【摘要】巖溶地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，不可預(yù)見性大，橋梁樁基施工中極易造成塌孔、卡鉆、斷樁等事故，結(jié)合玉鐵鐵路大量工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了不同巖溶地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的施工工藝、常見問(wèn)題及預(yù)防處理措施，對(duì)工程設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工有一定的參考借鑒作用。
引言
我國(guó)南部地區(qū)，特別是西南地區(qū)地處亞熱帶，常年降水豐沛，氣候濕潤(rùn)，流水作用明顯，加上特有的石灰?guī)r地質(zhì)，早就了典型的喀斯特地貌（巖溶）。喀斯特地貌造就了許多景觀名勝的同時(shí)，也給施工帶來(lái)了諸多隱患。多年來(lái)，巖溶造成的地表塌陷、隧道涌水、橋梁下沉等已經(jīng)成為鐵路工程地質(zhì)環(huán)境的一大公害，因巖溶造成了事故接連發(fā)生，特別是在鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的下沉更是造成較大行車事故。因此在設(shè)計(jì)、施工中為保證橋樁的絕對(duì)安全，需研究清楚巖溶對(duì)橋樁的影響規(guī)律及采取正確的處理措施，確保巖溶樁基整治到位。本文主要依據(jù)玉鐵鐵路多例巖溶樁基施工實(shí)例，運(yùn)用不同方法和工藝對(duì)各類巖溶進(jìn)行加固處理，實(shí)施了對(duì)巖溶地區(qū)橋梁樁基施工的簡(jiǎn)要總結(jié)、分析。
1工程概況
新建玉鐵鐵路全長(zhǎng)131.46公里，地處廣西玉林、北海地區(qū)，線路自黎湛線玉林車站引出，由北向南經(jīng)玉林市的玉林區(qū)、陸川縣、福錦區(qū)、博白縣、欽州市的浦北縣，然后穿越云開大山山脈，進(jìn)入北海市的合浦縣、鐵山港區(qū)，接入在建的鐵山港支線。線路共穿越巖溶地區(qū)4處約20公里，全線67座大中橋中9座橋梁位于巖溶地區(qū)，共涉及巖溶樁基約800根。
橋址區(qū)巖溶形態(tài)及分布規(guī)律：橋址區(qū)下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)東嶺崗組（D2d）石灰?guī)r，巖溶較為發(fā)育，據(jù)鉆孔揭露，巖石常見溶隙、溶洞。本區(qū)屬隱伏巖溶區(qū)，地表被覆蓋，緊靠鉆探揭露，在已鉆的1494個(gè)鉆孔中，1434孔揭示石灰?guī)r，見溶洞總數(shù)1740個(gè)，見溶洞的鉆孔1038個(gè)，鉆孔見洞率72.4%。鉆孔揭露可溶巖總進(jìn)尺28746（含溶洞深度），見溶洞總深2103m，無(wú)填充（1636.2m/500個(gè)），全填充溶洞（1636.2m/160個(gè)）；根據(jù)《鐵路工程不良地質(zhì)勘查規(guī)程》（TB10027-2001）中的附錄E判定，橋址區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)強(qiáng)烈發(fā)育。
覆蓋層巖溶區(qū)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題：除溶洞發(fā)育外，橋址分布的沖洪積物，上覆地層多為粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、圓礫土等，在與基巖面接觸多為圓礫土，由于地下水位較高，第四系地層多受地下水影響，強(qiáng)度較低，在施工過(guò)程中極易引起地面塌陷。
2溶洞處理原則
1）巖溶地區(qū)樁基樁位必須逐樁鉆探，并詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況，溶洞深度、高度以及填充物的類型。
2）檢測(cè)溶洞填充物物理力學(xué)特性，主要檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等指標(biāo)。
3）根據(jù)地質(zhì)鉆探資料及填充物情況，對(duì)每根樁基確定出相應(yīng)的處理方案，成孔方法及施工措施。
4）遇到特大溶洞（即容腔高度>8m）時(shí)，必須及時(shí)通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)核查，明確處理方案，形成紀(jì)要以指導(dǎo)施工。
3溶洞處理方法
根據(jù)實(shí)際探測(cè)到的溶洞大小、填充狀態(tài)、是否漏水涌水及溶洞的垂直個(gè)數(shù)（串珠洞）采取相應(yīng)的處理方法、措施。
3.1施工準(zhǔn)備
?。?）對(duì)樁位附近要做管線探測(cè)，對(duì)重要管線及鄰近建筑物要提前做好防護(hù)措施。
?。?）對(duì)鉆探資料中出現(xiàn)溶洞的樁基礎(chǔ)，要加大泥漿制備量，以應(yīng)付隨時(shí)出現(xiàn)的漏漿流漿現(xiàn)象，同時(shí)根據(jù)需要加大泥漿稠度，泥漿優(yōu)先選用膨潤(rùn)土造漿。
?。?）在鉆孔附近位置要儲(chǔ)備一定數(shù)量的黏土，并用編織袋裝好，同時(shí)儲(chǔ)備足夠數(shù)量的片石，儲(chǔ)備量大小要依據(jù)已探知溶洞大小而定，并確保能及時(shí)調(diào)運(yùn)。
（4）鉆機(jī)安裝時(shí)，一定要增大觸地面積，如接長(zhǎng)鉆機(jī)水平支架及安放足夠長(zhǎng)度的枕木，并在鉆機(jī)周圍用纜風(fēng)繩固定。
?。?）在鉆孔附近儲(chǔ)備一定數(shù)量和長(zhǎng)度的鋼護(hù)筒，以應(yīng)突發(fā)事故。
?。?）根據(jù)預(yù)定的鉆孔方案，結(jié)合地質(zhì)預(yù)測(cè)資料，對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題向鉆機(jī)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底。
3.2施工工藝
3.2.1常規(guī)成孔
當(dāng)溶洞內(nèi)有填充物，是全填充可塑或軟塑的粘性土，且溶洞不漏水，無(wú)暗河，基本上不用考慮溶洞的可能性，可直接按常規(guī)鉆孔施工，但在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意提高泥漿性能，加強(qiáng)護(hù)臂作用，并保持孔內(nèi)泥漿水頭高度。
3.2.2開挖回填成孔
當(dāng)已探測(cè)的溶洞較?。ǘ辞桓叨?lt;3m）且埋深較淺，洞頂距地面高度1m以內(nèi)，可直接采用機(jī)械開挖或人工配合鑿除頂部巖層，然后全容腔范圍逐層回填、夯實(shí)粘土至地表高度，再按照常規(guī)鉆進(jìn)法施工成孔。
3.2.3片石黏土回填成孔（較常用）
當(dāng)鉆孔施工到穿越溶洞層時(shí)，一般護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭會(huì)突然下降，或全部流失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成塌孔，這時(shí)可采用片石加粘土（按1：1體積比例）回填，遇到較大溶洞時(shí)可加入部分水泥，回填一層，用鉆頭沖擊一遍，盡量使粘土和片石保持密實(shí)，直至回填至溶洞頂面1～2m。溶洞回填完成后，向孔內(nèi)注入稠度較大泥漿，使其自然侵入到片石縫隙中，然后采用鉆頭沖擊，使片石和粘土嵌入溶洞空隙中，形成泥石護(hù)壁，然后繼續(xù)沖擊成孔。若泥石護(hù)壁再次出現(xiàn)漿液流失，則再次回填、沖擊，一次不行兩次，兩次不行三次，反復(fù)回填、反復(fù)沖擊，直至不再漏漿，繼續(xù)沖擊成孔。
本辦法適用范圍廣，除可單獨(dú)用于處理溶洞外，還可與其他溶洞處理方法結(jié)合適用。施工中根據(jù)實(shí)際情況，為增加護(hù)壁作用，還可摻加水泥、水玻璃或麥秸等；回填用片石優(yōu)先選用較大塊徑（30～50cm）。
3.2.4素混凝土灌入成孔
對(duì)于較大溶洞，尤其是半填充或無(wú)填充溶洞，有時(shí)采用以上方法均無(wú)法成孔，或成孔后灌注水下混凝土造成孔壁坍塌，這時(shí)可采用往孔內(nèi)灌注低標(biāo)號(hào)混凝土（一般按水下灌注方法），灌注高度至溶洞頂50cm以上，間隔一定時(shí)間（48h），待混凝土凝固后再次沖擊成孔；對(duì)于傾斜巖面，為矯正孔位保證鉆孔正確鉆進(jìn)，也可混凝土可采用C20以下素混凝土，為盡快提高混凝土強(qiáng)度，節(jié)約施工時(shí)間，應(yīng)在混凝土中摻加一定量早強(qiáng)劑，以提供混凝土早期強(qiáng)度；對(duì)于較大溶洞，為節(jié)約混凝土用量，可以先采用回填片石粘土夯填至溶洞容腔基本飽滿后，再灌注混凝土；因回填素混凝土成本相對(duì)較高，一般不直接使用該方法，只有當(dāng)采用回填片石粘土反復(fù)成孔失敗或巖層傾斜嚴(yán)重、巖質(zhì)堅(jiān)硬，為調(diào)整偏孔才使用該方法。
3.2.5鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔法
當(dāng)溶洞較大，洞內(nèi)無(wú)填充或有流塑填充物，漏漿嚴(yán)重或與暗河相連通時(shí)，采用片石、粘土回填和灌注素混凝土仍然無(wú)法成孔時(shí)，可采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工成孔。這種方法一面沖孔，一面接長(zhǎng)鋼護(hù)筒，并將護(hù)筒震動(dòng)下沉到已鉆成的孔內(nèi)或溶洞內(nèi)，用于阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或水的流動(dòng)，便于鉆進(jìn)施工和灌注水下混凝土。
在垂向溶洞較多（多層串珠形），樁基較長(zhǎng)時(shí)，鋼護(hù)筒跟進(jìn)困難，不能一次跟進(jìn)到位時(shí)，可分次鉆孔，分層跟進(jìn)到位。
①鋼護(hù)筒內(nèi)徑的確定：現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)樁孔穿越溶洞的數(shù)量，確定護(hù)筒級(jí)數(shù)，每增加一級(jí)，護(hù)筒內(nèi)徑增加0.25m，其中最小一級(jí)鋼護(hù)筒直徑大于樁徑0.2m。為保證護(hù)筒剛度和強(qiáng)度，防止護(hù)筒下沉?xí)r變形卡孔，鋼護(hù)筒一般采用8～10mm鋼板卷制。
②下沉護(hù)筒時(shí)，由大到小，分級(jí)逐次下沉進(jìn)行。先鉆大孔，下沉大護(hù)筒，再鉆小孔，下沉跟進(jìn)小護(hù)筒。如果穿越1層溶洞就采用1級(jí)鋼護(hù)筒，每增加1層溶洞，就增加1級(jí)鋼護(hù)筒，護(hù)筒跟進(jìn)施工順序如右圖。
?、垆撟o(hù)筒長(zhǎng)度的確定：護(hù)筒長(zhǎng)度=鉆探確定的溶洞高度+3m，鋼護(hù)筒頂部和底部均要穿過(guò)巖溶的界面，如果鋼護(hù)筒長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，可分節(jié)下沉，在孔口焊接連接。
3.2.6灌砂、壓漿填充加固預(yù)處理成孔法
溶洞預(yù)處理原理即借助輔助措施使容腔內(nèi)介質(zhì)盡可能的與周圍巖質(zhì)保持一致，便于正常鉆進(jìn)施工。其具體方法是加固溶洞填充物和填滿溶洞容腔并達(dá)到一定強(qiáng)度（20MPa以上），防止在鉆孔過(guò)程中發(fā)生泥漿流失或塌孔，保障水下混凝土灌注等一系列施工工序順利完成。在正式樁基鉆進(jìn)前必須取芯檢驗(yàn)填充效果，待溶洞完全填滿并有一定強(qiáng)度后才可鉆進(jìn)施工。
溶洞填充預(yù)加固施工法又可分為注漿法和灌砂注漿法。根據(jù)溶洞大小及填充情況，在溶洞的樁位中間和四周均布1～4個(gè)注漿孔，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔深要到達(dá)溶洞底部，注漿孔直徑80～100mm，一般采用單液或雙液注漿，注漿時(shí)要求少量多次反復(fù)注漿，為防止?jié){液流失造成浪費(fèi)，可間歇式注漿，循環(huán)多次直至達(dá)到規(guī)定的注漿量和注漿壓力。注漿時(shí)先注較深孔，然后逐步提高注漿壓力，直至最后封孔。
預(yù)加固處理多用于無(wú)填充的小溶洞或多層串珠狀小溶洞處理加固。
4注意事項(xiàng)
1）施工前一定要充分收集鉆探資料，避免在正常鉆進(jìn)中突然出現(xiàn)溶洞造成鉆機(jī)塌陷、鉆機(jī)傾斜等險(xiǎn)性事故。
2）樁基鉆進(jìn)前一定要備足應(yīng)急用粘土、片石、鋼護(hù)筒等物資和吊車等機(jī)械設(shè)備。
3）鉆進(jìn)時(shí)要先鉆深孔，后鉆淺孔，鉆進(jìn)過(guò)程中穿越巖溶時(shí)采用較小頻率鉆進(jìn)，避免對(duì)鄰近樁基造成損傷。
4）要選用有經(jīng)驗(yàn)的鉆機(jī)手司職巖溶段落鉆機(jī)的操作，以便出現(xiàn)漏漿和塌孔時(shí)能及時(shí)作出相應(yīng)處理措施。
5）施工中要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)影像資料和隱蔽工程的原始資料收集，設(shè)專人及時(shí)簽認(rèn)。因巖溶的不可預(yù)見性，一般都要進(jìn)行第三方審價(jià)，必要時(shí)邀請(qǐng)第三方審價(jià)單位提前介入。
6）對(duì)于較大溶洞的處理，要及時(shí)報(bào)告監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位共同協(xié)商確定方案，及時(shí)形成紀(jì)要。
5結(jié)論
玉鐵鐵路近800根巖溶橋梁樁基經(jīng)過(guò)近一年的施工，圓滿順利完成，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論與體會(huì)：巖溶地區(qū)由于地質(zhì)條件的復(fù)雜特性和不可預(yù)見性，給施工帶來(lái)了一定的困難，但是只要在施工之前加強(qiáng)對(duì)地面、地下的情況的勘察，做好施工籌劃，根據(jù)其地區(qū)熔巖類型的不同，采用相應(yīng)的合理方案進(jìn)行施工，就能確保施工的進(jìn)度安全以及工程的質(zhì)量，避免一系列由于地質(zhì)的原因帶來(lái)的安全事故或工程質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，在巖溶地區(qū)橋梁樁基施工中一定不能急于求成，有些樁基往往要經(jīng)過(guò)近十次的反復(fù)沖孔、回填，才能見到成效。回填素混凝土與斜巖頂面平齊，然后待強(qiáng)度形成后正常鉆進(jìn)。
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