◎張晶晶 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

柳州港鹿寨港區(qū)江口作業(yè)區(qū)一期工程No.A標段項目位于廣西壯族自治區(qū)柳州市鹿寨縣，柳江左岸，距上游紅花水利樞紐約17.6km。本項目包含疏浚炸礁工程、水工碼頭工程、道路堆場工程、生產(chǎn)輔助建筑物工程和港外道路工程。其中水工碼頭工程泊位總長501m，由6個2000噸級泊位組成，碼頭為多層框架結(jié)構(gòu)的高樁梁板式碼頭，分為13個結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)段之間采用簡支跨連接，碼頭下部結(jié)構(gòu)共設(shè)329根φ1.4m的嵌巖灌注樁。

1.1 地質(zhì)情況

項目所在地廣西壯族自治區(qū)是我國喀斯特地貌分布較為集中的省區(qū)之一，喀斯特地貌分地表和地下兩大類，地表有石芽與溶溝、喀斯特漏斗、落水洞、溶蝕洼地、喀斯特盆地與喀斯特平原和峰叢、峰林與孤峰；地下有溶洞與地下河，暗湖[1]。根據(jù)地勘揭示嵌巖灌注樁施工范圍內(nèi)的地質(zhì)特性上部地層主要為粉細砂、粘土、卵石層，而下部地層主要為全風化泥質(zhì)灰?guī)r、強風化泥質(zhì)灰?guī)r、溶洞及中風化灰?guī)r。根據(jù)地勘揭示溶洞層的層頂平均標高+59.58m(+54.29～+65.33m)，層底平均標高+57.81m(+49.29～+64.33m)，平均厚度+1.77m(+0.60～+9.20m)。溶洞有無充填、部分半充填、部分全充填幾種情況，溶洞連通性較差，充填物包含礫石、卵石混粘性土等。

1.2 設(shè)計要求

前兩排樁樁底進入中風化灰?guī)r層深度不小于5m，后三排樁樁底進入中風化灰?guī)r層深度不小于4m，同時對于樁基溶洞處理時，樁基應(yīng)穿過溶洞進入完整巖深度不小于4m。

2.工藝與選擇

根據(jù)地勘資料統(tǒng)計，樁基工程中存在溶洞的樁位有33根，其中10根溶洞高度＞4m，23 根溶洞高度≤4m，溶洞高度最高為9.2m。該33根灌注樁溶洞處理的成本、進度及質(zhì)量決定著水工碼頭工程的成本、進度及質(zhì)量。因此根據(jù)項目實際情況制定了四種溶洞處理方案，并且以專題會議的形式邀請項目參建各方共同參會達成一致意見，為現(xiàn)場溶洞處理提供快速決策的依據(jù)，從而保證樁基施工快速可靠地推進。

2.1 工藝制定

圖1 水工碼頭結(jié)構(gòu)典型斷面圖

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

方案一：片石+粘土拋填沖擊法

設(shè)備：沖孔鉆機

材料：二片石+粘土

方法：根據(jù)地勘資料結(jié)合現(xiàn)場實際情況，當樁基施工過程中孔內(nèi)水頭突然下降時可判斷該樁位在施工進尺高程存在溶洞，在孔內(nèi)液面下降后甚至可用肉眼觀察到孔壁周圍存在的溶洞。將提前準備好的粘土及二片石利用挖掘機進行回填，回填的體積比大致按照1斗片石1斗粘土的比例進行，當拋投的回填料覆蓋住溶洞頂部后用沖孔樁機進行往復(fù)沖擊將回填料擠壓進入溶洞內(nèi)，在沖擊時可適時添加泥漿液。按照投料、沖擊流程往復(fù)，直至穿過溶洞層且孔內(nèi)液面無下降為止。

過程控制點：采用片石+粘土拋填沖擊法時樁機沖程的把握是重點，以地勘資料為依據(jù)，在距離溶洞頂高程1m左右時要減小沖程，以0.8m左右為宜，同時增加泥漿的比重，以避免沖程過大導(dǎo)致進入溶洞層時樁錘歪斜而卡鉆[2]。在沖擊回填料擠壓進入溶洞內(nèi)時，沖程以0.6～0.8m為宜，一是避免沖程過大導(dǎo)致溶洞坍塌，二是保證回填料充分擠壓進入溶洞并形成護壁。同時在沖擊過程中要加強孔內(nèi)觀測，在處理過程中當孔內(nèi)水頭再次突然下降時，要及時補充回填料。

方案二：混凝土灌注法

設(shè)備：沖孔鉆機

材料：C15混凝土

方法：導(dǎo)管底下放至溶洞底部高程位置，后進行混凝土灌注，灌注過程中觀察孔內(nèi)混凝土情況，當混凝土面有明顯上升時，同步提升導(dǎo)管?？變?nèi)混凝土面高于溶洞頂高程1.5m左右且觀察15min～30min無明顯回落時停止混凝土灌注，2～3d后重新成孔。

圖3 粘土片石+粘土拋填沖擊法現(xiàn)場施工圖

圖4 混凝土灌注法現(xiàn)場施工圖

圖5 鋼護筒跟進法現(xiàn)場施工圖

過程控制點：混凝土灌注法不能立即判斷溶洞處理是否成功，需要待灌注的混凝土形成強度后再次用鉆機成孔后方能進行判斷，因此若不能一次處理成功，除影響施工進度外，處理成本亦成倍增加。因此在溶洞處理前應(yīng)仔細查閱樁位鉆孔柱狀圖和地質(zhì)剖面圖，初步判斷溶洞的大小，在保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)的同時在灌注過程中可間隔性的往復(fù)提升下放導(dǎo)管使混凝土充分填充至溶洞中，提高溶洞處理的成功率。

方案三：片石+粘土+混凝土灌注法

設(shè)備：沖孔鉆機

材料：二片石+粘土+C15混凝土

方法：此方法為片石+粘土拋填沖擊法和混凝土灌注法的結(jié)合，在溶洞處理的初期先向孔內(nèi)投放二片石和粘土，在沖錘的沖擊擠壓下對溶洞進行部分填充，后利用導(dǎo)管灌注混凝土填充溶洞，待混凝土成型后再次利用沖孔鉆機重新沖擊成孔。

過程控制點：此方法過程控制點除方案一和方案二中所述外，關(guān)鍵是要處理好何時開始進行混凝土的灌注，避免混凝土灌注量少而造成溶洞處理失敗。因此可在鉆孔柱狀圖的基礎(chǔ)上初步判斷溶洞的大小后預(yù)估處理量，按照1/3～1/2的量進行粘土和二片石的拋填后再進行混凝土的灌注。

方案四：鋼護筒跟進法

設(shè)備：振動錘、旋挖鉆機

材料：鋼護筒

方法：旋挖鉆機旋挖至溶洞頂板上方1m左右時，利用振動錘下沉鋼護筒，不斷往復(fù)焊接加長護筒，直至鋼護筒穿過溶洞底部，利用鋼護筒形成的孔壁后澆筑成樁。

過程控制點：鋼護筒跟進的的關(guān)鍵點是要確保護筒完全穿過溶洞底部，在實際施工過程中可采用孔內(nèi)回灌泥漿觀察液面是否明顯下降進行判斷。同時跟進鋼護的垂直度決定著灌注樁垂直度，因此鋼護筒跟進時加強觀測，必要時可采用導(dǎo)向架進行垂直度的保證。

2.2 工藝初步選擇

將地勘資料中揭示存在溶洞的樁位進行統(tǒng)計，并按照溶洞的高度進行歸類，分為高度h≤2m，2m＜h≤4m，h＞4m三類，針對不同高度的溶洞按照以往類似工程的經(jīng)驗進行初步選擇不同的工藝，具體表1所示。

表1 工藝選擇表

3.實際處理工藝及參數(shù)統(tǒng)計

在項目實施過程中根據(jù)初步擬定的工藝針對不同高度溶洞選擇性的處理，根據(jù)統(tǒng)計，除片石+粘土拋填沖擊法存在多次處理溶洞的情況外，其余工藝都能一次成功處理樁基施工過程中的溶洞，具體的材料使用量及處理時間如表2所示。

表2 施工實際參數(shù)統(tǒng)計表

4.經(jīng)濟分析

根據(jù)上述各項工藝處理溶洞統(tǒng)計材料使用量和結(jié)合項目實施時段的材料價格，進行上述幾種工藝處理溶洞的經(jīng)濟性比較分析（詳見表3）。

表3 經(jīng)濟分析表

5.結(jié)論

（1）以上4種溶洞處理工藝在相適應(yīng)的溶洞高度情況下，都有著較高的可靠性；

（2）根據(jù)施工實際參數(shù)統(tǒng)計及經(jīng)濟分析，巖溶地貌樁基工程中針對不同高度的溶洞，可采取的工藝可按表4比選；

表4 工藝比選表

（3）采用片石+粘土拋填沖擊法處理溶洞首次不成功的情況下，可及時更換成片石+粘土+混凝土灌注法或混凝土灌注法，避免多次處理造成工期不利。