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1、岩溶地区冲击钻孔桩基处治技术*（*公司 *）摘要：结合*铁路*特大桥的施工实例，通过对桩基穿过不形状和规模的溶洞时的施工处治方法进行分析,在低成本、高效率、安全可靠、简单可行的原则下，采取合理的溶洞处理方案,并根据施工过程中出现的问题采取相应的预防措施，为今后类似的岩溶地区桩基的施工提供了行之有效的施工方法和宝贵的施工经验以供借鉴。关键字：桥梁 桩基 岩溶地区 冲击钻孔 施工技术1.工程概况*特大桥全长2514.560m，位于*客运专线铁路*境内。桥梁全长2514.560m，桥面宽度12.20m，线间距4.8m，上部结构为2-24m+75-32m简支梁，下部结构为墩身托盘结构、桩基承台基础，每
2、个墩布置812根桩基，共有钻孔桩741根，设计桩长8.0m88.5m，最大钻孔深度达93m。桩径除桥梁两端陡坡上的02#和7477#共7个墩台为1.25m外，其余71个桥墩均为1.50m。桩基按嵌岩柱桩设计，桩端嵌入完整的弱风化基岩不小于1m，桩端距离下层溶洞顶板的弱风化基岩高度不小于8.0m。该地区属于典型的喀斯特地质地貌区域，本桥位于可溶岩地区，表层地层为粉质粘土、圆砾土和卵石土，最大厚度81.5m；地下基岩为灰岩，岩溶极度发育，主要为空洞。溶洞间连通性极好，每根桩基穿过的溶洞规模、数量、大小、形状等各不相同，最大的溶洞达20.6m高，大多数桩基穿过的溶洞呈珠串型，最多达16层之多，各溶洞
3、上下之间顶板薄厚不一，最薄的只有0.6m。因此，根据本桥桩基的具体特点和在施工中容易出现孔内坍塌、串孔、卡钻、掉锤、偏孔、地面沉陷以及在混凝土灌注过程中出现的混凝土面下降导致导管悬空断桩等情况，针对岩溶桩基施工进行专项研究并实施验证、调整，控制施工成本，保证施工质量和工期，对以后类似的岩溶桩基提供参考，指导现场施工具有重要意义。2.溶洞分类根据地质结构和溶洞及其发育情况，溶洞可分为以下几种类型： 2.1按溶洞的大小分：大溶洞：溶洞高度3m；小溶洞：溶洞高度3m. 2.2按溶洞填充状态分：全填充溶洞：洞内完全充填粉质粘土；半填充溶洞：洞内顶部为空腔；无填充溶洞：即空洞。 2.3按是否漏水分：全漏
4、水溶洞：严重漏水或与其它溶洞、地下暗河连通；半漏水溶洞：洞壁与裂隙或断层渗漏水；不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。 2.4按溶洞垂向个数分：单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞。2.5按溶洞填充物的性质分：粉质黏土（流塑、软塑）；淤泥质粉质黏土黏土夹风化岩残块漂卵石土圆砾土。3.施工准备3.1掌握地质资料：每根岩溶桩基施工前均进行桩位地质勘察，绘制孔位处地质柱状图，熟悉桩基穿过的地层以及各地层的地质岩性、厚度、密实程度或完整性，准确掌握溶洞的埋置层数、深度、高度、顶底板标高、有无填充物等情况。综合分析每座桥墩的所有桩基的地质情况，归纳总结出承台下的地层和溶洞的分布
5、趋势、位置、形状、规模和相互贯通等全面而详细的地质资料。3.2钻孔方案制定：组织技术骨干认真研究下伏的地质资料，根据溶洞情况，对每一座桥墩桩基单独制定经济可行的处理方案（包括应急预案），每一根桩基编制详细可行的技术交底，并向钻机操作人员交底。3.3物资设备准备：按照桩基施工方案和技术交底，组织与桩基钻孔相匹配的钻机和钻锤，钻头选用46t底部带球弧面十字形铸钢实体钻头。需要进行溶洞处理或易坍塌的地层成孔，提前在孔附近备足技术交底中所要求准备的钢套筒、片石、黄泥、水泥、优质的造浆黏土等物资和处治过程中相应的装载机或挖掘机、水泵等机械设备和应急物资设备，以确保施工过程的顺利进行。如果所用的黏土性能指
6、标不能满足造浆后泥浆的性能指标，则必须准备好做试验选用的钻井泥浆粉或化学泥浆作为添加剂，保证孔内泥浆的护壁浮碴效果。4.处治技术岩溶地区桩基穿过的地层地质或溶洞形状大小复杂多变，必须根据准确具体的地质柱状图和分析判断的地层地质和溶洞的情况采取切实相对应的技术处治措施。桩基施工顺序应根据每个承台下桩基的布置情况，按照先外后内、对角施钻、上下错开、前后有度的原则布置钻机和钻孔，即钻机先施工外围的桩基，然后施工里面的桩基，相邻两台钻机同时施工时，应按对角线的桩位布置，两桩间相距8m以上，进尺深度至少相差一个完整的溶洞，前根桩基灌注后，相邻桩孔的钻机必须要等到其有足够的强度才能钻进，至少1d时间以上，
7、以保证桩基成孔的进度和成桩的质量。4.1覆盖层处治：桩基穿过的覆盖层为粉质粘土、圆砾土和卵石土，自稳性差，在钻进过程中，由于击穿溶洞或到达裂隙、断层等地层，孔内漏浆，泥浆迅速下降，造成孔内甚至孔口发生坍塌，地表沉陷，钻锤被埋等事故。因此，在施工过程中，分两种情况处理：不漏水或半漏水全填充溶洞，钻进过程中不会发生漏浆现象或漏浆速度不快时，采用优质黏土造浆护壁，如果黏土质量达不到技术指标，通过试验加入一定比例的钻井泥浆粉或化学泥浆，可起到很好的护壁悬碴、防坍塌抗渗漏功能，保证孔壁的稳定性。覆盖层施工时，钻进速度不宜超过3m/h，应用中低冲程钻进，泥浆比重控制在1.31.4为宜；另外每进尺24m向孔
8、内按片石（不大于30cm）:黄泥=3:1投入回填复冲23次，将其挤入孔壁内增加密实度加固土体，提高自稳不塌能力，直至进入基岩内50cm左右。桩基下层有全漏水溶洞，覆盖层用钢套筒跟进直至进入稳定土层1.5m以下或基岩内0.5m左右，如覆盖层厚，利用钻机不能将钢套筒下沉到位，可采用DZ120A振动锤环抱进入到要求的位置，以保证孔内发生漏浆时覆盖层不会坍塌，混凝土灌注后尽量拔出钢套筒，节约成本。4.2全填充溶洞处治：溶洞内充填物不是流塑状，并且溶洞不漏水或少量漏水，施工方法根据地质情况与上部覆盖层或常规钻进成孔相同，不考虑溶洞的存在，按无溶洞正常钻进；溶洞内充填物为流塑状时，向孔内投入按片石（203
9、0cm）:黄泥=1:1反复中低冲程冲击，泥浆比重控制在1.41.5为宜，将其挤入土体加固孔壁，直到孔内不渗漏泥浆，孔壁不坍塌，如这样还成孔困难，可把水泥和黄泥按1:1混合后装袋投入孔内挤入孔壁。4.3小溶洞处治：一般小溶洞漏浆量小，用直径为2030cm的片石和粘土按体积比1:1，溶洞较大时可掺入一定水泥回填，加大泥浆稠度反复冲填堵塞溶洞，保证挤入溶洞内的泥石护壁有1m以上的密实厚度且孔内不再渗漏泥浆，在混凝土灌注时不会挤塌护壁，造成混凝土急速下降成为断桩。4.4大溶洞处治：对于高度小于6m的半填充或无填充大溶洞，没有与外部河流相通形成暗河或有动水，可先按大于下层成孔内径15cm钻孔，当击穿溶洞
10、顶板时，为节约混凝土灌注量，用体积比1:1的片石和粘土回填反复冲击至溶洞底板下50cm，或回填后在溶腔处孔内小型爆破，将泥石尽量多的挤入溶洞，待溶洞填注基本饱满后，再水下灌注C20或C25的混凝土高出溶洞顶板以上12m，等混凝土达到50%以上强度后，再按下层成孔内径继续钻孔，以避免下层溶洞被击穿后漏浆护壁垮塌或成孔后灌注桩基水下混凝土时孔壁被挤垮造成断桩；溶洞内无填充或有流塑填充物，漏水严重或与暗河连通时，采取钢护筒跟进法施工，边冲孔边在孔口接高钢套筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内直到进入溶洞底面下50cm，用以隔断溶洞内流塑充填物或水的流动而成孔。钢套筒用10mm厚钢板现场卷制，避免
11、变形，便于下面钻孔施工。对于深度小于20m的浅埋大溶洞，地下水位不高，采用人工挖孔护壁揭示出溶洞，用钢筋混凝土护壁或浆砌砌体等方法直接处理，这适用于单个溶洞的短桩施工。4.5多层溶洞处治：多层溶洞中的每层溶洞分别根据上述情况的相应办法进行处理，如果其中含有多层大溶洞，采用钢套筒跟进法处治，即上层大溶洞跟进的钢套筒或混凝土护壁内径比下层的大15cm，相当于下层溶洞处治时再次下内套筒至孔顶以上30cm，其他处治施工工艺不变。内套筒内径根据现场桩基穿过的大溶洞的数量确定，每增加一层大溶洞内套筒或混凝土护壁内径增加15cm，最下面一层内套筒或混凝土护壁内径比桩径增加5cm。下沉内护筒时，由上到下由大到
12、小，先钻大孔，下沉大套筒就位，再钻小孔、下沉小套筒就位，分层逐次利用钻锤或振动锤下沉，如果内套筒太长可，在孔口焊接连接分节下沉。下层钢套筒下沉就位后，可拔除上层钢套筒周转，外侧空穴用片石黄泥回填。4.6斜坡岩处治：由于相交地层线或溶洞形状不规则，顶板和底板岩面倾斜，桩孔范围内交界面或顶底板为一个倾斜面，当倾斜面超过15时，施工中容易偏孔，需要处治。根据地质柱状图和冲击声音或振动判断钻进接近顶板时，控制冲程在1.0m范围内，顶板厚度在0.5m以内时，则冲程控制在0.5m范围内，采用低锤快冲防止卡钻或空打掉钻，击破顶板，立即提出钻锤，将孔口提前准备的片石黄泥用机械投入孔内，填堵溶腔和漏浆通道，然后
13、反复补浆低冲程冲击阻止泥浆渗漏，保持孔内水头高度，同时完全修整冲破顶板，揭露出底板。地层交界面或溶洞底板分为1545的斜坡岩和4590的陡坡岩两种，当为斜坡岩时，投入4:1的坚硬片石黄泥，片石直径不大于30cm，硬度高出斜坡岩一个级别，反复回填低锤快打造成着锤平台，直到钻锤冲击不出现偏孔后，才逐渐调整为高冲程正常钻进；当为陡坡岩时，投入与斜坡岩一样的5:1坚硬片石黄泥，回填后低锤快打挤密陡坡岩顶面以下的溶腔，然后水下浇灌高出陡坡岩顶面2m高的C25混凝土，等其强度达到20MPa后，再开锤向下冲击，如果再次出现偏孔，则再次浇灌2m水下混凝土达到要求强度后重新钻进，直到在岩面上造成着锤平台，不再出
14、现偏孔现象才能正常钻进。4.7岩溶桩基混凝土浇注：桩基成孔后，及时下放钢筋笼和导管，二次清孔达到规范要求后，灌注桩基混凝土，保证成桩质量，防止长时间停置产生塌孔。混凝土钢导管宜使用螺旋丝扣连接，不使用法兰盘连接的导管，使用前应进行水密承压和接头抗拉试验；灌注首批混凝土导管埋深必须大于1m，在灌注过程中严格控制混凝土质量，供料及时，量测准确，导管埋深宜控制在48m，要经常四周量测孔内混凝土面的高程，及时调整导管埋深，避免溶洞处护壁被挤垮后混凝土面下降而断桩；桩顶灌注标高应比设计标高超灌1m以上，灌注完成后观察1h左右，如果混凝土面没有变化才缓慢拔出导管和尽可能拔出第一层溶洞以上1m以上的钢套筒以
15、供周转利用，否则应立即采取措施补灌因混凝土下降损失的混凝土。如果两根桩成孔后发生串孔连通，则需用黄泥将串通溶洞位置较低的桩孔回填冲实至串通溶洞顶板2m以上，将另1根桩灌注完成1d后，才能重新冲击回填桩成孔，灌注成桩。5.主要事故处理在岩溶桩基冲击钻进和混凝土灌注过程中，因为一些具体的、特殊的原因而发生了一些主要的成孔成桩事故，在施工中采用下列办法，取得了成功解决，并收到了较好的效果：常见事故，现就施工中出现的主要表现为糊钻、缩颈、扩孔、坍孔、卡锤、掉钻、埋钻和串孔等，这些事故在施工中采用下列处理办法，取得了成功解决，收到了较好的效果：5.1塌孔：表现为孔内泥浆突然下降，孔口冒细密的水泡，渣量显
16、著增加而不见进尺，钻机负荷突然显著增加等。处理办法为回填体积比1:1的片石黄泥至塌孔位置以上1m，改善泥浆性能，加大泥浆稠度和孔口泥浆高度，反复回填低程冲击挤密加固孔壁，达到泥浆不渗漏，钻锤冲击进尺较慢，即完成处理，继续正常钻进；如塌孔严重，回填片石黄泥处理难以成孔，则采取下沉钢套筒跟进至塌孔段以下1.0m。5.2卡钻：卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻等，可采用轻提钻锤，由下向上轻微顶撞卡点突出物，上下活动并转动锤头，可碰掉或摆脱卡点提出钻头；用半月形小冲击锤、掏渣筒或高压水等冲掉或冲松钻锤周围的卡点后提出；钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞，钻头倾斜提不出来，或卡点不易清除时，用水下爆破法，将少量防水炸药（小于1kg）放于顶板岩或卡点，爆破清除后提出钻锤，一次不行可反复几次；对于孔深小于30m的桩孔，也可安排潜水员到达卡点将其清除或与孔外人员配合转动钻锤，避开卡点提出钻锤
