高洪生，馬躍原，張小兵，龐帥齊

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

1 工程概況

貴隆高速公路項(xiàng)目（K9+909—K26+200）共有465根樁基處于巖溶地區(qū)，其中樁徑為1.2～1.8 m、樁長(zhǎng)12～24 m不等，總樁長(zhǎng)為7 388 m。地層巖性以中風(fēng)化灰?guī)r為主，并含有溶洞、硬質(zhì)斜巖和破碎巖。

1）溶洞：溶洞規(guī)模較小，連通程度低，最大溶洞高度為1.9 m，平均溶洞高度為0.94 m，最大溶洞體積為9.36 m3，平均溶洞體積為3.86 m3；表現(xiàn)形式為單一和串珠兩種形式，見(jiàn)圖1。

圖1 串珠式溶洞地質(zhì)縱剖面圖Fig.1 Geological profile of bead type karst cave

2）硬質(zhì)斜巖：巖石強(qiáng)度高且地質(zhì)構(gòu)造為單斜構(gòu)造，鉆孔取芯室內(nèi)巖石試驗(yàn)結(jié)果表明，多數(shù)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度平均值≥60 MPa，最大值為159.6 MPa。

3）破碎巖：多數(shù)破碎層的RQD指標(biāo)≤30%，破碎程度較高，且破碎層呈現(xiàn)出厚度小、層數(shù)多的特點(diǎn)。

2 施工重難點(diǎn)分析

2.1 任務(wù)重、工期緊

廣西地區(qū)雨季長(zhǎng)（一般為5—9月），能夠進(jìn)行橋梁施工作業(yè)的有效天數(shù)十分有限，如果樁基施工不能及時(shí)完成，將直接制約橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工，甚至影響箱梁架設(shè)等后續(xù)作業(yè)。

2.2 巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜

巖溶地貌又稱喀斯特地貌，這種地貌主要由石灰?guī)r、石膏、巖鹽等可溶性巖層組成，因常年受地下水流的侵蝕而逐漸形成溶蝕的溝槽或溶洞，使得施工過(guò)程中易發(fā)生漏漿、塌孔、埋鉆、打空錘等現(xiàn)象[1]。

2.3 巖層較硬且斜巖分布

部分巖溶地區(qū)因基巖面凹凸不平，巖石堅(jiān)硬，嚴(yán)重制約樁基施工速度，且鉆頭在劇烈沖進(jìn)基巖面時(shí)容易被“V”形的巖溝卡住，容易發(fā)生斜孔現(xiàn)象[2]。

3 施工工藝

3.1 超前鉆孔

在巖溶區(qū)域樁基施工之前進(jìn)行超前鉆孔以探明基底溶洞發(fā)育情況，確保樁基處于堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。設(shè)計(jì)總樁長(zhǎng)為7 388 m，超前鉆孔總長(zhǎng)度為9 043 m，獲取每個(gè)樁孔的地層結(jié)構(gòu)及分布特征、溶洞分布及大小、溶洞頂板厚度等地質(zhì)信息，并形成鉆孔取芯記錄表、鉆孔樁狀圖等地質(zhì)資料。

3.2 溶洞處理

由于溶洞規(guī)模較小，平均溶洞高度為0.94 m，因此采用片石回填、黏土擠壓，低錘高頻的方法，在處理石排分離1-3樁基溶洞過(guò)程中關(guān)鍵施工步驟有以下幾點(diǎn)[3]：

1）通過(guò)測(cè)繩量測(cè)并計(jì)算判斷出沖擊鉆頭在到達(dá)溶洞頂板上2 m位置（高程為32.195 m）時(shí)，適當(dāng)降低沖擊鉆沖程（≤1 m），避免發(fā)生打空錘現(xiàn)象，并時(shí)刻注意孔內(nèi)泥漿面的變化[4]。

2） 鉆頭鑿穿溶洞頂板后，若發(fā)現(xiàn)泥漿面下降，此時(shí)立即用挖掘機(jī)添加片石加黏土（按1∶1體積比）回填，并適當(dāng)加入部分水泥，回填1層、采用鉆頭沖擊至少3遍，使片石和黏土保持密實(shí)，回填至溶洞頂部以上1 m位置。然后向鉆孔內(nèi)注入稠度較大的泥漿，使其浸入片石縫隙內(nèi)，然后采用鉆頭低沖程高頻沖擊，使片石和黏土擠入溶洞內(nèi)，形成泥石護(hù)壁。

3）若溶洞內(nèi)泥石護(hù)壁出現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)再次回填，反復(fù)回填、反復(fù)沖擊，直至不再漏漿為止，直至通過(guò)溶洞區(qū)。

穿過(guò)溶洞區(qū)域后，就可以正常鉆進(jìn)，直至終孔，最終樁基檢測(cè)結(jié)果顯示為Ⅰ類樁[5]。

3.3 旋挖成孔

3.3.1 工藝選取的原因

1） 前期在完整性好（RQD≥75%）、硬度高（單軸抗壓強(qiáng)度≥60 MPa）的斜巖地層中采用沖擊鉆成孔，平均功效不足1 m/d，且需要不斷進(jìn)行斜孔糾正，機(jī)械臺(tái)班和片石等材料消耗較多。

2）前期部分橋位無(wú)變壓器電力供應(yīng)、取水困難；樁位基本都在稻田段，沒(méi)有影響旋挖鉆施工的構(gòu)造物。

3）由于溶洞及地下水較豐富，人工挖孔危險(xiǎn)系數(shù)高，同時(shí)廣西地區(qū)限制使用人工挖孔樁施工工藝，所以不采用該工藝。

綜合以上因素，對(duì)于滿足前兩個(gè)條件的樁基，采用旋挖鉆成孔。

3.3.2 旋挖鉆機(jī)、鉆具和鉆頭的選擇

1）選擇山河智能牌一體化液壓旋挖鉆機(jī)，最大扭矩為416 kN·m。

2）結(jié)合鉆機(jī)性能參數(shù)和地質(zhì)因素，選擇截齒筒鉆和截齒鉆斗。

3）通過(guò)委托具有檢測(cè)資質(zhì)的貴港市科達(dá)工程檢測(cè)公司對(duì)鉆孔取芯后的巖石進(jìn)行室內(nèi)巖石試驗(yàn)，得到巖石最大強(qiáng)度值為174.7 MPa，平均值為159.6 MPa，依據(jù)樁位巖石數(shù)據(jù)，選擇優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)合金鉆頭，減少鉆頭損壞，同時(shí)大大提升鉆進(jìn)效率。

3.3.3 施工鉆進(jìn)

1） 動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆速

當(dāng)旋挖鉆頭處于軟硬底層過(guò)渡段樁基鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)調(diào)整鉆進(jìn)速度。由硬到軟時(shí)，應(yīng)提高鉆進(jìn)速度；當(dāng)軟地層進(jìn)入硬地層時(shí)，由液壓系統(tǒng)給鉆桿適當(dāng)加壓（加壓過(guò)程均勻，加壓力也不應(yīng)過(guò)大），減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；在斜巖地層，適當(dāng)降低鉆進(jìn)速度，防止卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生同時(shí)減小對(duì)鉆頭的磨損；針對(duì)破碎地層，在護(hù)筒跟進(jìn)的基礎(chǔ)上，以較低的鉆速鉆進(jìn)[6]。

2） 分級(jí)擴(kuò)孔

適用于樁徑1.8 m且?guī)r石強(qiáng)度高的樁基，采用分級(jí)擴(kuò)孔的方法進(jìn)行施工。先采用直徑1.2 m的鉆頭鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，再換用直徑1.5 m的鉆頭鉆孔，最后采用直徑1.8 m的鉆頭鉆進(jìn)，提高了施工功效[7]，與正常旋挖鉆孔功效對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 功效對(duì)比分析Table 1 Contrastive analysis of efficacy

3.4 破碎地層處理

1） 靜漿護(hù)壁

①對(duì)于破碎程度較低（RQD≥30%）的地層，采用水+膨潤(rùn)土+火堿配置膨潤(rùn)土泥漿，組分重量比為水∶膨潤(rùn)土∶火堿=100∶6∶0.3，在施工過(guò)程中配備專門的試驗(yàn)人員，及時(shí)檢測(cè)泥漿指標(biāo)，并根據(jù)地層的變化，及時(shí)調(diào)整泥漿的比重。

②對(duì)于采用膨潤(rùn)土泥漿效果不佳的破碎地層，采用專用高效化學(xué)泥漿。首先用火堿調(diào)節(jié)水的pH值在8～10之間，然后按照100 m3水加入25 kg的比例加入高效泥漿粉末，攪拌均勻，使黏度控制在30 Pa·s，然后隨鉆進(jìn)過(guò)程不斷補(bǔ)充該泥漿即可。該高效化學(xué)泥漿是一種高分子量的人工合成的具有水溶性、易混合特點(diǎn)的粉末顆粒聚合物，在水中充分溶解后成半透明狀，黏度大，在孔壁上形成一張薄薄的富有很強(qiáng)張力的保護(hù)層，保證周圍地層的穩(wěn)定，實(shí)踐證明具有良好的處理效果。

2） 護(hù)筒跟進(jìn)

鉆進(jìn)過(guò)程中遇到破碎程度較高（RQD≤30%）的巖層，僅僅依靠靜漿是無(wú)法保證孔壁穩(wěn)定的，為避免出現(xiàn)塌孔，采用護(hù)筒跟進(jìn)的方法。將厚度為12 mm、單節(jié)長(zhǎng)度為1.5 m的鋼護(hù)筒跟隨鉆進(jìn)過(guò)程向下沉放，每節(jié)護(hù)筒之間通過(guò)焊接連接在一起，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)試驗(yàn)人員分析每循環(huán)鉆出的渣樣，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)作業(yè)，確保順利通過(guò)破碎地層。

4 功效、成本分析

4.1 功效分析

1）在硬質(zhì)斜巖的地質(zhì)條件下，旋挖鉆成孔功效是沖擊成孔的9～10倍。

2） 在軟質(zhì)砂礫地質(zhì)條件下，4～5臺(tái)沖擊鉆同時(shí)作業(yè)可以達(dá)到1臺(tái)旋挖鉆相同的功效。

4.2 成本分析

1）公路工程中前期進(jìn)場(chǎng)施工時(shí)，大多受制于永久（或臨時(shí)）電路未接通，供電只能依靠發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致耗油量高，增加額外的費(fèi)用。巖溶地區(qū)樁基處理過(guò)程中，需要不斷拋填塊石、黏土、水泥或同標(biāo)號(hào)混凝土等進(jìn)行斜孔糾正和溶洞填充，這些處理措施使樁基總體施工成本不斷攀升。

2）通過(guò)超前鉆孔得到的相關(guān)信息，結(jié)合不同工點(diǎn)的客觀條件，及時(shí)調(diào)整沖擊鉆和旋挖鉆的作業(yè)范圍，硬質(zhì)斜巖用旋挖，軟質(zhì)砂礫用沖擊，旋挖鉆與沖擊鉆交替進(jìn)行樁基施工。雖然部分樁基采用旋挖鉆的施工單價(jià)略高，但是綜合對(duì)比各種費(fèi)用及對(duì)總體工期的影響，實(shí)際表明采用旋挖鉆不但縮短施工工期，還節(jié)省施工費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

1）巖溶地區(qū)樁基施工前，應(yīng)對(duì)每根樁基超前鉆孔取芯，明確巖層結(jié)構(gòu)特征，保證樁底無(wú)溶洞等不良地質(zhì)，同時(shí)為制定相應(yīng)施工方案提供依據(jù)。

2） 在巖層完整性好、強(qiáng)度高（單軸抗壓強(qiáng)度≥60 MPa）的斜巖地質(zhì)條件下，相比沖擊鉆，旋挖鉆具有成孔功效高且成本低的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)工期緊、施工場(chǎng)地又滿足要求時(shí)，應(yīng)采用旋挖鉆，起到縮短工期和節(jié)約造價(jià)的效果。

3） 在旋挖鉆施工直徑1.8 m及以上的樁基時(shí)，為提高鉆進(jìn)效率和避免鉆桿損壞，應(yīng)采用分級(jí)擴(kuò)孔的方法。

4） 針對(duì)規(guī)模?。ㄈ芏锤叨取? m）、連通程度低的溶洞，可采用拋填片石、黏土擠壓、低錘高頻的方法進(jìn)行處理，同時(shí)可適當(dāng)添加水泥，起到降低混凝土充盈系數(shù)的效果。

5）根據(jù)超前鉆孔揭露出的巖層變化特點(diǎn)，應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整沖程和旋挖鉆速，以降低綜合擴(kuò)孔率，防止塌孔現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃俊光，方引晴.巖溶地區(qū)地基基礎(chǔ)處理的幾個(gè)問(wèn)題分析[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，5（1）：74-77.HUANG Jun-guang,FANG Yin-qing.Application analysis on selecting type of karst area foundation[J].Journal of Guangzhou University:Natural Science Edition,2006,5(1):74-77.

[2]王連玉，王浩.淺析巖溶地質(zhì)對(duì)樁基施工的影響及應(yīng)對(duì)措施[J]. 科技信息，2009（5）：86-87.WANG Lian-yu，WANG Hao.Analysis of the influence of karst geology on the construction of pile foundation and Countermeasures[J].Science and Technological Information,2009(5):86-87.

[3] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].JGJ 94—2008,Technical code for building pile foundations[S].

[4]JTG F80/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].JTG F80/T F50—2011,Technical specifications for construction of highway bridge and culverts[S].

[5]JTG F80/1—2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].JTG F80/1—2004,Quality inspection and evaluation standards for highway engineering[S].

[6]姜明和.樁基施工中巖溶地質(zhì)危害的治理 [J].地質(zhì)與勘探，2000，36（2）：19-21.JIANG Ming-he.Treatment of geological calamity about karst in execution of pile foundation[J].Geology and Prospecting,2000,36(2):19-21.

[7] 王際好.復(fù)雜地質(zhì)超長(zhǎng)樁旋挖鉆施工技術(shù)[C]//蒙文硯高速公路施工技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)交流材料匯編.2016：293.WANG JI-hao.Complex geological long pile rotary drilling technology[C]//Mengzi-Wenshan-Yanshan Expressway construction technology field exchange materials compilation.2016:293.

小貼士

如何編寫(xiě)摘要

摘要的編寫(xiě)要點(diǎn):

摘要應(yīng)具有獨(dú)立性和自含性，即不閱讀報(bào)告、論文的全文，就能獲得必要的信息。摘要中有數(shù)據(jù)、有結(jié)論，是1篇完整的短文，可以獨(dú)立使用，可以引用，可以用于工藝推廣。摘要的內(nèi)容應(yīng)包含與報(bào)告、論文同等量的主要信息，供讀者確定有無(wú)必要閱讀全文。摘要內(nèi)容一般應(yīng)包括研究的目的、方法、結(jié)果、結(jié)論四要素，而重點(diǎn)是結(jié)果和結(jié)論。

摘要的四要素：

目的——研究、研制、調(diào)查等的前提、目的和任務(wù)，所涉及的主題范圍。

方法——所用的原理、理論、條件、對(duì)象、材料、工藝、結(jié)構(gòu)、手段、裝備、程序等。

結(jié)果——實(shí)驗(yàn)的及研究的結(jié)果、數(shù)據(jù)、被確定的關(guān)系、觀察的結(jié)果、得到的效果、性能等。

結(jié)論——結(jié)果的分析、研究、比較、評(píng)價(jià)、應(yīng)用，提出的問(wèn)題，今后的課題、假設(shè)、啟發(fā)、建議、預(yù)測(cè)等。

摘要編寫(xiě)注意事項(xiàng)：

1）要客觀、如實(shí)地反映一次文獻(xiàn)，切不可加進(jìn)編寫(xiě)者的主觀見(jiàn)解、解釋或評(píng)論。

2）要著重反映新內(nèi)容和作者特別強(qiáng)調(diào)的觀點(diǎn)。

3）要排除在本學(xué)科領(lǐng)域已成常識(shí)的內(nèi)容。

4）不得簡(jiǎn)單地重復(fù)題名中已有的信息。

5）要用第三人稱的寫(xiě)法。應(yīng)采用“對(duì)……進(jìn)行了研究”、“報(bào)告了……現(xiàn)狀”、“進(jìn)行了……調(diào)查”等記述方法，標(biāo)明一次文獻(xiàn)的性質(zhì)和文獻(xiàn)主題，不必使用“本文”、“作者”等作為主語(yǔ)。

6）中文摘要一般200~300字為宜，如遇特殊需要，字?jǐn)?shù)可以略多。