巖溶區橋梁沖擊鉆孔事故處理方法

朱鑫 中鐵柳州市三橋一路工程指揮部工程部 545001

巖溶區橋梁沖擊鉆孔事故處理方法

朱鑫 中鐵柳州市三橋一路工程指揮部工程部 545001

通過對柳州市廣雅大橋巖溶區樁基施工實例，對巖溶形成過程、巖溶地區沖擊鉆孔施工中發生的梅花孔、偏孔、卡錐、泥漏漿滲、坍孔等現象進行了分析，總結了相應的處置方法。

巖溶區；橋梁；鉆孔；事故；處理

karst area; bridges; drilling; accidents; treatment

我國巖溶發育地區的分布十分廣闊，西南的云南、貴州、四川，華南的湖南、廣西，東北的遼寧等省都有大面積的巖溶地層。巖溶是經過漫長的地質年代，石灰巖中碳酸鈣受水和二氧化碳的作用轉化為微溶性的碳酸氫鈣。當溫度升高、水分蒸發或壓強減少時，溶解有碳酸氫鈣的水會由于二氧化碳溶解度的減小而逸出，使碳酸鈣沉淀下來。經過長期和多次的上述反應，就形成了地質及水文地質構造極為復雜的諸如石林、石筍、鐘乳石、溶洞、暗河以及隱藏于地層中的溶溝、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景觀和地質構造。在這類地層中，往往還蘊含著豐富的地下水、地表水和不同類型的風化與殘積土層。在這種地層上利用沖擊鉆實施橋梁的樁基施工時，常常會發生沖擊成孔事故，這些事故主要有梅花孔（沖成的孔不圓[1]，這種事故從沖擊錐上下沖擊時轉動靈活與否就可以感覺出來）、偏斜孔（沖成的孔不直[1]）、卡錐（沖錐卡在孔內提不起來[1]）、漏漿、坍孔等。本文通過對柳州市廣雅大橋溶洞地區鉆孔樁施工事故發生的原因進行分析，總結了溶洞地區鉆孔樁施工事故的處理方法和預防措施。

1、工程概況

柳州市廣雅大橋近似呈東西走向。大橋東岸上跨雅儒路，接廣雅路，通往市中心；西岸接河西路和磨灘路，與西環線相連，廣雅大橋橋址樁號為K0+249.722～K1+307.662，橋長約1058m，主橋寬36m，引橋寬30m和25m，主橋為（63+2× 210+63）海鷗式鋼箱拱橋，西岸引橋為（4×30+5×30+4×34）m連續箱梁橋，東岸引橋為（3×30）m連續箱梁橋。

根據樁位處各巖土層的成因、成分及力學強度的不同，可將其劃分如下：素填土①、耕土②、淤泥質土③、粘土④、粉質粘土⑤、卵石⑥、強風化白云質灰巖⑦1、中風化白云質灰巖⑦2、溶蝕裂隙破碎帶⑦3、微風化白云質灰巖⑦4、溶洞⑦5。

2、溶洞地區鉆孔樁沖擊成孔事故原因、處理及預防措施

2.1 梅花孔

當鉆進到中風化白云質灰巖及溶蝕裂隙破碎帶時，常出現梅花孔事故，其原因主要是這類地層是非勻質地層，易出現探頭石,造成局部孔壁凸進，成孔不圓。

出現梅花孔后，通過用片、卵石混合粘土回填鉆孔，重新沖擊的方法，順利通過了此類易出現梅花孔事故的地層。

2.2 鉆孔偏斜

當鉆進到強風化白云質灰巖、溶蝕裂隙破碎帶及溶洞地層時，有時出現鉆孔偏斜事故，其原因主要是由于巖層中灰質含量不一，受到侵蝕的程度也不同，巖層軟硬不均、巖面傾斜、有溶槽、溶溝和不規則的空洞、土洞，造成沖擊鉆底部受力不均等。

在鉆孔過程中遇到軟硬不均的地層時，沖擊鋼絲繩會有規律地向一側擺動，這時可向孔內傾斜方向拋填片石或混凝土塊，小沖程沖擊，當沖擊繩沒有大的擺動，垂直上下時即可正常鉆孔。

若巖面傾斜較緩或鉆面有部分溶洞，可向沖擊鋼絲繩傾倒方向一側填小片石，小沖程逐漸修正傾斜面，直至全部鉆面孔位修正到同一平面改為正常沖程。如果上述效果不好，可反復回填沖擊糾偏或清孔后及時灌注80cm～100cm高度的混凝土，待24h后再重新鉆孔，可糾偏成功，這種處理方法需要在停止鉆孔至重新鉆孔期間密切注意孔內泥漿變化情況，及時補充泥漿。

若巖面傾斜坡度陡或鉆面溶洞面較大時,可向沖擊鋼絲繩傾斜一側回填較大尺寸的片石和粘土，用小沖程來沖砸回填混合物，逐漸糾正傾斜。

若巖層傾斜面太陡，巖層較硬，糾偏不成功時，可采用水下爆破或利用地質鉆機密排鉆孔再改為上述方法沖擊糾偏。

廣雅大橋的預防方法是根據詳勘地質資料，在傾斜的巖面上回填30cm～50cm厚的片、卵石，然后沖擊成孔，成功的避免了鉆孔偏斜事故的發生。

2.3 卡錐

當鉆進到粘土層、中風化白云質灰巖、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽地層時，經常發生卡錐事故，分析原因主要有：在粘土層中沖擊的沖程太高，泥漿太稠，以致沖錐被吸??；溶溝、溶槽卡錐；鉆孔形成梅花形，沖錐被狹窄部位卡??；孔口掉下石塊或其他物件，卡住沖錐。

處理和預防卡錐應先弄清情況，針對卡錐原因進行處理和預防。處理時宜待沖錐有松動后方可用力上提，不可盲動，以免造成越卡越緊或造成坍孔、埋鉆[1]。

通常用打撈鉤、活套進行打撈或用千斤頂協助提錘；當卡鉆部位為較堅實的巖層時，可用低濃度的泥漿置換高濃度的泥漿，清理孔中的泥渣，利用爆破法、上下反復頂撞卡點巖塊、或輔以其它工具等松動鉆頭周邊的巖體，將鉆頭提出，再用片石回填至卡鉆部位以上1m，采用短沖程穿越該地層。

2.4 漏漿

當鉆進到中風化白云質灰巖、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽、溶洞地層時，經常發生漏漿事故，分析原因主要是溶洞漏漿或基巖內有裂隙存在。

鉆孔前預先在孔口準備足夠的粘土、片石和適當數量的袋裝水泥，設置2個容量較大的泥漿池，保證樁孔一旦出現漏漿，能及時補漿和回填樁孔。

根據地質勘察報告，在中風化白云質灰巖、溶蝕裂隙破碎帶及溶溝、溶槽地層時發生漏漿，采用回填粘土、片石混合物（重量比1：1），采用小沖程沖擊投下的混合物，待孔內泥漿穩定后，繼續沖孔；在溶洞地層施工時，在在接近溶洞頂板1m左右時，加大泥漿比重，小沖程沖擊，逐漸擊穿頂板，同時安排專人觀察孔內泥漿面的的變化，發現孔內泥漿面下降，立即提起沖錘，及時補充泥漿，回填粘土、片石和袋裝水泥（重量比1：1：0.2），停置一段時間（一般為一天），在停置期間若孔內泥漿繼續下降，應隨時補充泥漿和回填混合物，待孔內泥漿穩定后，方可繼續沖孔，采用小沖程沖擊投下的混合物，使其擠入溶洞中，堵塞溶洞通道。在沖擊過程中，孔內泥漿還會多次下降，每次泥漿下降，都要及時提起沖錘，補充泥漿和回填粘土、片石，并停止沖孔一天，待穩定后繼續沖孔，如此循環反復，直到樁孔不再漏漿為止，順利穿越溶洞。穿越溶洞進入中風化白云質灰巖或溶蝕裂隙破碎帶，沖擊時沖程不宜過大，以免振坍溶洞已固結的護壁。

2.5 坍孔

柳州市廣雅大橋西岸引橋11#墩4#樁設計為嵌巖樁，樁徑為1.8m，樁長為40.36m，地質情況為：0～1.3m為素填土；1.3～19.8m為粉質粘土；19.8～30.9m為卵石；30.9～31.2m為強風化白云巖；31.2～33.5m為中風化白云巖；33.5～36. 1m為充填溶洞（粘性土、砂質及巖屑充填）；36.1～38.5m為溶蝕裂隙破碎帶；38.5～40.1m為中風化白云巖；40.1～45. 6m為溶蝕裂隙破碎帶；45.6～46.1m為中風化白云巖；46.1～47.2m為溶蝕裂隙破碎帶；47.2～59.8m為中風化白云巖。當沖孔沖到37.6m時，泥漿急劇下泄14.8m，護筒及周邊的地面下陷7.6m，鉆機落入坑中只露出鉆架頂，周圍下陷范圍大約15m。

處理方法是用粘土回填基坑，在護筒周圍用挖掘機小心掏挖，用大型吊車將鉆機吊出，然后向孔中回填黃泥、片石。穩定1星期后，重新放樣、埋置護筒，用沖擊鉆沖孔時卻再次塌孔，隨后將設備撤出工作區,用黃泥、片石回填至原地面，穩定1星期。在測量放樣、護筒埋設完畢，在護筒周圍以30cm的間距布設φ28螺紋鋼，鋼筋起彎后以樁位為中心焊在鋼護筒外側，向四周延伸2.0m呈發散狀均勻分布，其上澆筑h=0.8m的C25混凝土，在混凝土中加入適量的早強劑，養護1星期后沖孔。沖孔過程中，仍然發生了 3次小規模的泥漿滲漏現象，采用投入泥塊、片石處理,最后順利成孔。

本樁施工中發生大面積沉陷，分析原因主要是溶洞較大且覆蓋層松散，在沖擊鉆沖擊力、機架自重、外界水壓力作用下，原來趨于穩定的回填材料失穩使孔中泥漿嚴重泄漏，造成大范圍坍塌。為預防發生坍孔，如地質鉆探資料表明巖層以上為松散或易坍塌的巖土時，通過采用加長護筒穿越覆蓋層，將工作場地周圍超前加固,安全地完成了類似地層的鉆孔施工，沒有再發生坍孔事故。

3、總結

巖溶地區的特殊地質構造，使得在沖擊鉆孔施工中，更容易發生梅花孔、偏孔、卡錐、泥漏漿滲、坍孔等鉆孔事故，因此，在此類地層中進行沖擊鉆孔施工前，應專門組織有關技術人員研究學習有關鉆孔事故的處理和預防措施，并且成立鉆孔處理應急小組。盡量不要在出現問題后再想辦法處理，以降低處理成本，保證施工進度；施工現場派技術人員分兩班或三班在工地24h輪流值班，發現問題及時上報處理。

由于鉆孔施工是一項技術性、經驗性很強的工作，鉆孔作業人員、特別是鉆機操作人員和現場管理人員，必須具有較強的實際施工能力，在施工過程中，要能對發生的問題進行及時的判斷和處理，因此施工前還應組織樁基隊鉆機機長學習鉆孔事故的處理和預防知識，使他們對巖溶地區鉆孔事故的處理方法和預防措施做到心中有數。

因巖溶區地質情況復雜，無規律可循，在施工過程中應詳細記錄和觀察鉆孔情況和地質情況，發現地質情況變化時，應根據具體情況調整施工方法，采取有針對性的施工方案，盡量避免不利于施工的情況發生，以保證施工質量、安全和進度。

在廣雅大橋的施工過程中，根據該橋具體復雜的地質情況而制定的施工方案，具備一定的針對性，有效地解決了在巖溶地區橋梁沖擊鉆孔施工中易出現的梅花孔、鉆孔偏斜、卡錐、漏漿、坍孔等一系列施工技術難題，為確保大橋整體施工進度創造了十分有利的條件，取得了良好的社會效益和經濟效益。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊橋涵[M].第1版.北京:人民交通出版社.2000;624-631

Karst Area Bridges drilling accident shock treatment methods

Zhu Xin

The karst area of Liuzhou Guangya Bridge Pile Foundation Construction instance, on the karst formation, karst areas occur in the impact of the plum Drilling holes, partial hole, the card cone, mud slurry leakage permeability, slump holes and other phenomena of the analysis, summarized the corresponding treatment method.

朱鑫，出生于1967年1月；性別，男；學位，碩士；職稱，工程師；目前在柳州市三橋一路工程中負責技術管理工作。