朱汝振

摘要：深水、裸巖、溶洞地區(qū)樁基施工具有鮮明的特點(diǎn)，施工難度大，代表性強(qiáng)。文章結(jié)合左江大橋樁基施工案例，針對(duì)地質(zhì)水文條件復(fù)雜地區(qū)的鉆孔灌注樁無法采用常規(guī)的泥漿循環(huán)鉆進(jìn)等施工工藝，提出了撈渣工藝鉆進(jìn)施工方法，并對(duì)采用護(hù)筒跟進(jìn)和下放多層內(nèi)護(hù)筒處理裸巖、溶洞、塌孔埋錘等突發(fā)狀況進(jìn)行了探討，分析了這類特殊復(fù)雜地質(zhì)樁基施工常見事故出現(xiàn)的原因及處置方法，可為相關(guān)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：深水、裸巖、溶洞;撈渣工藝;樁基施工;內(nèi)護(hù)筒

0 引言

崇水西環(huán)線左江大橋樁基施工水深超過20m，裸巖容易導(dǎo)致護(hù)筒底口泥漿及灌孔過程中混凝土泄露，而多層溶洞、流沙、暗河、暗溝則給施工造成埋錘、卡錘、串孔等各種困難，但經(jīng)過不斷摸索，最終樁基施工全部順利完成。本文通過崇水西環(huán)項(xiàng)目左江大橋樁基施工來探討此類基礎(chǔ)施工的工藝和常見問題的處理方式方法。

1 工程概況及難點(diǎn)分析

1.1 工程簡(jiǎn)介

崇左西左江大橋位于廣西崇左市寧明縣亭亮鄉(xiāng)，為崇左至水口高速公路的組成部分。大橋長(zhǎng)度為389.04m，距離下游左江電站約1.25km，屬于左江水利樞紐庫區(qū)范圍。主橋?yàn)椋?7+145+77）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，下構(gòu)主墩為鋼筋混凝土實(shí)心墩，主墩4#墩和5#墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，兩個(gè)主墩基礎(chǔ)分別采用18根1.8m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主墩樁基共36根。

1.2 地質(zhì)水文條件

根據(jù)地勘資料，樁位處為全溶洞覆蓋，地質(zhì)復(fù)雜，橋位區(qū)屬剝蝕溶蝕準(zhǔn)平原地貌，地層主要為第四系沖洪積層，為淤泥、粉質(zhì)黏土、卵石、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、中風(fēng)化碎裂狀白云質(zhì)灰?guī)r、中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖、微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、微風(fēng)化碎裂狀白云質(zhì)灰?guī)r。

其中，4#墩河床標(biāo)高為87.5m左右，覆蓋層為2～8m的卵石層，并伴隨著石筍石芽;5#墩河床為裸露的斜坡巖。為了保證后期鋼圍堰能順利下放到位，已經(jīng)將河床采用水下爆破炸平至封底混凝土標(biāo)高87.0m左右。下游左江電站正常蓄水位為108.0m，死水位為106.3m。根據(jù)水庫調(diào)度運(yùn)行方式，枯水期（11月初至次年4月末）水庫維持在正常蓄水位108.0m運(yùn)行。汛期當(dāng)水庫入庫流量接近3000m3/s時(shí)，樞紐所有10扇閘門全部打開，排泄洪峰流量，電站停止發(fā)電，壩前水位最低降至106.30m;入庫流量>3000m3/s時(shí)，所有閘門全開，按泄流曲線泄洪。近十年最大水流流速為2.09m/s，并從上游伴隨著漂流物，對(duì)棧橋和施工平臺(tái)有一定的沖擊力。

1.3 工程難點(diǎn)分析

（1）水深20m，棧橋平臺(tái)離水面6m，鋼護(hù)筒下放過程中懸空26m，鋼護(hù)筒垂直度難以控制，容易偏位。

（2）主橋樁基地質(zhì)100%溶洞發(fā)育，樁基施工需要打穿多層溶洞，溶洞內(nèi)有卵石等填充物，個(gè)別樁基還需穿透流沙層，容易造成埋錘。同時(shí)，還存在暗河、暗溝、造成串孔。

（3）4#墩有2～8m的卵石層覆蓋層，護(hù)筒無法跟進(jìn)，經(jīng)常發(fā)生卵石層塌孔埋錘;5#墩樁基無覆蓋層為裸巖，鉆孔過程中鋼護(hù)筒底口容易漏漿，灌孔過程中護(hù)筒底口容易泄露混凝土，造成灌孔失敗。

2 施工工藝

2.1 護(hù)筒下放

護(hù)筒單根長(zhǎng)7.5m，直徑為210cm，壁厚為14mm，通過逐節(jié)焊接加長(zhǎng)進(jìn)行護(hù)筒下放。

因水深20m，鉆孔平臺(tái)至河床26m，護(hù)筒下放容易偏位，護(hù)筒傾斜度1%，則偏位超過26cm，再加上焊接變形和累計(jì)誤差以及水流的沖擊影響，護(hù)筒偏位將會(huì)更大。而護(hù)筒外壁與承臺(tái)邊及圍堰內(nèi)壁的凈距僅為45cm，護(hù)筒下放定位精確度不夠則容易造成偏出承臺(tái)外，導(dǎo)致鋼圍堰將無法下放。

護(hù)筒下放過程中在水面上和鉆孔平臺(tái)之間架設(shè)5.5m高的導(dǎo)向架作為定位工具，為避免誤差，保證鋼護(hù)筒能下放又不影響下放精度，導(dǎo)向架空間預(yù)留4cm空隙，凈距為214cm。同時(shí)，在下放過程中采用全站儀全程監(jiān)控垂直度。為了避免累計(jì)誤差和水流沖擊的影響，測(cè)量放樣定位護(hù)筒中心點(diǎn)時(shí)，在規(guī)范容許范圍內(nèi)往上游側(cè)和承臺(tái)內(nèi)側(cè)分別挪5cm。護(hù)筒下放到位后，用90kW振樁錘進(jìn)行振動(dòng)下沉至無法再下沉為止，再檢測(cè)垂直度。護(hù)筒的垂直度檢測(cè)方式若采用超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)則非常精確，能確保萬無一失，但是不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)過研究，最終采用沖擊鉆直徑180cm錘頭定位，從護(hù)筒中心點(diǎn)垂直緩慢下放的方式。若錘頭不碰觸護(hù)筒壁，則護(hù)筒偏位在容許范圍內(nèi);若偏位過大，則會(huì)造成卡錘，需要返工重新處理。通過以上方法控制護(hù)筒下放精度，兩個(gè)主墩護(hù)筒下放均滿足要求。

2.2 鉆孔施工工藝探索

鉆孔施工過程中，因無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以參考，首先采用常規(guī)的泥漿循環(huán)出渣的工藝，失敗后將護(hù)筒孔內(nèi)泥漿水頭高度降至與江面水平面一致，采用正循環(huán)出渣的方式但依然不行，最后采用護(hù)筒跟進(jìn)和在護(hù)筒底口處引孔2m，再澆筑混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，重新沖孔造漿以泥漿循環(huán)的方式進(jìn)行鉆孔施工，卻依然未取得成功。最終經(jīng)過摸索采用撈渣工藝施工取得成功。

2.2.1 常規(guī)的泥漿循環(huán)施工工藝

常規(guī)的泥漿循環(huán)工藝跟陸地樁基施工類似，采用紅土根據(jù)一定的配合比造漿后，將孔內(nèi)泥漿水頭高度引至鉆孔平臺(tái)，并利用旁邊鋼護(hù)筒作為泥漿循環(huán)池和沉淀池正循環(huán)出渣，泥漿又從循環(huán)池流回孔內(nèi)，補(bǔ)充泥漿循環(huán)出渣。

當(dāng)鉆孔至護(hù)筒底口位置時(shí)，因護(hù)筒內(nèi)泥漿比重大，水頭壓力大，且護(hù)筒底口為裸巖或卵石層，沒有較深的淤泥粉質(zhì)黏土覆蓋，導(dǎo)致護(hù)筒內(nèi)泥漿從護(hù)筒底口突然泄露，泥漿水頭高度降至比江水面標(biāo)高低4m才達(dá)到平衡，無法通過泥漿循環(huán)鉆進(jìn)施工。

2.2.2 降低護(hù)筒內(nèi)水頭高度泥漿循環(huán)施工工藝

常規(guī)的泥漿循環(huán)正循環(huán)出渣鉆孔工藝失敗后，分析原因是因?yàn)樽o(hù)筒內(nèi)泥漿水頭高，壓力大于江水壓力導(dǎo)致護(hù)筒底口泄露，遂將護(hù)筒內(nèi)泥漿由鉆孔平臺(tái)高度下降6m至和江水面平齊，減小護(hù)筒底口壓力，泥漿循環(huán)利用泥漿泵從孔內(nèi)抽至隔壁護(hù)筒循環(huán)池，泥漿又從循環(huán)池流回孔內(nèi)，補(bǔ)充泥漿達(dá)到循環(huán)出渣的目的。

當(dāng)鉆孔至護(hù)筒底口時(shí)，同樣出現(xiàn)泥漿突然泄露的狀況，泥漿水頭高度降至比江水面標(biāo)高低4m才達(dá)到平衡，主要原因是泥漿比重比水要大，孔內(nèi)壓力仍然大于孔外，且采用泥漿泵抽泥漿出渣的方式工效非常低，不方便操作。

2.2.3 護(hù)筒跟進(jìn)和護(hù)筒底口封堵泥漿循環(huán)施工工藝

通過護(hù)筒底口的封堵，讓其能承受孔內(nèi)壓力不泄露，再采用泥漿正循環(huán)出渣。護(hù)筒底口的封堵方式為用直徑205cm的錘頭鉆孔至護(hù)筒底口以下2m，再進(jìn)行護(hù)筒跟進(jìn)，因護(hù)筒垂直度精度不高和底口裸巖或卵石，一般跟進(jìn)效果不是很好。跟進(jìn)完成后，再?zèng)_孔至護(hù)筒底口2m處，拋入紅土和袋裝水泥4m高，用錘頭搗碎，或直接澆筑C30混凝土4m高，24～48h后，再進(jìn)行沖孔，但依然有護(hù)筒底口泄露現(xiàn)象，無法封堵嚴(yán)實(shí)。

2.2.4 撈渣施工工藝

通過多種方案的嘗試，最終摸索出撈渣施工工藝，成功高效完成樁基施工。

2.3 撈渣施工工藝

2.3.1 撈渣施工工藝簡(jiǎn)介

撈渣施工是不通過泥漿循環(huán)出渣，而是通過紅土造漿后，沖孔1m左右，使鉆渣懸浮于孔內(nèi)，再利用吊車起吊撈渣桶直到孔內(nèi)撈出鉆渣的一種工藝。此工藝高效快捷，簡(jiǎn)單實(shí)用，成功解決了護(hù)筒底口泥漿泄露的問題。

2.3.2 撈渣施工工藝流程

護(hù)筒下放→鉆機(jī)就位并校準(zhǔn)對(duì)中→孔內(nèi)造漿→直徑205cm的錘頭沖孔2m并撈渣→護(hù)筒跟進(jìn)→澆筑4m高C30混凝土→等強(qiáng)→鉆進(jìn)1m→撈渣→加紅土造漿→鉆進(jìn)撈渣至終孔→下放鋼筋籠→下放導(dǎo)管→灌注混凝土。

2.3.3 撈渣桶的設(shè)計(jì)

撈渣桶采用直徑82cm，高15m的鋼護(hù)筒加工而成，底口鋼板采用合頁型設(shè)計(jì)。放入孔內(nèi)時(shí)，底口鋼板打開，沉入孔底，往上提時(shí)，合頁封閉，裝滿鉆渣提出泥漿面時(shí)，桶內(nèi)泥漿流出，剩余鉆渣留在桶內(nèi)，將鉆渣倒出孔外指定位置后，再反復(fù)進(jìn)行撈渣，撈干凈后繼續(xù)沖孔施工。

2.3.4 撈渣工藝工效

橋位處均為凝灰?guī)r，強(qiáng)度為50MPa左右，鉆孔1m需要10h左右，鉆孔1m后必須將懸浮的鉆渣撈出，否則每次錘頭沖擊的都是鉆渣，直至將鉆渣沖碎而不能進(jìn)尺。撈渣1m的時(shí)間為1h左右，24h鉆孔施工，白天晚上均需撈一次，每天進(jìn)尺能保證2m左右，工效和常規(guī)的泥漿循環(huán)出渣相差無幾。

2.3.5 清孔

撈渣工藝清孔是一大難題，若處理不好，清孔不干凈，孔底沉渣過厚，容易造成質(zhì)量事故。因撈渣清孔過程中，懸浮的鉆渣不斷地落入孔底，造成不斷清孔但清不干凈的情況。隨著撈渣的時(shí)間過長(zhǎng)，孔內(nèi)泥漿稠度不斷稀釋，鉆渣不易懸浮，若加紅土造漿容易加入更多的沉渣，有時(shí)清孔長(zhǎng)達(dá)10h依然不能清干凈。

經(jīng)研究摸索，最終采用二次撈渣清孔工藝成功解決此類問題。初次撈渣清孔后，依然在孔內(nèi)有部分懸浮的鉆渣未完全沉入孔底，此時(shí)在孔內(nèi)丟入若干包袋裝水泥，用錘頭搗碎后靜置，數(shù)小時(shí)后鉆渣完全沉入孔底并懸浮，再進(jìn)行二次撈渣清孔，即可清理干凈。

2.3.6 混凝土灌注

清孔干凈后迅速下放鋼筋籠和導(dǎo)管，檢驗(yàn)合格后迅速灌注混凝土。混凝土灌注施工工藝和常規(guī)的施工工藝基本類似，但護(hù)筒底口若因石筍石芽未封閉嚴(yán)實(shí)，容易造成混凝土泄露而灌注不成功。為了確?；炷凉嘧⒊晒Γo(hù)筒必須盡量跟進(jìn)，再用直徑205cm的錘頭沖孔2m后，灌注4m高C30混凝土，待強(qiáng)度達(dá)到一定程度后再進(jìn)行鉆進(jìn)，盡可能地對(duì)護(hù)筒底口進(jìn)行封堵，防止灌孔失敗。

2.3.7 撈渣工藝注意事項(xiàng)

（1）撈渣工藝不需要泥漿循環(huán)，也不要求孔內(nèi)的水頭高度，往往造成為圖方便不造漿而采用清水撈渣。清水撈渣對(duì)于地質(zhì)良好的地區(qū)可以采用，而本橋位處全溶洞覆蓋區(qū)域，溶隙裂隙發(fā)育，每次撈完渣后，必須加紅土和片石對(duì)已發(fā)現(xiàn)的溶洞進(jìn)行封堵。而沒有發(fā)現(xiàn)溶洞的位置，同樣需要造漿鉆進(jìn)，因?yàn)槿芟读严段捶舛聡?yán)實(shí)，混凝土灌注后，地下水將順著溶隙裂隙沖刷樁身，造成質(zhì)量事故。

（2）在清孔過程中，如撈渣發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水位不下降，說明護(hù)筒底口在河床處與外界是相通的，灌孔過程中存在混凝土泄露灌不起來的風(fēng)險(xiǎn)，需要再次對(duì)護(hù)筒底口進(jìn)行封堵處理。

3 常見事故及處理

3.1 卵石層、溶洞填充物、流沙埋錘、卡錘

（1）原因分析：4#墩河床為2～8m的卵石層，且卵石層下面的河床存在大量的石芽和石筍，4#墩樁基施工過程中，因護(hù)筒無法跟進(jìn)穿透卵石層，經(jīng)常出現(xiàn)卵石層塌孔的現(xiàn)象，而且一次塌孔能埋孔7～10m，造成埋錘，而且撈錘非常困難，嚴(yán)重影響工期。

部分樁基需要穿透多層溶洞和流沙層，溶洞內(nèi)填充物多為卵石和凝灰?guī)r，經(jīng)常突然塌入孔底埋錘或卡錘。

（2）處理方式：一般埋錘埋深較大，常規(guī)的處理方式難以將錘頭撈出。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終通過18m3空壓機(jī)連通導(dǎo)管底口插入孔底，采用氣舉反循環(huán)抽渣工藝撈錘，取得成功。右4aG4樁，2018-04-04塌孔埋錘，嘗試多種方式撈錘未果，最終采用氣舉反循環(huán)撈錘方式于2018-04-29撈出，歷時(shí)25d。

卡錘一般是在溶洞處，因孔位不垂直或落錘沖擊時(shí)錘頭偏進(jìn)溶洞，導(dǎo)致卡住拉不起來。處理的方式是兩臺(tái)鉆機(jī)同步去提，同時(shí)用炸藥或雷管進(jìn)行水下爆破讓錘頭松動(dòng)并提出。左4aG1樁2018-04-13凌晨4：00卡錘，采用土炸藥處理無效后，采用兩臺(tái)鉆機(jī)提錘，并用雷管爆炸數(shù)次后，17：00終于提出。此方法的缺陷是因炸藥爆炸的震動(dòng)容易導(dǎo)致其他孔坍塌。

3.2 暗流、暗河導(dǎo)致串孔

（1）原因分析：樁位區(qū)域全溶洞覆蓋，底下暗流、暗河遍布，部分樁基在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)孔內(nèi)水位同時(shí)升降變化。部分樁基在灌孔過程中發(fā)現(xiàn)混凝土面始終不上升，最后發(fā)現(xiàn)混凝土串入其他孔內(nèi)。

（2）處理方式：在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)串孔的樁基時(shí)，需保持兩根樁基進(jìn)度同步，分別下放導(dǎo)管同時(shí)灌注，同時(shí)開盤澆筑首盤混凝土，灌注速度也必須同步，避免串孔的孔道內(nèi)泥塊被擠入到另外一個(gè)樁基混凝土內(nèi)。在灌孔過程中發(fā)現(xiàn)灌注不起來，混凝土串至其他孔內(nèi)的情況，唯一的辦法只有迅速將相鄰已串的孔位回填，確保正在灌注的樁基能成功。

3.3 灌孔過程中混凝土突然坍塌下沉

（1）原因分析：部分溶洞在鉆孔過程中采用紅土加片石封堵，但混凝土容重比泥漿大很多，在樁基灌孔過程中，隨著混凝土灌注的高度增加而對(duì)孔內(nèi)四周壓力增大，最終導(dǎo)致溶洞被壓穿，混凝土突然泄露導(dǎo)致孔內(nèi)混凝土面急劇下降。

（2）處理方式：在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)溶洞后詳細(xì)做好記錄并認(rèn)真封堵到位，灌孔過程中導(dǎo)管埋深盡量控制在8～10m，對(duì)混凝土性能進(jìn)行優(yōu)化，確保埋管足夠深且能灌注下去。灌注完成后超灌高度盡量留高。左4aG2樁基2018-07-13晚灌注接近尾聲時(shí)，突然混凝土將溶洞壓穿，混凝土泄露嚴(yán)重，用測(cè)繩測(cè)得混凝土面下降10m左右，而且還在不斷下降，所幸導(dǎo)管埋深13m，未脫空，否則將斷樁，在抓緊跟料灌注后，最終在天亮?xí)r將孔灌注完成。

3.4 護(hù)筒底口混凝土泄露

（1）原因分析：護(hù)筒底口落在石筍石芽上，底口空隙較大，鉆孔過程中護(hù)筒無法跟進(jìn)穿透，護(hù)筒底口未封堵嚴(yán)實(shí)，灌孔過程中混凝土從護(hù)筒底口泄露而導(dǎo)致樁基灌注失敗。

（2）處理方式：護(hù)筒底口在鉆孔過程中進(jìn)行封堵嚴(yán)實(shí)，提前預(yù)防。在撈渣清孔過程中可查看孔內(nèi)水位是否下降來檢驗(yàn)護(hù)筒底口是否泄露。

3.5 內(nèi)護(hù)筒的成功應(yīng)用

采用下放內(nèi)護(hù)筒的工藝，可以成功解決以上所有困難。對(duì)于護(hù)筒底口卵石層塌孔、溶洞填充物塌孔、流沙、暗河、暗溝、護(hù)筒底口封堵不嚴(yán)實(shí)等問題，均可以采用直徑190cm錘頭沖孔到位后，下放壁厚為6mm，直徑為190cm的內(nèi)護(hù)筒，長(zhǎng)度根據(jù)需要封堵的高度而定。內(nèi)護(hù)筒頂口焊接吊筋用履帶吊緩慢下放到位，將吊筋焊接在外護(hù)筒上固定，利用內(nèi)護(hù)筒堵住護(hù)筒底口的卵石層、溶洞、暗河等，防止再塌孔，然后用180cm錘頭繼續(xù)沖孔。部分樁基同時(shí)遇到護(hù)筒底口卵石塌孔、多層溶洞或串孔問題，則需要下放多層內(nèi)護(hù)筒進(jìn)行封堵。

4 結(jié)語

針對(duì)崇水西環(huán)項(xiàng)目左江大橋樁基的特點(diǎn)，摸索出的撈渣施工工藝經(jīng)濟(jì)適用，工效高，簡(jiǎn)單易操作，能成功地解決深水、裸巖、溶洞地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)水文條件的樁基施工問題。同時(shí)，樁基施工中常見的問題和處理方法，尤其是內(nèi)護(hù)筒的應(yīng)用，為后續(xù)類似橋梁施工提供了思路和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，具有一定借鑒和指導(dǎo)價(jià)值。

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