巖溶地區(qū)鉆孔樁溶洞處理綜合技術(shù)
2016-12-05
1 概述
溶洞發(fā)育地貌稱為喀納斯地貌，在此類地貌環(huán)境下施工由于地質(zhì)復雜、施工難度和風險大，容易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔、地面沉降、斷樁，甚至出現(xiàn)涌水涌泥和危機施工機具人員、周圍建筑物等安全事件的發(fā)生。
2 溶洞處理總體方案
?、僭谑┕で靶鑼θ芏催M行分析，實地考察溶洞的地貌特征，針對不同類型的溶洞采取不同的處理方式，避免出現(xiàn)一刀切的施工模式，造成各種浪費現(xiàn)象。②一般溶洞及大型溶洞在進行施工前應該預前將空洞以及縫隙進行注漿作業(yè)，同時在鉆孔作業(yè)時要利用填土等形式提高鉆孔效率。③特大型溶洞采用護筒跟進法施工。如果溶洞屬于單層架構(gòu)應該采取單層護筒進度施工模式；如果溶洞屬于多層結(jié)構(gòu)那么就根據(jù)具體溶洞結(jié)構(gòu)采取不同的護筒跟進作業(yè)，具體施工案例中多采用2～3層護筒。之所以采取護筒跟進作業(yè)模式就是為了提高鉆孔的成功率。
3 溶洞地質(zhì)樁基的施工方法
在屬于溶洞地質(zhì)區(qū)域進行施工前，需要了解當?shù)氐牡刭|(zhì)特點，尤其是溶洞的具體情況要了解重復，包括溶洞的大小、溶洞結(jié)構(gòu)、有無漏水現(xiàn)象等，在確定施工方案前要充分考慮這些因素，在施工的過程中要隨時觀察溶洞的地質(zhì)變化，及時根據(jù)溶洞地質(zhì)等對施工的影響采取相應的改進方法。在進行溶洞鉆孔作業(yè)時，一般采取具有卷揚機帶沖擊錐的沖擊鉆成孔，采取此種工具可以及時發(fā)現(xiàn)鉆孔過程中遇到溶洞，進而有效監(jiān)測溶洞的變化，同時其具有鉆孔速度快、破壞面積小的特點，而采取勘察孔不能全面反映地質(zhì)，當其他鉆孔作業(yè)過程可能會因為遇到溶洞而發(fā)生施工事故，造成人員傷亡、機械損害的情況發(fā)生。
4 巖溶地區(qū)溶洞類型判斷
進行溶洞施工作業(yè)首先要明確溶洞的規(guī)模以及類型，根據(jù)類型的情況分析具體的施工作業(yè)模式，因此對于溶洞的類型特征我們一般劃分為以下四類（見表一）。
5 溶洞處理
對于溶洞的施工處理要采取科學的手段，選擇差別化施工，因為這樣可以提高施工效率，降低施工成本支出等。
5.1 小型溶洞的處理 對于小型溶洞，如11#墩1#樁基礎，樁長14m，樁基范圍內(nèi)存在5個小溶洞，最大溶洞高度1.5m，最小30cm，為空洞或空洞充填粘土。
11-1#樁在溶洞處理過程中采用拋填片石、粘土互層（或碎石粘土團）反復用重錘小沖程鉆進方式，進行樁孔的填塞和樁壁擠密。
當使用上述施工填充模式進行鉆孔時，尤其是在鉆孔在形成前，注入的泥漿等要維持高強度和強粘度的特點，而不能反復注入泥漿。當然此種作業(yè)模式是建立在添加的物質(zhì)強度要與需要鉆孔部位的地質(zhì)強度相同或者高于溶洞巖石強度的0.5到1.0個等級。因為如果添加的填充物強度低就會造成在鉆孔的時候填充物被破壞，達不到填充的效果，實現(xiàn)不了溶洞鉆孔施工的目的。
5.2 一般溶洞及大型溶洞的處理 ①超前注漿預處理。通常情況下一般溶洞都存在漏水或者半漏水的情況，因此為了防止漏水原因?qū)е略阢@孔過程中出現(xiàn)鉆孔泥漿流失現(xiàn)象的發(fā)生，需要在鉆孔前對其進行注漿。對于施工難度大、護筒跟進難度大的樁建設，需要使用超前注漿處理模式，首先要使用水泥對鉆孔進行封堵，在壓力的影響下，實現(xiàn)泥漿的流動，通過流動將泥漿填滿整個溶洞縫隙。在注漿的過程中要使用注漿泵進行施工，在使用注漿泵的過程中嚴格按照施工流程操作，防止因為操作不規(guī)范導致注漿效果失敗。②間歇式注漿預處理。間歇式注漿就是在施工過程中采用間斷式注漿，一般間斷的時間要大于6個小時，保證先前注入的泥槳與沙子等達到融合與凝固，減少注漿過程中的浪費，實現(xiàn)注入最小漿體達到最大壓力值的效果。間接式注漿模式主要是針對特大溶洞而言的，它是為了降低漿體流失，造成浪費而使用的一種施工工藝。鉆孔樁一般比較小，以此注漿厚度一般只需要達到1～2m即可，因此間歇式注漿是此種施工的主要手段。但是其會延長施工周期，如果既要保障工期又要使用間歇式注漿就要在注漿原料上入手，適當摻入水玻璃等快凝材料，以加快施工進度。③沖擊鉆孔過程中溶洞的處理。施工人員要全面掌握溶洞地貌，并且要將鉆孔位置標出給予相關(guān)鉆孔人員，讓他們了解鉆孔位置的地質(zhì)地貌，在進行到一定程度時要注意填充足夠的小片石或狗頭石（直徑20～40cm）和粘土，對于半充填和無充填物的溶洞要組織足夠的水源。鉆至離溶洞頂部1m左右時，在1～1.5m范圍內(nèi)變換沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。④特大型溶洞的處理。特大型溶洞由于其規(guī)模比較大，地質(zhì)復雜等原因，在對其進行施工時為了防止出現(xiàn)溶洞因為鉆孔而出現(xiàn)泥漿流失結(jié)果出現(xiàn)溶洞發(fā)生倒塌等災害，應該對特大型溶洞施工采取護筒跟進的方法，以此保障溶洞鉆孔施工的順利進行與安全生產(chǎn)。
護筒跟進工藝具有投入高成本的缺點，因此在對中小型或有充填的大型溶洞要盡量減少護筒跟進的使用次數(shù)。
①護筒跟進施工工藝。護筒跟進施工時首先要選定地點填滿鋼護筒，然后進行鉆孔作業(yè)、放入輔助護筒，通過振動護筒實現(xiàn)穿越溶洞的目的，進而鉆到溶洞的頂部，通過護筒注入泥漿，完成鉆孔。對不同結(jié)構(gòu)的溶洞需要采取不同的護筒施工方式，比如單層溶洞需要一層鋼護筒就可以；對于多層的溶洞，可以使用2-3層的護筒。具體操作步驟：在第一層護筒完成后，要對護筒的底部進行封閉，防止注漿時因為外力出現(xiàn)漏漿。第二層護筒施工時要在護筒外側(cè)焊耳筋固定護筒，嚴格控制護筒的長度，護筒的長度不能超過第一層護筒底部的深度。②內(nèi)、外護筒間空隙及內(nèi)護筒與溶洞底部間空隙的處理。使用護筒跟進施工，需要利用泥漿對兩層護筒進行加固保障其具有抗擊力的目的，具體的施工方法是在內(nèi)護筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)回填砂、碎石，中部回填中砂，然后用高壓噴射灌漿法（施噴法）對回填體進行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強度要求達到30MPa，其抗?jié)B系數(shù)可達10-7m/s。灌漿處理后，即可重新沖孔。③護筒跟進施工控制。對于特大型溶洞的處理，要時刻保持安全施工的意識，在護筒跟進作業(yè)時需要及時觀察溶洞前面的實際情況，掌握溶洞情況是安全施工的重要環(huán)節(jié)。位于特大型溶洞地層中的鉆孔樁，經(jīng)常會發(fā)生安全事故，因為特大溶洞的地質(zhì)比較復雜，常常會發(fā)生溶洞倒坍的事故，因此在鉆孔施工前一定要掌握溶洞的地貌特征，為護筒跟進作好充分準備，根據(jù)溶洞的埋深、產(chǎn)狀、發(fā)育層數(shù)等確定護筒跟進深度、跟進層數(shù)。護筒跟進法在鉆孔作業(yè)過程中，應該做好應急預案制度，時刻具有處理危險事故的意識，護筒跟進施工是為了避免溶洞施工上體不發(fā)生坍塌事故，但是在實際的施工過程中，當護筒跟進施工到某一位置時，就有可能受到作用力的原因，采用振動外向錘很難一次性成功，通常施工經(jīng)常采用邊鉆孔邊跟進的工藝。這一模式可能會因為作業(yè)人員的原因或者探測孔沒有及時跟進導致鉆孔速度超過護筒跟進速度，導致一部分溶洞的上體沒有完成護筒作業(yè)，結(jié)果導致前面的鉆孔沒有外力支持，導致出現(xiàn)坍陷。尤其是當出現(xiàn)斜體地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，采取護筒跟進作業(yè)，就會存在一定安全隱患，因為護筒是對某一個方向進行外力支撐，使得斜體另一端的地質(zhì)缺失保護，尤其是溶洞出現(xiàn)漏水現(xiàn)象時造成漏漿而發(fā)生意外。
6 結(jié)束語
由于溶洞的地質(zhì)特點不同，因此在施工的過程中要根據(jù)不同的溶洞地質(zhì)特點采取不同的施工方式，保障溶洞鉆孔施工順利開展，通過針對性施工可以提高施工的效率。但是根據(jù)實際的施工管理分析，溶洞鉆孔技術(shù)還有許多需要改進的地方，需要施工人員在施工過程中總結(jié)經(jīng)驗，提高施工工藝。
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作者簡介：沈文軍（1974-），女，遼寧朝陽人，遼寧建筑職業(yè)學院建筑經(jīng)濟系教師，高級工程師，講師。
