喀斯特地貌又稱為巖溶地貌,是由可溶性巖石在溶蝕性地下水的長期作用下形成的。該類地貌在我國西南地區廣為分布,其中尤以雲南、貴州、四川、江西以及廣西所佔面積最廣。這些區域擁有大量的碳酸鹽巖、硫酸鹽巖和滷化鹽巖,這些可溶性巖石在流水的長期侵蝕、衝蝕等作用下,在地表和地下形成了各種複雜的地質形態。
目前,國內主要採取打眼放炮人工取渣和人工挖孔的方式來進行喀斯特地貌的基礎施工,這種施工方式效率極低,安全隱患很大,已很難滿足現代施工效率和安全、環保等方面的要求,急需先進的施工方式予以取代。旋挖鑽機作為公認的高效、環保的樁工設備,自然被視為解決喀斯特地貌鑽進難題的希望之選。但是由於喀斯特地貌形態複雜多變,旋挖鑽機在鑽進過程中很容易造成斜孔、卡鑽以及漏漿等嚴重事故,所以目前還鮮有旋挖鑽機在喀斯特地貌成功施工的案例出現。
案例分析
2010年6月,三一SR280R入巖型旋挖鑽機在滬昆高鐵江西段的萍鄉後平樂特大橋參與施工。鑽孔直徑1.0m,孔深由27至34m不等。考慮到萍鄉地區巖溶地質較為常見,該工程要求旋挖鑽機能夠施工灰巖、溶洞等地層。由於此前國內尚無旋挖鑽機在灰巖、溶洞地層的施工先例,機主請求三一工法研究院能夠派人進行現場輔助施工。
鑽頭鑽頂加裝導向條
問題分析
巖溶地質的施工難點主要在於地質條件的複雜以及施工中偶發事故較多。這一標段上層為粉質黏土,基層是弱風化灰巖層;有些樁位含有角礫層,易塌方;含有巖洞的樁位較多。由於施工時節降雨量大,地下水十分豐富,地表以下1m左右可見地下水冒出,這也給施工增加了難度。本工程主要有以下幾點施工難點需要解決。
漏漿塌孔 由於溶洞地層的複雜性,及地下溶洞形態大小的不可預見性,施工過程中極易出現漏漿塌孔現象,特別是在地下溶洞互相貫通的情況下,極易出現漏漿塌孔現象。
埋鑽、卡鑽 溶洞地層施工過程中,在鑽機提鑽時極易發生埋鑽、卡鑽現象。當溶洞中無填充物時,提升鑽具時鑽具的頂板極易和洞頂卡在一起,導致卡鑽;當溶洞內有灰巖、碎石及軟塑或流塑狀的黏土等充填物時,施工過程中則較容易出現埋鑽事故。
斜孔 在溶洞頂部的灰巖層,由於灰巖的巖面變化較大,大部分樁位的灰巖都可能呈現很大的斜面,鑽進時稍有不慎就會造成斜孔事故。
解決措施
漏漿塌孔事故的預處理 對於無填充物而且較小的溶洞,可向溶洞內填入片石、黏土和水泥,使得填充物高出溶洞頂板1 m。鑽機採用不進尺慢鑽操作,將填充物擠入溶洞,從而封堵住可能存在的滲漏,以形成穩定的孔壁,並防止偏鑽。
對於大量漏漿的溶洞,可以向內泵入混凝土,填充至溶洞上方1m處,待其初凝後繼續鑽進。對於相互連通的特大溶洞,為減少混凝土的灌注量,可以鑽孔至大溶洞時,向孔內拋入塊石,然後用低標號混凝土灌滿,待混凝土有一定強度時再繼續鑽進。
對於較大的溶洞可以採取鋼護筒跟進的辦法,但是施工成本較高。