巖溶、砂礫地質鉆孔樁TRANBBS施工TRANBBS技術
摘 要 ： 新建贛龍鐵路第五合同段王中壩特大橋樁基施工中遇到溶洞、流砂層、水下混凝土灌注流失等技術問題。對流沙層采用“鋼護筒加固、控制進尺速度”的方法進行處理；對溶洞采用“補水、回填堵漏”的方法處理；對水下混凝土灌注過程總流失采用“加深導管埋深、加大初存量、勤觀測”的方法進行處理。實踐證明上述處理方法是行之有效的，可供處理同類問題時參考。
關鍵詞 ：巖溶、砂礫地區(qū) 鉆孔樁 施工
1、 工程概況：
贛龍鐵路西起江西省贛州市，東至福建省龍巖市。自京九線贛州東站出岔，途經(jīng)江西省贛州市的贛縣、于都、會昌、瑞金、福建省龍巖市的長汀、連城、上杭、新羅區(qū)，與漳龍梅線龍巖站接軌。線路呈東西向延展。線路長度290.02198公里，單線Ⅰ級鐵路。我單位承攬的第五合同段主要位于江西省會昌縣境內(nèi)。
王中壩特大橋位于新建贛龍鐵路第五合同段，橋梁全長667.18米，共19墩2臺，有￠1.00m及￠1.25m鉆孔樁88根，計2160.5米，TRANBBS設計均為柱樁。橋址位于河灘淤積地，其主要工程地質為：地表覆蓋一層黏土層，厚約0.6~1.2米； 1.2~10.0米為砂黏土，褐黃色，硬朔，夾礫石、碎石；以下為灰?guī)r，深灰色，頗重風化，巖芯呈柱狀及碎塊狀，受構造斷裂影響，巖溶發(fā)育，溶洞內(nèi)填充物為黏土，呈流塑~軟塑，地下水發(fā)育。
本橋在施工前已對各樁進行了逐孔勘探，地質樁狀圖顯示每個孔均有溶洞穿過，分布深淺不一，與石灰?guī)r交錯呈夾層分布，最多的在整個樁長范圍內(nèi)有十多層和灰?guī)r交錯呈夾層分布，有些溶洞沒有填充物，呈空洞狀，溶洞直徑最大的有10多米，最小的也有1~2米，在全橋范圍內(nèi)各向貫通。其典型工程地質情況如上圖。
2、 主要技術難點的處理：
本橋于2002年10月1日正式開工，4臺鉆機在4個墩分別開孔，由于當時我們對砂礫層和溶洞并存的施工影響認識不夠，當鉆到一定深度時，造成四個孔先后出現(xiàn)孔口坍塌，護筒和一臺鉆機隨之陷入的現(xiàn)象，施工一度陷入停滯狀態(tài)。
以4號墩的1號樁為例，1號樁設計樁長27.36米，樁徑為￠125 cm，護筒埋深4.0米， 10月10日上午開鉆， 10月12日當鉆至13.6米時，孔內(nèi)水位下降，立即停鉆回填粘土約16.4方，片石2.4方，用鉆頭緩沖，同時用2臺泥漿泵往孔內(nèi)補充泥漿，30分鐘后穩(wěn)住了水位，繼續(xù)鉆進。當鉆至16.4米，孔內(nèi)水位又急遽下降，經(jīng)過十多分鐘的處理，穩(wěn)住了水位，又繼續(xù)鉆進。14日早上8點鉆至26.9米時，孔內(nèi)水位迅速下降，回填袋裝粘土約30方，片石16.8方，用鉆機緩沖，同時用3臺泥漿泵往孔內(nèi)補充泥漿，但無法穩(wěn)定水位，半個小時后開始出現(xiàn)坍孔，從地面以下2~5m坍塌，回填至原地面重新開鉆。
從4號墩的1號樁設計圖紙所標示的地質情況看：從地面至地面下1.2米為砂粘土，1.2~5.2米為砂礫層，5.2~11.8米為石灰?guī)r，到樁底夾有4個溶洞，第一個溶洞剛好在地面下13.2~14.3米處，第二個溶洞在16.2~16.8米處，第三個溶洞在19.6~24.2米處，第四個溶洞在26.0~26.9米處。當鉆孔先后到13.6米、16.4米、21.3米、26.9米時，即先后遇到四個溶洞，孔內(nèi)的泥漿流入溶洞內(nèi)，出現(xiàn)漏漿失水現(xiàn)象。及時采取措施，回填粘土和片石填充溶洞或堵住溶洞口，用鉆頭緩沖造壁和造漿，同時往孔內(nèi)補充泥漿，穩(wěn)定水位并使水位上升。遇到溶洞，能夠在短時間內(nèi)穩(wěn)定水位并使水位上升，而不至于坍孔，如遇到第一、第二個溶洞；如果遇到那些不能在短時間內(nèi)穩(wěn)定水位并使水位上升的溶洞，或遇到溶洞，不及時采取措施或者采取措施不當，使護筒下松軟的土或砂層在長時間內(nèi)無泥漿固壁，而造成坍孔。
先后開鉆的其它幾根樁，如10號墩的2號孔、1號墩的2號孔、7號墩的2號孔均是如此原因造成的塌孔。
通過總結和分析，我們判定塌孔的主要原因是：本橋橋址為河灘淤積地，溶洞溶槽發(fā)育且地下水發(fā)育，當鉆孔至溶洞處，由于孔內(nèi)急遽漏漿，導致泥漿護壁失穩(wěn)，砂層溜坍，最終造成孔口坍陷。雖然我們在施工過程中采用了回填片石和粘土的處理措施，但在控制進尺，加強溶洞處護壁上處理較為粗糙，當有一層溶洞處理不好，造成急遽漏漿，孔內(nèi)水位馬上下降，上層溶洞處護壁被擠破后砂層溜坍，導致坍孔。
坍孔的原因找到了，如何對癥下藥是關鍵。通過分析，我們抓住了幾個關鍵因素：砂礫層的鉆孔處理、溶洞的處理和水下混凝土灌注流失的處理。以上三個環(huán)節(jié)任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會造成的施工質量，甚至導致廢樁。而一根廢樁處理一般最少要十幾萬元，還得花上一兩個月時間，往往是造成巨大的直接經(jīng)濟損失和工期損失，后果不堪設想。為此，我們在施工方案的選定和施工中的應急措施進行了充分的醞釀和準備。
2.1、砂礫層的鉆孔處理
采用比鉆孔樁設計樁徑小10cm即內(nèi)徑為1.1m或1.35m的鋼護筒（壁厚8mm），隨鉆孔漸次下至砂層，起支護作用，可避免因溶洞漏漿造成砂層溜坍。即使出現(xiàn)孔內(nèi)漏漿，水位下降，砂層也不會垮塌。具體的施工方法如下：
2.1.1先埋設鋼護筒（壁厚8mm），鉆孔時加大鉆頭直徑至1.1m或1.35m,鉆進時注意控制泥漿濃度和鉆機進尺；
2.1.2隨施工進尺的速度，提起鉆頭，接長鋼護筒，接頭處焊結牢固，并用￠20mm鋼筋對接幫焊加固 ；
2.1.3在護筒頂部蓋一塊厚10mm的鋼板，提起鉆頭，用鉆頭輕砸中心，沖砸時要控制好護筒中心位置，注意要及時調(diào)整，千萬不能偏孔，否則，砸下去后很難調(diào)整過來。要注意在施工中要及時判砂層的深度，保證鋼護筒應下至穿過砂層0，5米以上。另外如果在孔內(nèi)涌水量不大的情況下也可以采用人工挖孔的施工方法 ，利用混凝土護壁支護，穿過砂層。
以上兩種方案各有優(yōu)缺點，人工挖孔的缺點是速度較慢，但是這種方法在經(jīng)濟上比較節(jié)省，而且在開始準備條件比較充分的情況下可以全面展開施工，人工挖孔穿過砂礫層。鋼護筒加固簡單易行，但費用較高，由于工期較緊、鉆機已上，加上挖孔的熟練工人找不到，所在后期施工中我們采用了鋼護筒加固的方法。在實際施工中進行得比較順利，除個別孔由于砂層太深，鋼護筒下不去，造成輕微坍塌外（但孔口不會坍塌），其他孔樁施工均較為正常。
2.2、溶洞的處理
針對本橋的溶洞地質，我們在施工前就進行了分析，具體的施工對策和施工方法如下：
2.2.1技術人員及鉆機充分掌握地質情況，每個孔的地質資料都發(fā)給相關人員，讓其充分了解溶洞的位置，大小等，做到鉆孔時心中有數(shù)。
2.2.2各孔周圍準備足夠的小片石和粘土，粘土要做成泥球狀(φ15～20 cm)或餅狀，用薄膜包裹，防止干裂。同時，在施工過程中最好配備一臺ZL50C型裝載機，司機隨時候命，當遇到溶洞漏漿時，迅速鏟起片石和粘土填孔，同時集中水泵往孔內(nèi)大量補水。
2.2.3當鉆至離溶洞頂部附近時，采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降，應迅速補水，然后根據(jù)溶洞的大小按1：1的比例回填粘土和片石，仍采用小沖程輕砸，讓粘土和片石充分擠入溶洞內(nèi)壁。要特別提醒的是：千萬不要有搶工期、搶進度的思想，一定要待粘土和片石充分擠入溶洞內(nèi)形成穩(wěn)定護壁后并且泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才能轉入正常鉆進。
對于漏漿嚴重的如10#墩4#孔，多次漏漿，回填粘土和片石沒有作用，我們采用了直接灌注水下混凝土的方法堵漏，具體措施如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下導管至已鉆孔孔底0.3~0.5m；灌注水下混凝土，至溶洞填充完畢，判斷標準以灌注混凝土面超過溶洞頂1m左右且混凝土不再下降為準；待混凝土強度達到30%~50%左右后，重新鉆進。
2.3、水下混凝土灌注過程中流失的處理
在我們前期施工的孔樁中，水下混凝土實際灌注的數(shù)量一般要大大超過設計數(shù)量，最多的要超過設計數(shù)量3~5倍。特別值得一提的是在4#墩鉆孔過程中，在離鉆機位置大約20米的附近水田中塌出兩個直徑約1.2米的大洞，說明溶洞無填充物且各向貫通。而且由于混凝土的側壓力大于泥漿的側壓力，故在鉆孔過程中形成的泥漿護壁容易被擠破，造成混凝土流失。在灌注11#墩2#孔將要結束時（還未拔導管），罐車和攪拌機都已經(jīng)沖洗干凈，但技術人員測量顯示混凝土面往下在緩慢下降，施工人員又不得不馬上重新開盤灌注混凝土。
針對水下混凝土灌注過程中流失的現(xiàn)象，我們采取了以下施工措施：
2.3.1加大混凝土生產(chǎn)和運輸能力，采用混凝土集中拌和站，生產(chǎn)能力為40m3/h，兩臺罐車運輸。
2.3.2加大混凝土初存量，如按正常施工混凝土初存量應為1.8~2.2m3，考慮到溶洞的影響，我們加大初存量為3.0
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m3，避免因首盤混凝土數(shù)量不夠造成導管埋深不夠而斷樁。
2.3.3灌注過程中加大導管埋深，我們一般控制導管埋入深度不小于3米，灌注時要勤于測量混凝土面高程，對灌注過程中出現(xiàn)的緩慢下降要有準確的判斷。防止突然混凝土面下降導管懸空造成斷樁事故。
2.3.4對漏漿嚴重或多次漏漿的個別孔，應做到心中有數(shù)，在灌注時應加大混凝土灌注高度，一般考慮要超過設計高程1.5~2.0米，盡量避免在灌注完成拔出導管后混凝土面下降造成短樁。
2.4、嵌巖及終孔的檢驗
巖面檢驗要點：本工程按設計要求樁端須進入新鮮完整基巖不小于0.5米，工序中增加了一般地質條件下灌注樁施工所沒有的全巖面檢驗。地質資料及實際施工表明,本地區(qū)屬巖溶強烈發(fā)育區(qū),巖面起伏、傾角陡,溝槽、裂隙縱橫,因此,全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關鍵。影響全巖面判定的因素較多,而現(xiàn)有的樁基技術規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標準,受地質條件復雜的影響,全巖面的判斷往往意見不一,成為質量控制的一大難題。實際施工中,根據(jù)巖溶地區(qū)地質條件的特殊性、復雜性及工程特點,經(jīng)過試樁檢驗,主要從4個方面來進行全巖面的綜合判斷。
2.4.1 以樁孔實際見巖高程始,至少進尺50ｃｍ后,須進行全巖面檢驗,設計鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程在實際施工過程中僅作參考。
2.4.2 查閱機臺施工記錄,可將基巖進尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作為進入全巖面的控制速度
2.4.3觀察井口鋼絲繩的擺動情況,錘頭觸巖面時會出現(xiàn)輕微反彈。
2.4.4使用細目篩網(wǎng)撈取巖渣,巖屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時,認為入巖。
如出現(xiàn)特殊情況或判斷標志不明顯，意見分歧較大時，則采用工勘鉆探揭露的辦法來判斷出全巖面。
3、 結語
在王中壩特大橋樁基施工過程中，我們通過以上幾項控制處理措施，基本上順利地解決了巖溶、砂礫地區(qū)橋梁鉆孔樁的技術難題，成樁質量較好。經(jīng)檢測Ⅰ類樁81根，占總樁數(shù)的92.0%，無缺陷樁或不合格樁，得到了樁基無損檢測單位的好評，并要求沿線各標段有類似情況的施工單位來參觀學習，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。在以前，我們也從未經(jīng)歷過溶洞、砂礫地質鉆孔樁的施工，通過摸索和總結出來的這一套經(jīng)驗，希望能對同類的技術難題的處理提供一定的參考。
參考文獻：《鐵路橋涵施工規(guī)范》（TB10203-2002）
《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》（TB10002.1-99）
《鐵路工程施工技術手冊.橋涵》（中國鐵道出版社 2000年）
《鐵路工程地質學》 蔣爵光 1991年10月
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