浅谈岩溶地区钻孔桩施工总结.doc

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岩溶地区钻孔桩施工的问题预防与处理

摘要：

鉴于**客专***特大桥岩溶地区的钻孔桩施工过程中遇到的一系列问题，采取了一些有效的预防措施及技术处理，并通过工程实践总结出了一些可行的具有借鉴作用的预防措施和出现问题后的处理经验。

关键词：

溶洞裂隙预防处理

1.工程地质概况

1.1工程概况

***大桥位于贵州省安顺市境内，属云贵高原剥蚀—溶蚀低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，总体地势东低西高，地形起伏较大。

***特大桥，全桥布置22*32m简支箱梁，起讫里程D1K744+514.920～DK745+247.596，中心里程DK744+897.5，全长732.676m，本桥处于线路圆曲线和缓和曲线上，曲线半径9505m,纵坡坡度-3.2‰与8.9‰，竖曲线半径30000m。

桥梁下部均为钻孔桩桩基础，共计23个墩台；桩基直径为100cm、150cm，钻孔桩最大桩长86.5m，最小桩长8m；墩均为实心墩，墩柱最高为8米。

0#台与关口寨隧道桥隧相连，在地质钻探过程中发现0#台-2#墩，地质复杂，地下岩溶发育，溶洞深度深，范围广，经设计变更取消0#台，调整为1#台,调整2#墩中心位置，由原来2*24m变更为1*32m简支梁,同时延长关口寨隧道明洞长度。

1.2地质情况

本桥主要不良地质为岩溶；特殊岩土为软土及膨胀土。

1）岩溶

桥址位于白云岩、灰岩地层，地质钻孔揭示多有溶洞，地表岩溶主要为溶沟溶槽及溶蚀小孔。

在1#台、2墩、4#墩、9#墩、10#墩、12#墩钻孔中均发现有较大地下溶洞，一般呈串珠状发育，溶洞内多为充填，充填物为软塑～流塑状软土，一般洞径为0.5-6米。

桥址岩溶发育深度在一般高程1205-1230m垂直带，局部并伴有溶蚀破碎带发育。

其中1#台、2#墩钻孔中岩溶发育范围广，洞径较大，最大洞径约22m深，为流塑状软土填充。

因此本桥地表及地下隐伏岩溶发育。

2）软土

棕黄～褐灰色，软塑～流塑状，主要分布在D1K744+510～D1K744+700段溶槽中，厚度达到20～70m，D1K744+700～D1K745+200段软土厚度为2～12m，软土呈层状分布，分布于地表至基岩表层。

软土孔隙比大，含水量高，力学性质差，极易变形沉降。

2）膨胀土

棕红～棕褐色，硬塑，黏性强，厚度为2～20m由黏、粉粒组成，含植物根系，手捻有砂感，根据分析，该段红黏土具有中等膨胀性，自由膨胀率为34-76%，该层具有天然密度小，空隙比大，液限高的特点，应加强防护。

1.3水文地质

根据地表水、地下水水质的化验结果，地表水、地下水水质均对混凝土无侵蚀性。

1.4气象

属亚热带湿润季风气候，气温及降雨等各地虽有差异，但变幅不大。

总的特点是：

冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，雨量充沛，阴雨天多，四季不甚分明。

年平均气温14～16℃，极端最高气温一般为34～37℃。

年平均降雨量1200～1500mm，5～10月份为雨季，占年降雨量的80%。

1.5地震

地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱周特征周期0.35s，为六度地震区。

2.钻孔桩施工

2.1施工方案

2.1.1钻具及钻进方式的选择

经对在场钻机进行比选，采用冲击钻施工的孔壁比回旋钻施工孔壁稳定，处理溶洞和裂隙漏浆时，更能防止塌孔，且移位、安装均比较快，在施工过程中一旦出现漏浆，可以迅速将锤提出孔外，防止塌孔埋锤；考虑到钢丝绳冲击钻具有设备简单、操作方便、动力消耗小、机械故障少等特点，确定采用正循环冲击钻成孔，配合钢护筒跟进的施工方法。

为保证钻机就位后稳定性，采取增加钻机刚性平台的辅助方案。

该方案的主要使用材料为18#工字钢，采取平卧井字型的布置，其平台的面积一般要比桩机加宽2-4米。

2.1.2先易后难的原则

就1#台为例，根据该墩桩基展示分析图溶洞分布，采取对角跳开钻孔原则，采用2台钻机先从溶洞较小的1#-2、1#-6，然后1#-3、1#-9开钻，依次再钻溶洞比较大的1#-1、1#-8，1#-5、1#-7；最后1#-4，溶洞高度长达9m，采取钢护筒跟进法。

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2.2.施工要点及施工中问题的处理

2.2.1施工要点

（1）精确定位：

开工前，由测量人员对每个桩孔精确定位，放出护桩，预埋比桩径大50cm的钢护筒，长度4～6m，钻机就位后进行复测。

确保钻机垂直中心线与桩孔中心偏差在规范，保证了桩孔允许偏差在合格范围。

（2）每孔开钻前，将地质柱状图挂在钻机上，让施工人员都充分掌握待钻孔岩层地质、溶洞的位置、大小和充填情况等资料；在钻进过程中，现场技术员进行跟班技术作业，对每循环进尺进行详细记录，针对不同地质变化采取的冲程不同的处理方法；对地质复杂，岩溶发育范围广的1#台桩基，则根据每根桩的不同特点，制定专门的工艺措施。

钻至离溶洞顶部1m左右时，准备足够的小片石或狗头石10-20cm，变换冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。

（2）溶洞施工以做好预防为主。

钻孔前先储备大量黏土、片石及一定数量的袋装水泥。

钻孔施工过程中，配置泵流量大的水泵，同时准备好充足水源，保证一旦漏浆。

可以及时补水。

当冲孔到离溶洞的顶板还有1米左右的时候，应加大泥浆所占的比重，并采用低冲程（高度在1m内）慢速冲进逐渐击穿顶盖，以防止卡钻。

（3）每遇到一层溶洞，不论是否漏浆，不论有无填充物，均先按1：

1比例向孔投入一定数量的片石、黏土，用小冲程冲击投入的混合物，使其挤入裂缝、溶洞内，在冲进过程保持孔内水位不变。

如此反复操作，多次充填挤压溶洞以加固孔壁。

大多数溶洞都是漏水、漏浆的,为了防止漏浆引起坍塌,将护筒挤扁而把钻头裹在里面,施工时采取以下措施来克服:

（1）始终将护筒内液面控制在高出地下水位2.0m左右;

（2）采用优质泥浆护壁钻进;（3）反复回填粘土球、片石冲进,使过渡段（主要指强风化岩层）或护筒脚得到固壁的作用;（4）打超前钻,先钻两个小孔让水填满洞体,防止液面突然下降;（5）准备好足够的水源,一旦发生漏水、漏浆就往孔内补水。

为了防止冲击钻钻头卡钻或因钢丝绳断裂使钻头掉进洞里,在接近溶洞顶大约1m左右时,指挥操作人员采用冲锤低程缓慢冲进。

如出现漏水、漏浆,通过反复回填片石、粘土球反复慢速冲进,直至破除整个顶板。

溶洞的规模大小、底板的形状及桩位处溶洞的特征,决定了多种不同的穿越洞体施工技术。

由于本工程的溶洞规模相对比较小,因而在穿越洞体施工时,均采用抛填大量的片石、粘土球或水泥包等物进行反复冲击,最后所有的桩位都得到顺利成孔。

（4）保持平稳进尺，若溶洞内进尺过快，则在孔底穿过溶洞后，再次提起钻头，投入片石、黏土，重新进行冲砸。

目的是使块石与黏土在溶洞内形成一道环壁，保证成孔质量。

（5）对于空洞或半充填的溶洞，特别是地质柱状图上显示的溶洞，在击穿溶顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化。

一旦泥浆面下降，首先先迅速补水，然后用铲车或者挖机及时将准备好的片石黏土、水泥按适当的比例抛入，直至孔中的泥浆面停止下降，并慢慢上升。

然后用冲锤进行适当的挤压，直至把桩基周围的溶洞都填满或者堵死为止，只有当水泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。

（6）遇到较大的溶洞，特别是溶洞底部根本存在漏浆口的半充填溶洞，在溶洞形成过程中充填的粉土、片石已将把漏浆口堵住。

但是在冲孔时，由于充填物滑落或者被重新揭开，从而造成重新漏浆。

为了堵住漏浆口，发现漏浆后，向孔中补水的同时，应立即向孔中抛填袋装水泥，然后向孔中投入黏土、片石混合物，待漏浆停止后重新冲孔，冲击到漏浆部位的时间宜控制在水泥终凝时间之前，然后停止6-10h。

如此反复操作，直到凝固后的水泥黏土浆把漏浆口堵死为止。

2.2.2施工中问题的处理

由于桥址主要出露白云岩、灰岩地层，地表岩溶主要为溶沟溶槽及溶蚀小孔；地下岩溶主要为岩溶洞穴。

该岩溶地区的特殊性决定施工过程中出现各种事故的现象不可避免。

卡钻遇到卡钻不能强行提拉，应分析原因，找出卡钻的原因，对症下药。

一般先清孔至钻头以下，然后在提钻头。

若无效，在用钢丝绳将小钻头放入轻轻冲击大钻头，松动后再将大钻头提出。

若仍不能奏效，则可以水下放小炮松动周围岩层，待钻头活动后提出。

掉钻造成掉钻的原因有多种，最常见的是在卡钻或粘锤后强提，使钢丝绳在疲劳损坏位置断开。

掉钻事故以预防为主，经常检查最易损坏部位，定期检查，遇到损坏的部件立即修整或更换，消除隐患。

每次抛黏土后一定要用小冲程冲击或在其上面抛一层片石防止粘锤，遇到停电等异常情况，应立即用吊机将锤提离孔底。

漏浆漏浆主要是钻头进入溶洞或者遇见裂隙时，泥浆向外流出，严重时会造成塌孔。

处理措施是在钻孔过程中回填黏土片石等，反复冲击增加护壁的密实度和强度。

反复漏浆或者漏浆严重时，在抛黏土、片石的同时加入适量的水泥堵漏。

斜孔斜孔是岩溶地质钻孔桩施工时常遇到的问题。

主要原因是孔内底岩层软硬不均，或者半洞半岩，或者“斜坡岩”而导致的钻头无法水平就位。

施工时，当钻头穿越溶洞时要密切注意钢丝绳的情况，以便判断是否偏孔。

一旦发生偏孔，应按1:

1的比例回填黏土片石至弯孔处1m以上，再重新冲砸。

对于多次校正均不能达到理想效果的半软半硬质岩层，采用放小炮法纠偏。

对于这种岩层很容易产生斜孔，并且难以纠正。

我们采用潜孔钻定位钻孔，然后PVC套管精准对接孔眼，小药卷配好导爆索通过PVC落入桩底眼孔内，严格控制装药量和钻孔深度，建议采用小炮层层剥离方式逐步达到校偏目的。

通过实践该方法简单有效，成本低效率高，值得推广。

（5）塌孔塌孔主要是漏浆补水（或补浆）不及时，孔内形成负压而造成的。

解决塌孔的方法是：

①当溶洞体积比较小的时候，可以通过直接加泥浆来保持孔内水位的压力，来防止塌孔的出现，然后抛片石，继续施工；②如果溶洞比较大，当其空间的垂直高度超过1.5米的时候给，因为覆盖层比较厚，达到10米以上，且地面没有产生塌崩，这时可以在溶洞层加入钢护筒，来隔绝溶洞，防止灌注混凝土时大量流失③；如果孔口地面崩塌，应当清理崩塌范围内的杂物，然后用土进行回填，准确测出其桩位，然后埋置钢护筒，重新进行钻进。

2.2.3水下砼的灌注

砼采用导管法灌注，为了防止孔壁存在没有完全充填的溶洞，而使在灌注过程中砼的流失，进而造成导管埋深深度不够，形成断桩。

要求导管的埋入砼的深度保持在5-9m，每次拆导管前要再不同的位置测量2-3个点，确认无误后才能进行，为保证成桩质量，采取桩顶超灌80-100m，灌注结束后需等待3-5分钟，经再次测量砼面无变化后才拔起导管。

4.结束语

在***大桥的施工过程中，我们通过回填片石、黏土或者钢护筒跟进法等多项有针对性的施工措施，顺利解决了岩溶地区钻孔桩施工的技术难题，但是在施工过程中要密切关注施工细节，严格控制回填片石、黏土、水泥量，避免造成不必要的重复性浪费；桩基施工完毕后，经声波透射法检测，全部为全部为Ⅰ类桩，达到预期目的。

最后我们仍会进一步探索在岩溶地区钻孔桩施工的最佳施工工艺和措施。

参考文献：

[1]曹刚. 钻孔灌注桩基事故的处理与建议[ J ]. 山西建筑,2003

[2]肖婧. 大直径钻孔灌注桩施工及事故处理. 建材技术与应用,2004 

[3]梅华国. 钻孔灌注桩施工中埋锤或卡锤事故的处理措施. 电力建设, 2004  

[4]刘金砺.桩基工程与施工技术[M].中国建材工业出版社，1994

[5]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].中国建筑工业出版社，2001

[6]陈新胜.顾湘.桩基工程[M].中国地质大学出版社，1995