岩溶地区钻孔桩施工技术探讨

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摘要：介绍了在岩溶地区钻孔桩施工详细掌握地质情况的重要性；针对冲击钻的特点提出溶洞进行分类原则，结合工程实例叙述了冲击钻孔桩施工工艺，重点介绍不同溶洞类型的钻孔参数和具体措施，以及常见事故及处理措施。

关键词：溶洞类型 钻孔措施成桩技术

桥梁桩基施工在石灰岩分布区域经常会遇到溶洞，我单位施工的准朔铁路西庄子跨偏关河特大桥就处在岩溶地质段。岩溶地质处理存在诸多不确定性给施工带来很大困难，若施工控制措施制定不当往往会造成塌孔、卡锤、吊锤、埋锤 、钻孔偏斜、甚至无法成孔等事故。因此要仔细研究设计文件，充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等,采取稳妥的措施,确保施工的顺利进行。

1、工程概述

1.1桥孔布置

西庄子跨偏关河特大桥全长942.15m,位于本标段工程改DK92+650.38处，桥跨布置为22－32m+1-（32+48+32）m连续梁 +3-32m预应力混凝土梁桥，采用单线T型桥台，桥墩采用圆端形空心墩，桥台及桥墩均采用钻孔桩基础，全桥共有桩基础284根，其中有272根为嵌岩灌注桩，桩径均为1.25m。

1.2地质情况

根据地质钻探揭示：场地内自上而下为：①新黄土：褐黄色，坚硬，土质均匀，垂直节理发育，该土层厚度5m左右具有湿陷性。②细圆砾土：灰褐色，中密，稍湿，成分以白云质灰岩为主，最大粒径50mm，一般粒径2～20mm，浑圆状，填充物多为中细砂和少量泥质约占30% ，厚度6m左右。③粗圆砾土：灰褐色，中密，稍湿，成分以白云质灰岩为主，最大粒径310mm，一般粒径20～50mm，分选性差，磨圆差，多呈次棱角状，其余为泥质填充。厚度10m左右。④风化层：灰白色，弱风化，隐晶质结构，薄～中厚状构造，岩芯较完整，呈柱状，岩质坚硬。⑤基岩为白云质灰岩：岩溶发育。地下水埋藏较深有少量由地表补充的潜水。

该桥处于与岩溶地区，为了彻底搞清地下溶洞的分布情况，设计对每根桩进行补勘，共有79根桩穿过溶洞，其中最大溶洞高度达4.7m，累计厚度最大16.9m，溶洞串珠多达5层，溶洞中多为有填充物的，少量为半填充物和个别无填充物的。

2、桩基溶洞类型

通过认真研究本桥的地质资料和冲击钻成孔过程，不管大溶洞、小溶洞或者多层溶洞，只与填充情况有关。按其填充形式分为全填充、半填充、无填充。

2.1全填充即溶洞内完全被泥土填充。如13号墩3＃桩以下简称13－3溶洞高度11.4m属于此类情况。

2.2半填充即溶洞部分空洞被泥土填充，但顶部为空腔，这种情况比较复杂，对小溶洞或者封闭的溶洞比照全填充溶洞处理；对于大溶洞或连通的溶洞应当作空洞对待。如11－4溶洞高度6.7m、25－9溶洞高度3.4m就属于此类情况。

2.3无填充既为空洞，对小溶洞或封闭的溶洞较好处理，对于大溶洞须结合周围桩孔地质钻探，详细了解地下溶洞情况，制定处理措施。如25－1溶洞高度3.4m就属于此类情况。

2.4多层溶洞如10－7、13－8、19－1、19－8等，尤其是19－8多达5层，除10－7为部分填充外，其余为全填充。

3、钻孔桩施工

3.1机械选择和辅助机械配置

根据地质情况选用CZ－8型冲击钻施工，由于覆土层较厚，一旦发生漏浆容易造成塌孔，当快钻到溶洞顶板时，配备一台ZL50C型装载机和两台水泵。

3.2施工准备

3.2.1钻孔桩施工前，由技术人员给机组人员进行现场交底，让机组人员充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都要让现场作业人员充分了解溶洞的位置，大小等，做到钻孔时心中有数。

3.2.2按照溶洞的高度大小在钻孔桩周围准备足够的片石、粘土、水泥。

3.3钻孔施工

3.3.1在粘土层中成孔时，冲程1～2米，加清水或稀泥浆，经常清除冲锤上的泥块；在砂层中成孔时，冲程1～2米，泥浆比重控制在1.3左右；在砾石层时，冲程2～3米，泥浆比重1.3～1.45之间，必要时抛粘土提高泥浆浓度，勤掏渣。 在基岩中成孔时，应低锤慢冲。

3.3.2对于全填充的溶洞，当钻机钻至离溶洞顶部附近时，宜采取“吊打”的施工方法，既短冲程、密频率的低锤密击冲孔工艺，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。一旦发现泥浆面下降，应迅速补水，并抛填片石和粘土，要特别注意一定要待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后并且泥浆漏失现象全部消失后才能转入正常钻进。

3.3.3对于半填充的大溶洞，当钻至离溶洞顶部附近时，装载机司机到场待命，钻机采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，一旦发现泥浆面突然下降，立即停钻拔出桩锤，装载机迅速往桩孔内填充1:1的粘土和片石，两台水泵快速补水，防止塌孔埋锤。待回填物和泥浆面有回升迹象时再下锤轻砸，将片石和泥土充分挤入溶洞内壁。当泥浆面达到正常后再继续钻进。

3.3.4对于无填充物的大溶洞，钻孔至溶洞顶部附近时时，除应执行半填充方法外，由于其溶洞空间容积大，则先用装载机填片（碎）石、粘土、水泥混合料，填满后注水，待液面稳定后用小冲程冲击片（碎）石挤压到溶洞边形成水泥浆碎石护壁，水泥浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击，24小时后，待水泥的强度达到2.5Mpa，再继续冲击，通过溶洞。

3.3.5对于多层溶洞钻孔时，应遵循以上方法小心谨慎的一层一层处理。

3.4岩溶地区钻孔灌注桩常见事故及处理措施

3.4.1卡锤、掉锤，在遇到岩溶层的溶沟、溶槽或击穿溶洞顶板时，极易发生卡锤，卡锤事故发生的主要原因是冲击过猛，钻头突然进入溶沟、溶槽，导致钻锤倾斜卡住；溶洞顶板突然击穿，造成孔形不圆顺桩锤掉入溶洞中而卡钻。

遇到卡钻时，应仔细分析原因，不可妄动，以免造成越卡越紧或掉钻事故，当钻头可活动时，可上下提动钻头，并使钻头转动一个角度，反复尝试，有可能提出，或用吊车配合钻机，同时或交替提动，有时能将锤头提出。用小冲锤(以圆钢或钢轨焊接)在桩孔一侧冲击，使卡点松动后提出钻头。必要时可试用水下爆破法，震松锤，吊车配合提出钻头

3.4.2漏浆 漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象。漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔内压力，孔内水头急剧下降，造成泥浆严重流失。

遇到漏浆时应立即提出钻头，向孔内补浆或补水，保持住孔内浆(水)面高度，如浆面仍不断下降，应及时抛填片石、粘土及水泥制成混合物，视漏浆程度反复抛填，直到不漏浆为止。当漏浆太快，散填难以达到目的时，应采用装载机集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等在短时间内大量填入。当漏浆有减缓趋向时，再下桩锤轻击，将片石水泥挤入岩洞，如此反复几次，直至不漏浆为止。在溶洞特别发育地区，抛填措施无效时，可采用全护筒跟进方法，并使其长度跟进至岩溶底部岩层1m。

3.4.3钻孔偏斜由于钻机钻孔时产生位移下沉，在倾斜的岩面上钻孔、岩质软硬不均、桩孔部分在溶洞上容易造成斜孔和偏孔。

遇到钻孔偏斜时，可采取下列纠偏措施：①当钻机局部下沉引起偏斜直接将钻机整平，将开始偏斜部分孔内填充片石粘土，然后小行程轻击，就能达到纠偏的目的。②当岩面倾斜或岩质软硬不均产生的钻孔偏斜，不断向孔内填充片石，纠偏过程采用小行程轻击的办法，当孔底硬度基本一致时就可以纠正过来，若还纠正不过来时，将偏斜部分灌注C20混凝土，待混凝土达到强度后，在从新钻孔即可达到纠偏的目的。

3.4.5经常检查钢丝绳磨损情况、卡口松紧程度、转向装置是否灵活，以免突然掉锤。

3.5清孔、沉放钢筋笼

当钻孔桩钻到设计标高后，进行清孔。由于在熔岩地区为了防止塌孔泥浆比重一般较大，清孔时密切注意孔壁变化，逐渐稀释泥浆浓度直至达到规范要求。

清孔合格后沉放钢筋笼，长度小于18m的钢筋笼用吊机一次放入，大于18米的分节沉放。钢筋笼入孔时采用定位导向管，用φ50mm长6m的钢管4根，上端挂在护筒上，下端紧靠孔壁，以保证钢筋笼垂直，避免钢筋笼撞击孔壁造成塌孔。上下两节钢筋笼位于同一竖直线上，进行钢筋连接。主筋采用双面搭接焊连接，骨架搭接时注意相邻接头位置错开35D以上，桩长大于40m声测管连接，钢筋笼沉到设计位置进行固定并做好防浮措施。

3.6灌注水下混凝土

为保证关注质量，钢筋笼下放后进行二次清孔。

安装导管前要进行密封试验，符合要求后固定在孔口固定架上，首次灌注混凝土料斗容量要大于2m3,商品混凝土进场后要检查均匀性试验坍落度，合格后进行灌注，灌注过程要保证导管埋入混凝土2m以上，认真填写关注记录同时制作试件3～4组。

4、桩基检验

对复杂岩溶地区的钻孔灌注桩的质量检测须按照设计要求或规范规定的检测方法，本工程桩长大于40m采用声波透射法，小于40m采用低应变，经业主中心实验室检测所有桩基质量全部合格，达到设计要求。

5、结束语

5.1在岩溶地区钻孔桩施工由于地质条件的复杂性和不可预见的因素太多。在前期勘测中最好做到一孔一探，准确掌握溶洞情况，制定相应的处理措施，要让机组人员做到心中有数并认真执行。

5.2实践再次证明在岩溶地区采用冲击钻成孔工艺，破岩效率高，成孔、入岩质量易保证，是一种比较理想的施工工艺。采用片石粘土筑壁法，操作简单、行之有效。