新建鐵路巖溶非常發(fā)育地段鉆孔施工技術(shù)

吳曉紅，常淑清

(1.唐山學(xué)院土木工程系，河北唐山 063000;2.中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162)

新建鐵路巖溶非常發(fā)育地段鉆孔施工技術(shù)

吳曉紅1，常淑清2

(1.唐山學(xué)院土木工程系，河北唐山 063000;2.中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162)

介紹了新建鐵路某特大橋巖溶非常發(fā)育地段樁基鉆孔技術(shù)。施工中采取了巖溶注漿或填注細(xì)石混凝土、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、片石加黏土回填等相關(guān)綜合鉆孔技術(shù)措施，從而使本橋鉆孔施工順利完成，保證了全橋的整體施工進(jìn)度。

巖溶 鉆孔 注漿 鋼護(hù)筒

1 工程概況

某特大橋通過地區(qū)的地質(zhì)情況復(fù)雜，地表以剝蝕為主，部分地段基巖裸露;出露基巖為古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，巖性為石灰?guī)r、頁巖、砂巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖等;奧陶系、寒武系石灰?guī)r局部巖溶較發(fā)育，個別地段十分發(fā)育，巖石表面沿裂隙發(fā)育有溶溝、溶槽，溶隙和溶洞絕大多數(shù)為全充填和半填充。巖溶發(fā)育地段從上向下地質(zhì)情況一般依次是粉質(zhì)黏土、礫砂、粗砂、礫砂、黏土、砂類土、石灰?guī)r、泥灰?guī)r、石灰?guī)r等，溶洞以較大溶洞為主，呈串珠狀發(fā)育地下洞穴，有巖溶水水流。巖溶十分發(fā)育地段橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑為1.2 m或1.5 m，樁長為50～80 m，橋墩大部分為流線型墩，一般架設(shè)32 m簡支梁。由于巖溶發(fā)育，此段鉆孔樁設(shè)計樁長較長，長樁達(dá)80多m，一般樁長>50 m。該區(qū)域巖溶十分發(fā)育，很多溶洞呈串珠狀貫通，鉆孔施工過程中容易漏漿、卡鉆，施工難度非常大。受溶洞影響，鉆孔樁設(shè)計入巖深度較大，很多入巖深度>50 m，入巖底部的巖石硬度較大，強(qiáng)度大都為1 500 kPa，能夠滿足此地質(zhì)條件的施工機(jī)械選擇比較單一，一般采用沖擊鉆。

溶洞上覆蓋粗砂層和砂類土層，且地下水位高，沖擊鉆孔難度大。由于巖溶十分發(fā)育，半填充和無填充的溶洞較多，沖擊鉆孔過程中，易造成坍孔、埋鉆、掉鉆、地面塌陷等問題，成孔難度大。

2 巖溶發(fā)育地段成孔施工

2.1 成孔工藝流程

巖溶發(fā)育地段成孔工藝流程見圖1。

圖1 巖溶發(fā)育地段成孔工藝流程

2.2 施工工藝及方法

2.2.1 施工準(zhǔn)備

由于在強(qiáng)發(fā)育巖溶地段進(jìn)行鉆孔樁施工難度很大，應(yīng)挑選有巖溶地區(qū)施工經(jīng)驗的人員，詳細(xì)研究地質(zhì)狀況，調(diào)試配置適合巖溶區(qū)段的專用泥漿，采用膨潤土護(hù)壁，并提高泥漿相對密度，最好先慢慢試鉆，積累施工經(jīng)驗。

2.2.2 逐孔補(bǔ)充勘查地質(zhì)狀況

巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，每個鉆孔樁孔位處的溶洞情況也不盡相同。在沒有勘探的孔位進(jìn)行每個孔位鉆探，查清楚每個孔位的詳細(xì)地質(zhì)情況，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，并畫出每根樁的地質(zhì)柱狀圖列表，為制訂相應(yīng)施工方案提供詳實依據(jù)。對填充物進(jìn)行土工試驗，分析其物理力學(xué)特性，檢測密度、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計算提供依據(jù)。采用每個孔位處地質(zhì)勘探取芯鉆孔后對后面鉆孔樁沖擊成孔也有很大的幫助，因為遇到1 500 kPa硬巖即使采用沖擊鉆施工速度也是非常慢的，如果孔位處提前鉆小孔后破壞了巖石的整體性，可以提高成孔的速度。

2.2.3 注漿或填注低強(qiáng)度等級細(xì)石混凝土

根據(jù)每個孔位的地質(zhì)情況，對每個孔位處的溶洞進(jìn)行預(yù)處理。對于較大的串珠溶洞，如果溶洞為填充型的，采用注漿對溶質(zhì)進(jìn)行加固，如果溶洞是無填充型的，采取填注低強(qiáng)度等級細(xì)石混凝土，以防止鉆孔過程中突然漏漿造成坍孔。對溶洞加固的順序為從上往下進(jìn)行，可以采用間歇式施工。對較小的溶洞可以不采取預(yù)處理措施，只要在沖擊鉆孔過程中采用拋填片石黏土即可。

2.2.4 沖擊鉆孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)到位

1)跟進(jìn)鋼護(hù)筒長度<8 m時，鋼護(hù)筒壁厚采用8 mm;鋼護(hù)筒長度為8～20 m以內(nèi)的，鋼護(hù)筒壁厚采用12 mm;鋼護(hù)筒長度>20 m的，鋼護(hù)筒壁厚采用20 mm。

2)采用預(yù)埋100 t沉拔樁機(jī)輔助下沉比樁徑大40 cm的鋼護(hù)筒，每節(jié)長度4～6 m。

3)遇到砂層或巖層，鋼護(hù)筒無法下沉?xí)r，要采用沖擊鉆鉆進(jìn)，護(hù)筒跟進(jìn)，鋼護(hù)筒焊接接長，采用雙面滿焊。

4)護(hù)筒要跟進(jìn)至基巖，鋼護(hù)筒入巖深度不小于0.8 m。

2.2.5 注漿加固鋼護(hù)筒底部砂類土層

采用注漿方法將溶洞頂板處的粗砂或砂類土進(jìn)行固結(jié)，范圍為鋼護(hù)筒周邊3 m范圍。采用注漿泵注漿，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa范圍，注漿速度15～20 L/min，注漿參數(shù)或采取現(xiàn)場試驗確定，最小滲透直徑保證3.0 m，以保證溶洞頂板處土體形成固結(jié)體及將鋼護(hù)筒周邊進(jìn)行固化使其形成統(tǒng)一的固結(jié)體，從而防止擊穿溶洞頂蓋，造成坍孔、地面塌陷等問題。注漿必須遵循先外后內(nèi)的原則，即先注外圍孔，最后注里面的孔，里面孔注漿壓力須適當(dāng)調(diào)高，而且所有的孔注漿壓力需要逐步提高，最后封孔。

2.2.6 沖擊鉆孔

1)沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行。

2)為防止意外，沖孔前應(yīng)有備用措施，備好材料，一旦泥漿泄露，及時向孔內(nèi)投放黏土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾黏土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使得沖鉆順利進(jìn)行。

3)當(dāng)鉆至溶洞頂在1.0～1.5 m范圍內(nèi)變換為低沖程密打或變換鉆頭，逐漸將洞頂擊穿，以防卡掉鉆。

4)加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿，當(dāng)缺少優(yōu)質(zhì)黏土?xí)r，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力，其質(zhì)量配合比為黃土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸末可按黃土體積的10%摻入。

5)當(dāng)巖面的傾斜較大時，鉆頭擺動撞擊護(hù)筒或孔壁時，要及時回填比巖層還要堅硬的片石，使孔底出現(xiàn)一個平臺后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。

2.2.7 拋填片石黏土處理小溶洞

拋填片石黏土是處理溶洞最常用也比較有效的方法，小溶洞采用這個方法，大型串珠溶洞經(jīng)過注漿或填注細(xì)石素混凝土后，在鉆進(jìn)過程中也要作為一個補(bǔ)充措施合理應(yīng)用。

片石尺寸不宜過大，宜控制在10～15 cm左右，黏土宜做成直徑15 cm左右的泥球，而且還要備足水源。在鉆進(jìn)過程中，要有專人觀測護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應(yīng)迅速補(bǔ)水，并及時將鉆頭提起，防止埋鉆或卡鉆。同時迅速向孔內(nèi)投放片石黏土，沖砸固壁，并反復(fù)操作，直至當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

3 結(jié)語

在巖溶十分發(fā)育地段本工程一開始鉆孔時，經(jīng)常遇到鉆孔漏漿、卡鉆、掉鉆、埋鉆、坍孔、地面塌陷、鉆機(jī)倒塌等問題而影響施工進(jìn)度，施工進(jìn)展十分緩慢，鉆一個孔有時幾個月都無法成孔。后采取了巖溶注漿或填注細(xì)石混凝土、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、片石加黏土回填等綜合鉆孔技術(shù)措施，從而提高了成孔質(zhì)量和速度，也保證了全橋整體施工的順利進(jìn)行，說明了本文介紹的巖溶非常發(fā)育地段鉆孔技術(shù)是可行的。此法為今后在巖溶發(fā)育地區(qū)鉆孔樁施工積累了一些寶貴經(jīng)驗。

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U455.49

B

1003-1995(2011)02-0058-02

2010-10-20;

2010-11-20

吳曉紅(1976—)，女，山東臨清人，講師，碩士研究生。

(責(zé)任審編 王紅)