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1武广客运专线桥梁课题研究之六岩溶地区钻孔桩施工技术一、前言岩溶地区钻孔桩施工成功的例子很多，例如，在桂林市雉山公路大桥施工中克服了重重困难，成功地在岩溶发育地区建成钻孔桩基础，采用了钢护筒跟进冲击成桩工法；衡广复线北乡大桥桩基施工，在冲击钻的冲击作用下，将粘土块和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，完成护壁和成孔工作；京九铁路吉安赣江特大桥处于岩溶发育地区，地质结构复杂，岩溶发育程度高、规模大，溶洞成串出现，暗河纵横交错，该桥钻孔桩施工采用了单护筒及双护筒跟进、回填冲钻、泥浆护壁等综合施工工法。武广客运专线第1、5标段桥梁数量众多，所占比例大，大多桥位处存在溶洞，溶洞形状各异，错落无序，有的溶洞发育规模大，部分上下分布有2～3层溶洞。为摸清溶洞的分布、大小、填充情况、漏水情况等，以指导施工，在全面铺开桩基础施工前，除根据设计提供的初勘、施勘地质资料外，还应进行补勘、电磁波层析CT探测等多层次勘察。根据溶洞的不同特点,采取冲击钻机成孔并配合相应的施工方案，确保成孔、成桩的可靠性。二、施工工艺（一）关键技术岩溶地区钻孔灌注桩施工的关键技术是如何保证成孔过程中不漏浆、或虽漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。（二）施工方法1、对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，增大孔壁的自稳能力。（1）工艺程序施工准备→埋设护筒→移动钻机、定位→护筒内投入土、片石、水→钻孔→抽碴→吸泥清碴。（2）施工要点2①开孔时用小冲程冲击钻孔，要打得准、打得稳，间断冲击，少抽碴，使开口圆顺。②加入小于15cm片石，反复冲击2-4次，挤密护筒底部周围土层。③密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。④根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。⑤接近岩溶时主绳松绳量应为1-2cm，防止击穿岩壳时卡钻。⑥钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。2、空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞条件下的桩基施工采取振动锤下沉钢护筒到基岩，然后冲击钻孔至溶洞顶板，利用冲击钻穿溶洞顶板后，灌注低标号砼，使砼面高于溶洞顶面，砼灌注时采取间歇方式。待砼达到一定强度后再继续钻孔，穿过低标号砼成孔。（1）工艺流程空洞较大的单层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图施工准备钻机就位灌注水下砼震动下沉钢护筒冲击钻孔通过溶洞顶板灌注砼填充溶洞清孔安放钢筋笼、导管随钻进随检孔加工钢护筒、桩帽等投入粘土测量定位冲击钻孔至桩底二次清孔测量沉碴厚度3（2）施工要点反循环冲击钻孔：采取冲击成孔时，为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的砼凝固，待邻孔砼灌注完毕24h后开钻。钢护筒下到岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻。在覆盖层中可采用正反循环钻进，冲钻方法与一般冲击钻孔相同；在岩石地层中以十字型钻头冲击基岩成孔，钻进方式为泵吸反循环。岩层中钻进时，泥浆浓度控制在1.15～1.20。当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔，拆移钻头，进行溶洞区水下砼的灌注，砼采取低标号砼，砼配合比由现场试验确定，保证每批砼坍落范围在3米左右。砼灌注采取间歇灌注方法（以免砼流失太远造成浪费），直至到达溶洞顶面以上1.0米，待砼达到强度后继续钻孔，钻孔穿过低标号砼成孔。3、充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞条件下的桩基施工采用双护筒跟进方式冲击成孔。（1）工艺流程空洞较大的多层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图施工准备钻机就位灌注水下砼震动下沉钢护筒冲击钻孔通过溶洞顶板下沉内护筒清孔安放钢筋笼、导管随钻进随检孔加工钢护筒、桩帽等投入粘土测量定位冲击钻孔至桩底二次清孔测量沉碴厚度4（2）施工要点①外护筒直径应较设计桩径大20cm，内护筒直径应较设计桩径大5cm。②施工程序：根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。③外护筒下到岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻，其钻孔方法与传统的冲击钻孔方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，以便内护筒顺利通过顶板。护筒跟进示意如下图：④当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，为使开孔坚实、竖直、圆顺和对继续钻孔起导向作用，应在钻孔前抛0.5-1.0m3的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。⑤当内护筒下沉到位后，在内外护筒间进行抛石压浆处理，以增加护筒的整体刚度。之后进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。5⑥双护筒冲击钻孔采用吸泥法清孔。为使钻孔桩砼与孔底岩体粘接良好，灌注水下砼之前需用高压水冲射排除残碴。（3）护筒刃脚固结处理当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙，若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下质量隐患。在施工中采取的方法如图所示。利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土，用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。4、溶洞发育且对墩台桩基有影响的桩基施工（在试验段投标中有此方法）在桩基施工前进行石粉加水泥压浆堆填处理,使溶洞封闭,钻孔过程中不漏浆。（1）压浆工艺详见“岩溶桩基压浆工艺流程图”。（2）施工要点①钻注浆孔根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。钻孔施工方法如下：内护筒刃脚处理示意图冲压孔壁块石、粘土碎石水泥压浆壁溶洞基岩面外护筒内护筒6钻机采用XU-600型地质钻机。开孔采用φ108mm岩芯管开孔，钻进分层采样，直至钻入基岩面0.5m以下后，下φ108mm套管，并嵌入基岩；套管露出地表0.2～0.5m。用75号水泥砂浆固结套管，并将孔口套管四周捣岩溶桩基压浆工艺流程图实封闭，防止浆液从套管周围串出，影响注浆效果。待固结套管水泥初凝后，继续钻进，循环水采用清水。根据取出的岩芯确定岩溶发育特征。洗孔后按要求做注水试验，拧上孔口盖。②压浆压浆设备主要为JS350型搅拌机、KBY-30/120型注浆泵。在压浆前先进行注水试验，确定单位长度吸水量。浆液选用石粉水泥浆,用32.5级水泥,石粉水泥浆配合比为水∶水泥:石粉=1∶1∶0.8。压浆时注浆压力不宜太大，控制在0.5～1.0MPa范围,具体压力值由现场试验确定。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的单位注浆量、注浆压力控制值为止。注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。注浆完后采用钻孔检查，检查孔数为5%，施工准备钻机就位钻进清孔拆卸钻杆安放压浆管和浆液制作压浆压浆效果检验浆液配合比选定钻机选型续接钻杆成孔7根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。注浆完成等浆液凝固到一定强度后即进行钻孔桩的施工，施工按常规钻孔桩施工方法。③在经过处理后的岩溶处成孔时，成孔方法基本上与普通石质地层成孔方法相同。成孔时应注意以下几点：A．成孔必须待注浆凝固、强度达到要求才能进行，岩溶注浆处理一般等待时间为10ｄ左右。B．为防止意外,冲孔前应有备用措施。备好材料，一旦泥浆泄露，及时向孔内投放粘土，依靠冲挤在溶洞内形成粘土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使冲钻顺利进行。C．接近岩溶地段，采取轻锤冲击、加大泥浆浓度的方法成孔，以防卡钻和掉钻。三、常见事故的处理1、卡锤（1）原因：①在基岩段成孔时由于桩锤磨损未及时修补；②在冲击时发生掉物、掉石；③钢丝绳冲放过多，致桩锤倾倒顶住孔壁；④溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。（2）处理措施：①慢试法：钻头卡在中间任何部位时，应将主绳徐放—收紧—徐放—收紧，反复进行使钻头旋转从原位槽道提出；②冲击法：将主绳放松3-5m，用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头，使之产生松动，主绳重复慢试法；③辅助提升法：用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力提升；④水下松动爆破法：测准钻头被卡高度后，迅速将乳化防水炸药捆成两组，加配重对称放入钻头刃脚部位，之后将钻机主绳带紧或以吊机辅助紧提，采用电雷管起爆；⑤确实无法取锤时请设计单位提出桩基修改方案。2、掉锤（1）原因：①锤体质量有问题，造成锤体断裂；②钢丝绳断裂；③进尺时遇到大溶洞，且填充物为软塑性土质或空洞时，因为控制进尺，冲锤8一下进尺数米，引起掉锤。（2）处理措施：①选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起；②确实无法捞起时，请设计单位提出桩基修改方案。3、塌孔埋钻（1）原因：施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙，引起突然间大量泥浆漏失。（2）处理措施：发生漏浆时要及时补浆补水，维持孔内水头，防止孔内外产生过大的水头差，并迅速堵漏。4、其它事故因地质条件复杂，在勘测设计阶段，进行地质钻探时，出现了掉钻现象。在钻孔桩施工中，一旦碰到钻探时留下的钻杆、钻头等，将用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具进行打捞，确实无法捞起而又影响钻孔桩钻进时，则请设计单位提出桩基修改方案。四、机具设备1、冲击钻机，YKC30、CZ30型2、震动锤，BMI-1500型3、起重机，25t4、空压机，12m3/min5、潜水泵6、吸泥机五、质量控制措施1、施工组织管理方面的措施（1）邀请设计、监理、科研和大专院校等单位专家参加技术攻关研讨会，制订切实可行的施工方案。（2）对施工人员进行技术培训，制定相应的规章制度，使施工人员有章可循，强化组织指挥，建立必要的奖惩制度。（3）组织技术革新、质量管理和科技攻关组。92、施工技术对策溶洞地质同一般地质相比较，其特点表现在它的非均质性和非密实性，反映在钻孔施工中的形式为：A．空隙漏浆造成塌孔；B．难以形成符合设计桩径的标准圆孔；C．水下砼灌注流失无法估量，容易造成断桩。（1）漏浆、坍孔的技术对策①要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。②长护筒跟进。③进行散抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视漏浆程度反复抛填冲击。（2）偏孔的技术对策①溶沟、溶槽、岩面起伏不平。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时，钻孔速度会明显降低，主绳摆动大，遇此情况应马上提出钻头，抛入坚硬片石、碎石和块状黄土，以小冲程冲击，待冲到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击，反复进行，直到不偏孔为止。②溶洞侧壁侵入孔径。以加入大块片石为主，并适当降低泥浆比重，回填后以小冲程钻进，钻头平稳后再加大冲程造孔。（3）卡钻的技术对策①司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况，发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。②在距溶洞顶板以上30-50cm处改变钻孔冲程和冲击次数，采用慢打轻击，进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。③改变钻头形式。在原十字形钻头上焊圈，把十字形连接起来，使之减慢钻进速度，一次成孔并圆顺。（4）掉钻的技术对策①钻头龙门与钻体区段间加工成圆弧过渡，防止断面尺寸突变，形成薄弱部位引起应力集中而断裂。②在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳、钻头直径磨损程度，发现10超限应及时更换。（5）桩底嵌入岩层深度的保证措施①钻头应用优质45号铸钢制造，几何形状要能避免铸造时产生热拉应力和使用时应力集中现象，现场补焊以履带板、钢轨头做补焊材料，用铸钢焊条堆焊，施焊部位先预热，由技术娴熟的电焊工施焊，确保补焊质量。②钻孔各阶段应采用不同的泥浆比重及粘度。③清孔前将水泥、锯末、烧碱、黄土混合物抛入孔内冲击60分钟，使泥浆比重达到1.6以上，这对减少更换钻头、补焊次数，提高成孔速度极为有利。六、安全控制措施1、岩溶地区的钻孔桩施工易发生漏浆，因此要备足粘土块和片石，出现漏浆要马上补充，保持孔内水头高于地下水位1.5m。2、钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、