喀斯特地區(qū)旋挖鉆孔樁施工技術(shù)和質(zhì)量控制

劉信芳

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350)

1 概 述

旋挖鉆孔灌注樁以其方便換位、成孔快、施工質(zhì)量好、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用[1]。結(jié)合南寧市紅光路喀斯特地區(qū)的基礎(chǔ)工程實(shí)踐，根據(jù)不良地質(zhì)不同工況，分別采取反轉(zhuǎn)復(fù)壓、素混凝土擠壓成孔、分段成型、鋼護(hù)筒護(hù)壁阻斷混凝土、定位回填水泥固化、“水泥漿—水玻璃”雙液注漿[2]等方法有的放矢進(jìn)行施工；針對(duì)鉆孔口高度、深度、直徑、垂直度容易產(chǎn)生誤差，樁底沉淀物過厚或灌漿前孔內(nèi)含砂量過大，影響工程質(zhì)量等弊端，采取有效舉措，確保樁基優(yōu)質(zhì)成孔。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

廣西南寧市紅光路是重要城市配套基礎(chǔ)設(shè)施，道路紅線設(shè)計(jì)寬60m，設(shè)計(jì)的行車速度是60km/h。項(xiàng)目南起長(zhǎng)堽路，東至榮茉大道延長(zhǎng)線交叉口。樁號(hào)范圍為K0+000～K4+580.000，工程全長(zhǎng)4580.000m。本工程橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)64根，樁徑分別為1.5m、1.2m，采用旋挖鉆機(jī)施工，樁基礎(chǔ)采用C30混凝土。

2.2 工程地質(zhì)

項(xiàng)目所在地橫跨南寧市青秀區(qū)和永寧區(qū)，屬丘陵地貌。場(chǎng)地復(fù)雜地形起伏較大。該項(xiàng)目鉆孔地面標(biāo)高79.82～114.19m，最大高差達(dá)34.37m?？碧缴疃确秶鷥?nèi)有第四系(q)素填土、黏土、粉土、粉砂，屬于喀斯特地質(zhì)，有溶洞、孤石等。

3 技術(shù)措施比選

在喀斯特地區(qū)，旋轉(zhuǎn)挖掘機(jī)因?yàn)樵庥龃笮∪芏础A斜巖石等不同地質(zhì)的緣故，成孔困難。為了順利成孔，分別采用反轉(zhuǎn)復(fù)壓、素混凝土擠壓成孔、分段成型、鋼護(hù)筒護(hù)壁阻斷混凝土、定位回填水泥固化、“水泥漿—水玻璃”雙液注漿等方法，并進(jìn)行了比選。

3.1 處理無填充體小溶洞

a.技術(shù)措施。當(dāng)遭遇無填充體小溶洞時(shí)，通過旋挖鉆機(jī)先半回填，然后進(jìn)行二次成孔。

b.施工步驟。首先通過旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)進(jìn)行無填充成孔，然后將水泥、黏土和碎石按照 75t∶3m3∶1m3比例拌和成混合土，通過旋挖機(jī)加壓法壓入洞內(nèi)進(jìn)行半回填(不填滿)，然后通過擠壓混合土成壁。土石方回填2～4天后，用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行二次成孔灌漿。成孔回填過程見圖1。

圖1 無充填溶洞回填混合土過程

c.實(shí)施效果?？妆诓惶€(wěn)定，需要借助鋼護(hù)筒護(hù)壁成孔后進(jìn)行混凝土灌注。

3.2 處理充填軟塑性黏土溶洞

a.技術(shù)措施。對(duì)充填軟塑性黏土溶洞，如果采用片石黏土回填法旋挖鉆機(jī)無法成孔時(shí)，改為素混凝土成孔、分段成型。

b.施工步驟。先將旋挖鉆鉆進(jìn)，然后把旋挖鉆緩緩提起約1.5m，然后采用圓筒鉆將C20混凝土倒灌擠入溶洞。圓筒鉆里混凝土面高出溶洞頂部(或成型混凝土護(hù)壁)大約3m。48h以后，混凝土強(qiáng)度提高到70%左右，然后繼續(xù)二次鉆孔。此時(shí)，入洞的混凝土形成護(hù)壁，能避免軟塑性土流出，進(jìn)行二次灌注。循環(huán)進(jìn)行以上步驟，最終完成鉆孔[2]。施工過程見圖2。

圖2 溶洞充填混凝土過程

c.實(shí)施效果。最初，對(duì)溶洞頂?shù)赘卟钚∮?m的中小溶洞，填充低等級(jí)素混凝土，有一定效果，但混凝土使用量偏多。一根樁基平均用量為14.9m3左右。而且對(duì)于頂?shù)赘卟畲笥?m的大型溶洞，效果不明顯。

3.3 處理大溶洞

技術(shù)措施1：采用鋼護(hù)筒護(hù)壁。

a.施工步驟。由于溶洞體積大，進(jìn)行混合土回填后，無法形成孔壁或樁基成型不好時(shí)，可以采用厚度為11mm的鋼板制作鋼護(hù)筒護(hù)壁，從而避免混凝土漏到溶洞，確保護(hù)壁效果。在鋼筋籠上焊接時(shí)，上下段都長(zhǎng)0.5m，護(hù)筒底部預(yù)留0.1m斜平臺(tái)，確保護(hù)筒能便捷進(jìn)入到樁孔[1]。

b.實(shí)施效果。鋼護(hù)筒防止塌孔，保證了樁基質(zhì)量，確保了施工安全和護(hù)壁效果，但是該方法工序煩瑣、施工效率低、額外消耗鋼材，提高了施工成本，沒有廣泛使用。

技術(shù)措施2：通過定位回填水泥固化。

a.施工步驟。依據(jù)實(shí)際勘察情況，按照溶洞實(shí)際高度自下而上進(jìn)行水泥土固化。溶洞底板破碎后，依據(jù)黏土的含水量把相應(yīng)水泥袋裝進(jìn)洞里，然后用鉆頭將水泥壓入洞底，每次處理深度大約1m。接著通過短螺旋鉆頭把水泥進(jìn)行均勻攪拌后進(jìn)行反轉(zhuǎn)擠壓。重復(fù)上述步驟數(shù)次，直至攪拌到溶洞頂板上方約0.5m。48h再次凝固后，進(jìn)行樁基施工。

b.實(shí)施效果。成功地進(jìn)行了樁基處理。針對(duì)非充填、軟塑性土充填和半充填溶洞也能采用此方法。

3.4 處理地下水位較高溶洞

a.技術(shù)措施。根據(jù)溶洞的實(shí)際情況，采用“水泥漿—水玻璃(硅酸鈉)”雙液注漿工藝，具有速凝功能的水玻璃(硅酸鈉)能大大提高溶洞充填材料黏結(jié)性能，防止旋挖機(jī)鉆進(jìn)溶洞時(shí)孔壁坍塌，成孔率大大提高(見圖3)。

圖3 溶洞處理原理

b.施工步驟。根據(jù)超前鉆資料，按技術(shù)要求和圖紙進(jìn)行施工，對(duì)擬加固喀斯特洞進(jìn)行孔位布置，并在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)好注漿參數(shù)。灌漿孔采用鉆機(jī)鉆孔，鉆孔按90°鉆機(jī)角度，采用傾斜尺、水準(zhǔn)尺進(jìn)行調(diào)整。鉆機(jī)安裝確保牢固，定位準(zhǔn)確。鉆好孔后，將直徑63.5mm塑料單向閥管放入鉆孔中，然后注入事先配置好的水泥漿和具有速凝功能的水玻璃(硅酸鈉)混合漿。成孔后，馬上對(duì)孔口和周邊地面裂縫進(jìn)行密封，防止?jié){液涌出。灌漿孔按一根樁一個(gè)孔進(jìn)行設(shè)置。要求調(diào)制的漿液抗?jié)B性和耐久性應(yīng)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求，要求在一定時(shí)間內(nèi)形成的固體具備一定強(qiáng)度要求[3]。

c.材料要求。水泥砂漿：為確保漿料的均勻性和穩(wěn)定性，添加5%左右的膨潤(rùn)土，避免固體顆粒產(chǎn)生沉淀。水與水泥的比率為1∶0.8。水玻璃(硅酸鈉)：集中采購，要求符合規(guī)范要求，波美度在35°～40°Bè之間。硅酸鈉(硅酸鈉)按水泥用量的5%進(jìn)行混合后的混合料黏度不小于35s[4]。

d.最終效果。“水泥漿—硅酸鈉”雙液注漿技術(shù)在處理喀斯特地貌特別是地下水位較高的溶洞中是非常有效的。很大程度降低了素混凝土用量，提高了施工速度和施工效率，使施工成本大大降低。

4 施工過程中的常見質(zhì)量問題

4.1 孔口高程和鉆孔深度誤差控制措施

a.孔口高程出現(xiàn)誤差控制措施。誤差出現(xiàn)原因可能是由于測(cè)量人員素質(zhì)不高、業(yè)務(wù)不精導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，也可能是因?yàn)樵谶M(jìn)行場(chǎng)地平整回填渣土抬升了地面，從而影響高程測(cè)量誤差。

技術(shù)措施：應(yīng)對(duì)措施是認(rèn)真核對(duì)原水準(zhǔn)點(diǎn)和各孔口的絕對(duì)高程，開孔前對(duì)各樁孔標(biāo)高進(jìn)行詳細(xì)復(fù)測(cè)[5]。

b.孔深誤差控制措施。在一些工程中，因?yàn)殂@探深度的誤差，工程地質(zhì)勘探是在場(chǎng)地回填平整前進(jìn)行的，地面高程較低，造成孔深誤差。

技術(shù)措施：測(cè)量時(shí)，高程轉(zhuǎn)換務(wù)必方法相同，建議統(tǒng)一采取量鉆桿法進(jìn)行孔深量測(cè)，鉆孔底部最終界面宜選取鉆頭長(zhǎng)度的2/3。不適合用測(cè)量繩對(duì)孔深進(jìn)行測(cè)量。鉆孔的終孔標(biāo)準(zhǔn)以樁端進(jìn)入持力層的深度為宜。鉆孔到達(dá)樁端持力層后，應(yīng)及時(shí)取樣進(jìn)行鑒定。

c.孔徑誤差控制措施。因?yàn)楣ぷ魅藛T的馬虎大意選用鉆頭規(guī)格不匹配，或因?yàn)殂@頭使用過頻，過度磨損導(dǎo)致直徑偏小。

技術(shù)措施：施工前，由雙方技術(shù)人員核對(duì)鉆頭規(guī)格，符合要求后再施工。

d.鉆孔垂直度出現(xiàn)誤差控制措施。導(dǎo)致鉆孔垂直度不符合要求，主要原因是施工現(xiàn)場(chǎng)不夠平整，而且沒有進(jìn)行壓實(shí)，鉆機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝后，導(dǎo)致機(jī)械不平穩(wěn)，另外鉆孔時(shí)，也可能出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象；有些鉆桿不夠筆直，鉆桿接頭存在不小的間隙空間；當(dāng)旋挖鉆機(jī)遭遇嚴(yán)重傾斜巖面或者軟硬不均的土質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致翼板和鉆頭受力不太平衡，導(dǎo)致磨損情況不均勻。

技術(shù)措施：在旋挖鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)該對(duì)工程所在地，通過推土機(jī)、夯實(shí)機(jī)仔細(xì)地進(jìn)行場(chǎng)地平整和夯實(shí)。安裝旋挖鉆機(jī)的時(shí)候，必須認(rèn)真仔細(xì)檢查鉆桿的鉆削平整度、鉆頭完整性以及垂直度，如出現(xiàn)異常，及時(shí)調(diào)整，更換部件。施工時(shí)，必須及時(shí)、定期對(duì)鉆桿垂直度進(jìn)行檢查，如有異常情況，要及時(shí)調(diào)整糾偏。要對(duì)旋挖轉(zhuǎn)機(jī)的鉆頭、鉆桿、接頭等所有零部件定期進(jìn)行檢查維修，如果發(fā)現(xiàn)異常馬上維修或替換。在嚴(yán)重傾斜巖面和軟硬土不均界面鉆孔施工時(shí)，必須降低旋轉(zhuǎn)速度，并加固鉆機(jī)。出現(xiàn)偏孔時(shí)，馬上回填，平整后再施工。如果地層復(fù)雜，應(yīng)通過扶整器保證鉆桿垂直度[6]。

4.2 孔底沉渣過厚或泥漿含砂量過大控制措施

如果清孔泥漿質(zhì)量差、清洗不符合設(shè)計(jì)要求，或者測(cè)量方法不當(dāng)，都會(huì)產(chǎn)生這些現(xiàn)象。如果清孔初期孔口泥漿含砂量過低，粗砂無法回收，或后期孔內(nèi)泥漿密度降低，孔底沉渣厚度增加較多，這表明，清孔初期泥漿的黏度和稠度較小，孔內(nèi)的砂粒懸浮在泥漿中，并不能真正實(shí)現(xiàn)清孔要求。

技術(shù)措施：要對(duì)孔底沉渣厚度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，必須精準(zhǔn)測(cè)量樁的最終孔深?？梢越柚鷾y(cè)量旋挖機(jī)鉆桿的長(zhǎng)度測(cè)量旋挖灌注樁孔深。通?？咨钣?jì)算方法為孔內(nèi)鉆桿全部長(zhǎng)度+2/3鉆頭全部長(zhǎng)度。如果地層富含粗砂、礫砂或卵石等粒徑較大砂石顆粒，可以采取泵吸反循環(huán)方法進(jìn)行清孔。當(dāng)然也可以采用正循環(huán)清孔，但泥漿必須是高黏度的，清孔的時(shí)候，增加泵送功率，增加泥漿流量，這樣才能把粒徑較大的砂石顆粒從孔里順利排出?？椎壮猎穸确弦?guī)范后，把旋挖機(jī)鉆孔中的泥漿密度控制在1.1～1.2g/cm3范圍內(nèi)。

4.3 偏孔控制措施

在喀斯特地區(qū)，孤石、石筍很常見，特別是當(dāng)其位于孔的側(cè)面時(shí)，易導(dǎo)致偏孔。如果不注意，會(huì)破壞鉆桿和鉆頭。

技術(shù)措施：如果孤石、石筍較硬、直徑較大，可對(duì)該區(qū)域澆筑混凝土硬化來平衡探頭區(qū)域的硬度，澆筑高度應(yīng)高出傾斜巖石高度20cm。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到70%(C20)時(shí)，進(jìn)行鉆孔。在旋挖鉆機(jī)施工中，應(yīng)注意壓力、扭矩等參數(shù)的匹配?？刹捎谩皽p壓鉆進(jìn)”的方法規(guī)避因壓力過大產(chǎn)生側(cè)滑；如果巖石堅(jiān)硬，應(yīng)使用筒式鉆機(jī)。當(dāng)樁位遇到孤石時(shí)，采用單筒鉆、雙筒等鉆具。

4.4 擴(kuò)徑及縮徑控制措施

當(dāng)沖擊頻率過快時(shí)，原淤泥層會(huì)受到擠壓，當(dāng)孔內(nèi)壓力較小時(shí)，淤泥層會(huì)向孔壁膨脹或坍塌。如果澆筑速度過快，提升速度過快，孔壁上的泥漿層在護(hù)壁泥漿的作用下會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的整體。在澆筑過程中，因?yàn)榛炷恋膲毫Γ鼤?huì)向周圍膨脹，如果提升速度過快，就會(huì)形成縮徑。

技術(shù)措施：降低沖擊頻率，放慢澆筑速度和提升速度。

5 結(jié) 論

喀斯特地區(qū)樁基施工有其獨(dú)特的難點(diǎn)。本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)旋挖樁施工進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)質(zhì)量通病進(jìn)行了分析，按照“先易后難”的原則安排施工順序，靈活運(yùn)用“填、擠、堵”措施，對(duì)反轉(zhuǎn)復(fù)壓、素混凝土擠壓成孔、分段成型、鋼護(hù)筒護(hù)壁阻斷混凝土、定位回填水泥固化、“水泥漿—水玻璃”雙液注漿等方法進(jìn)行了比選，并提出了解決方案。實(shí)踐證明：針對(duì)非充填、軟塑性土充填和半充填溶洞，按照溶洞實(shí)際高度自下而上展開水泥土固化是非常有效的，處理地下水位較高的溶洞采用“水泥漿—硅酸鈉”雙液注漿技術(shù)是可行的，檢測(cè)結(jié)果表明，一級(jí)樁達(dá)到99%，工效明顯。