MPa。

5? ?結束語

巖溶發育地區地質復雜具有不確定性，容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險系數，從而引發安全、質量事故。本文以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景，采用多項措施，成功地解決了鉆孔灌注樁成孔困難的技術難題。檢測結果顯示，樁基無縮頸、擴孔等常見質量通病，檢測結果全部合格，I類樁占樁基總數的93%。

參考文獻

[1] 李貴，張健.巖溶地區鉆孔灌注樁施工技術研究[J].工程

建設與設計，2021（3）：173-175.

[2] 曲冶.鐵路橋梁建設中的巖溶地層鉆孔灌注樁施工技術[J].

工程建設與設計，2021（21）：180-182.

[3] 劉信芳.喀斯特地區旋挖鉆孔樁施工技術和質量控制[J].中

國水能及電氣化，2022（7）：：34-38.

[4] 程文星.巖溶地區鉆孔灌注樁成孔的施工技術[J].建筑技

術開發，2022（3）27-29.