淺談巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)和施工中的若干問(wèn)題
2016-10-17
1、前言
貴陽(yáng)繞城公路西南段涼水井大橋總長(zhǎng)720m，設(shè)計(jì)樁基96根、樁徑基本為φ1.8m的嵌巖灌注樁，設(shè)計(jì)挖孔樁50根，鉆孔樁46根，總長(zhǎng)2350m，挖孔樁最深25m，最淺12m，鉆孔樁最深52m，最淺20m。實(shí)際施工中，由于橋位區(qū)巖溶極為發(fā)育，溶洞多，分布廣，走向復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣，地下水豐富且埋藏淺等原因，設(shè)計(jì)10根挖孔樁在施工到一定深度后因無(wú)法繼續(xù)下挖而變更為鉆孔樁施工。雖然整個(gè)橋梁樁基每孔都進(jìn)行了地質(zhì)鉆探勘查，但因由于巖溶地質(zhì)復(fù)雜，不可預(yù)知性，給樁底持力層的確認(rèn)帶來(lái)很大難度。本文通過(guò)該互通立交橋樁基施工實(shí)踐對(duì)巖溶地基樁基設(shè)計(jì)與施工中的若干問(wèn)題進(jìn)行討論。
2、橋位區(qū)地質(zhì)情況
本橋梁地處貴州高原中部山區(qū)，位于貴陽(yáng)市小河區(qū)金竹鄉(xiāng)，橋區(qū)地貌類型屬構(gòu)造溶蝕型低中山地貌，巖層結(jié)構(gòu)基本是露地層為上覆殘坡積層（Qel+dl）亞粘土，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)安順組(T1a) 薄～中厚層狀白云巖，大冶組(T1d)薄至中厚層狀灰?guī)r，層間夾泥線、鈣質(zhì)泥巖。地層產(chǎn)狀為280°∠65°，呈單斜產(chǎn)出。該區(qū)為白云巖分布區(qū)，根據(jù)鉆探資料，白云巖存在不均勻風(fēng)化，風(fēng)化厚度變化差異很大，局部地段巖溶發(fā)育，鉆孔揭露溶洞較多，且橋區(qū)地下水豐富、埋藏淺。
2、關(guān)于樁位鉆探問(wèn)題
施工鉆探勘探對(duì)設(shè)計(jì)及施工而言是非常重要的一環(huán)。有以下2個(gè)問(wèn)題值得討論：
?。?) 鉆孔數(shù)量。設(shè)計(jì)要求施工鉆探為一樁一孔，即在樁位中心處鉆孔，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JTJ064-98），對(duì)樁徑φ2.0m可采取一樁一孔。實(shí)際施工中，發(fā)現(xiàn)溶洞發(fā)育區(qū)多數(shù)樁基中心及樁圍1～1.5m的范圍補(bǔ)鉆1～2孔揭示的溶洞發(fā)育程度、高程情況各不相同，體現(xiàn)巖溶地質(zhì)的復(fù)雜性。本人認(rèn)為當(dāng)樁位中心鉆孔揭示的白云巖或灰?guī)r為新鮮完整的微風(fēng)化巖時(shí)，可以據(jù)此作為設(shè)計(jì)依據(jù)，若孔中心鉆孔揭示的巖石呈弱風(fēng)化、裂隙發(fā)育、巖石破壞，或雖巖芯完整，但溶孔、溶槽發(fā)育時(shí)，應(yīng)當(dāng)沿樁周圍補(bǔ)鉆1～2孔，以查明樁周圍有無(wú)溶洞發(fā)育情況。
?。?）鉆孔深度。按照《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JTJ064-98），巖溶地區(qū)鉆孔深度為設(shè)計(jì)樁底以下整體巖層不少于5m，但由于樁基是邊勘查邊設(shè)計(jì)邊施工，建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位要求鉆孔入巖深度為樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下整體弱風(fēng)化不小于5m。本人認(rèn)為，地質(zhì)鉆孔深度應(yīng)探入連續(xù)完整弱風(fēng)化巖層應(yīng)不小于8m較為合適（因巖層溶洞發(fā)育差別很大），以探明樁底以下8m的完整持力層是更安全可靠。
3、關(guān)于樁基成孔工藝的選擇問(wèn)題
由于巖溶地質(zhì)的復(fù)雜性、不可預(yù)知性，結(jié)合該互通立交樁基施工實(shí)踐，本人認(rèn)為沖孔工藝較回旋鉆孔工藝要好；在具備人工挖孔條件下，挖孔工藝較機(jī)械鉆孔工藝強(qiáng)。
涼水井大橋樁基采用了機(jī)械沖孔和人工挖孔兩種工藝。對(duì)于孔深小于20m的樁基，巖層完整，溶洞無(wú)填充物、涌水量較小的樁基均采用人工挖孔工藝，該工藝最大優(yōu)點(diǎn)是可全面開挖，工期快，對(duì)施工場(chǎng)地及用電量要求不高，同時(shí)能清楚洞察地基溶洞發(fā)育的真實(shí)情況，能與施工鉆探地勘資料能直接對(duì)照，確保終孔樁底基巖完整，樁基安全性有絕對(duì)把握。挖孔過(guò)程對(duì)于一般溶洞可采取澆注鋼筋砼護(hù)壁、或漿砌磚墻封堵，其處理方法簡(jiǎn)單易行，若挖孔遇到大黃泥、流砂等流塑狀填充物溶洞，挖孔便異常艱難，此時(shí)應(yīng)改為鉆孔，降低施工成本。
沖孔工藝采用卷?yè)P(yáng)機(jī)加沖擊錐施工，該工藝對(duì)巖溶發(fā)育和巖層不均勻性有較好的適應(yīng)性。由于溶洞發(fā)育極不規(guī)則，溶洞、溶槽、溶溝、溶穴、溶筍等形態(tài)存在，使得巖層均勻性極差，而不均勻地質(zhì)對(duì)回旋鉆機(jī)而言是致命的弱點(diǎn)，采用沖擊鉆可避免回旋鉆卡鉆、斜孔、進(jìn)尺困難、溶洞處理難等缺點(diǎn)。然而沖孔樁最大的缺點(diǎn)是孔樁經(jīng)過(guò)反復(fù)沖擊后，孔徑變大，混凝土超灌量增加，因而沖擊鉆頭外徑經(jīng)常采用比設(shè)計(jì)樁徑小5～10cm，具體數(shù)據(jù)取決于施工經(jīng)驗(yàn)或巖層強(qiáng)度，巖層強(qiáng)度大擴(kuò)孔系數(shù)便小。
4、關(guān)于溶洞處理問(wèn)題
溶洞處理方法有許多論述，這里結(jié)合本涼水井大橋樁基施工實(shí)踐，總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
?。?）利用地質(zhì)勘探孔提前給空溶洞補(bǔ)水，以達(dá)到防止鉆孔過(guò)程中溶洞頂板被擊穿時(shí)孔內(nèi)泥漿水頭突然下降而造成塌孔情況發(fā)生。理論上采取增加泥漿儲(chǔ)備以防水頭突然下降而塌孔的做法是可行的，但實(shí)際施工過(guò)程中，塌孔發(fā)生是很短時(shí)間內(nèi)的事，補(bǔ)充泥漿往往是來(lái)不及，故個(gè)人認(rèn)為利用地質(zhì)孔補(bǔ)水仍是預(yù)防鉆孔過(guò)程突然漏漿的最好辦法。
?。?）遇到溶洞后回填片石黏土進(jìn)行反復(fù)沖填，是處理溶洞、斜孔、卡鉆等問(wèn)題最簡(jiǎn)單適用可行的方法。本互通樁基沖孔施工過(guò)程中對(duì)溶洞處理基本采用該方法獲得成功。
（3）遇到溶洞裂隙發(fā)育，孔內(nèi)漏水、漏漿嚴(yán)重，采用投片石和粘土往往不能解決問(wèn)題，可采取投入袋裝水泥和粘土，然后反復(fù)沖擊使得水泥黏土拌和均勻，靜置7～8d讓膠體凝固后再?zèng)_擊施工，該方法是處理裂隙漏漿最簡(jiǎn)單適用的有效方法。其原理是水泥與黏土經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬笮纬梢环N具有強(qiáng)度的復(fù)合體，后經(jīng)反復(fù)沖擊而被擠入裂縫中起到封閉作用。
（4）孔口地表塌陷處理。造成孔口地表塌陷原因主要有以下兩點(diǎn)：一是孔口覆蓋層中角礫層、砂質(zhì)土等被洗空而形成“空肚皮”，在鉆機(jī)震動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生坍塌；二是因溶洞頂板比較破碎，原溶洞內(nèi)充填物起臨時(shí)支撐作用，因沖孔施工泥漿循環(huán)作用把充填物清除出孔外，造成充填物支撐作用逐步消失而引起溶洞頂板坍塌。地表突然下陷是非常危險(xiǎn)的安全隱患，唯一的預(yù)防措施是根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告資料認(rèn)真分析溶洞頂板厚度和巖層強(qiáng)度，在穿越溶洞階段，要放慢鉆進(jìn)速度，或采用較小沖擊錐先破穿溶洞頂板，同時(shí)多投入片石、黏土反復(fù)沖填擠密溶洞?？卓诘乇砜刹捎没靥钇澎o置數(shù)天后再?zèng)_孔便可處理。
?。?）挖孔樁施工中，經(jīng)常出現(xiàn)孔壁突然崩塌漏漿，或孔底剛發(fā)現(xiàn)甚至未發(fā)現(xiàn)的溶洞突然涌起泥漿、流砂，極大危及孔下施工人員的安全。遇到該情況時(shí)，不可盲目處理，應(yīng)立即撤出人員、工具，待其涌漿或涌水穩(wěn)定后，再安排施工經(jīng)驗(yàn)豐富人員下孔清理，若清理順利，不再有泥漿涌起出現(xiàn)，可先對(duì)溶洞進(jìn)行處理后再繼續(xù)往下挖孔，否則，最好選擇重新回填片石、黏土至孔口后采取沖孔。
（6）樁基砼灌注過(guò)程中，為防止砼超壓力過(guò)大擠垮由黏土和片石沖填維護(hù)溶洞孔壁，造成砼超灌或出現(xiàn)斷樁事故。故要求在灌注砼施工前，結(jié)合根據(jù)地勘報(bào)告資料和投入的片石黏土數(shù)量加以判斷溶洞孔壁牢固強(qiáng)度，為防止斷樁，建議灌注砼導(dǎo)管埋深最好選在4～6m。
5、關(guān)于樁底沉渣清除問(wèn)題
對(duì)于嵌巖樁而言，規(guī)范允許的孔底沉渣厚度≤5cm，采用沖擊成孔工藝對(duì)孔底沉渣厚度控制顯得非常關(guān)鍵。一般而言，清孔階段置換泥漿濃度應(yīng)由濃變稀，一旦清孔完畢驗(yàn)孔合格后應(yīng)立即下鋼筋籠進(jìn)行砼灌注，避免靜置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成孔底沉渣可能超厚，初灌砼的沖擊力會(huì)沖起部分沉渣，并隨連續(xù)灌注過(guò)程，孔內(nèi)泥漿水位上升而將部分沉渣帶出孔外。
實(shí)際施工中，灌注成樁的樁基不可能每根樁底沉渣厚度都能夠取芯檢查，經(jīng)常利用樁基砼內(nèi)預(yù)埋的3根超聲波檢測(cè)器進(jìn)行質(zhì)量檢查，一旦發(fā)現(xiàn)樁底沉渣過(guò)厚，可采用鉆機(jī)取芯成孔（一般施工3孔），再用高壓水從鉆孔口注入，另外孔口出渣的循環(huán)通路，直至將樁底沉渣清除干凈，再壓注水灰比1:0.5d的水泥漿進(jìn)行處理。該處理方法投入小，簡(jiǎn)單可行。
