CFG桩基在岩溶地区钻孔施工中的防护应用

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[摘要]在岩溶地区修建铁路桥梁工程，钻孔桩基础的施工质量很大程度上决定着桥梁施工周期，进而影响到工程的整体进度。通常情况下，钻孔桩需穿越岩溶地区时采取的主要措施为抛填土石或灌注混凝土堵塞的方式。上述处理方式在流砂较厚地段往往因处理不及时造成塌孔，严重的将掩埋钻头。笔者经过郑徐客专徐州枢纽铜山上行联络线特大桥工程的实施，在钻孔桩穿越岩溶地区，采取cfg桩对流沙层预处理的方法顺利完成了跨越G310国道连续梁主墩钻孔桩的施工，确保了钻孔桩施工质量，实现了工期节点。

[关键词] CFG桩岩溶钻孔桩防护应用

中图分类号： O434 文献标识码： A

1．工程概况

郑徐客专徐州枢纽相关工程铜山上行联络线特大桥为郑徐客专正线铺轨通道，开工时间比正线晚，但必须早于正线通车。通道上的28～31号墩上部结构采用（40+72+40）m现浇预应力混凝土变高度连续箱梁结构，全长153.2米。连续梁中跨跨越G310国道，边跨跨越大寨河，与G310国道、大寨河呈39°夹角,G310国道宽度约为15m，为通道上的控制工程。其中28#墩桩基础设计为6根直径1.25m、桩长为58m柱桩，嵌岩深度在2-4m不等，设计桩底标高为-20.975m。

图128#墩立面布置图

根据设计提供的地质资料显示，此墩下(11)2-3层为奥陶系灰岩，岩溶形状主要为溶隙、溶沟溶槽、小溶洞，属深覆盖性岩溶区，溶洞多为全充填，部分为空洞，半充填，充填物主要为可塑～硬塑粉质黏土、粉质黏土夹灰岩碎块。

表128#墩柱从上往下地质结构图详见下表：

序号 底层结构 地质描述 高度 底层底标高

1 (2)4-2粉土 褐黄色、褐灰色，稍密，潮湿～饱和；局部夹粉砂薄层，基本承载力120KPa 21.73m 19.27m

2 (2)3-3粉质黏土 褐黄色，灰褐色，可塑，黏粉粒，土质均一，基本承载力170 KPa 6.1m 13.17m

3 (2)3-4粉质黏土 褐黄色，黄褐色，灰黄色，局部夹灰褐色，硬塑，夹少量铁、锰结核及钙质结核，局部钙质结核富集，基本承载力200 KPa 11.1 2.07m

4 (5)3-4粉质粘土 褐红色，棕黄色，褐黄色，硬塑，含钙质结核及铁锰结核，夹灰白色高岭土条纹，基本承载力为250 KPa 22.19 -20.1

5 (11)2-3灰岩 青灰色，弱风化，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，多闭合状，方解石脉充填，有溶洞、溶蚀现象，基本承载力为1000 KPa 以下岩层分界未钻探

实际在实施过程中，采用循环钻已经成功灌注两根，但其余因遇到溶洞后处置不及时造成塌孔，详见下图：

2、拟采取的方案及比选

28-3、28-6出现塌孔后，岩溶处理方面，进行了方案比选，考虑了三个方案：

一是片石粘土筑壁法

溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以内，但存在严重漏水,护筒内水头高度不能保持时，可采用片石、粘土和 整包水泥(按1 m3：3 m3：0．75 t比例，顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石)回填冲击，用0．5～0．8 m小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、粘土和 整包水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止，这也是个比较成熟的施工方法，但28-3、28-6因回填不及时，桩基础均在距成桩2m位置处遇溶洞，漏浆塌孔。

二是钢护筒跟进法

溶洞较大，单层或者多层溶洞成垂直穿珠带状情况下，采用钢护筒跟进法施工，该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内，当桩孔穿过多个溶洞并且成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个位置堵漏。

在本桥北侧郑徐正线中铁七局施工的徐州特大桥跨G310国道处采用的此方案。

三是CFG桩帷幕钻进法

尚未成孔的钻孔桩周边30cm采用直径50cmCFG桩对粉土层进行加固处理。CFG桩按三角形布置，每个桩位周边布置20根。CFG桩施工完成3天后进行钻孔桩施工。 根据设计补勘的地质柱状图，粉土层以下2m标高为17.27m，CFG桩处理深度为粉土地质层以下2m，根据现场实际测得地面标高为41.7m，需要处理深度为24.43m，故采用Ф0.5mCFG20钻机桩机振动成孔, 桩长定为25m，灌注混合料采用C20或以上标号砼。

之后在方案编制和评审阶段，业主、设计、监理、施工方对相关方案进行综合讨论，通过对工期、成本、安全、操作性进行综合考虑，最终选取第三种方法为本项目的实施方案。

表2临时旅客站台过渡方案比选

施工方法 方案描述 安全 经济 其它

一 片石粘土筑壁法 有一定局限性，28-3、28-6在施工过程中均采用此方案，但遇到溶洞后，泥浆流失过快，来不急回填，安全性无法保证。 因本桥有尽22m的粉土层，成本较低 粘土片石筑壁法施工时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石层等透水层，坐落在不透水的亚粘土层上，这样可以防止由于溶洞漏水，水头高度急剧下降而造成的坍孔。本桥黏土层深。

二 钢护筒跟进法 安全，能够保证施工质量 需进场钢护筒跟进设备，成本高 施工周期长，部分钢护筒不能拔出，成本高

三 CFG桩帷幕钻进法 安全，能够保证成孔质量 比较经济 施工周期较钢护筒快，成本可控

3.方案设计与实施

3.1主要方案设计

（1）回填压实

首先将坍塌区域内的积水采用大功率潜水泵抽排完毕，将沉陷钢护筒拔出，钢筋笼钢筋采用液压钳逐根拔出。然后采用黏土将坍陷区域回填（28-2#正循环钻机已撤走， 28-2#孔一并回填）并采用挖掘机平整、压路机碾压压实。

（2）CFG桩地基加固

通过对塌孔的原因进行分析，主要为遇溶洞后泥浆瞬间流失，造成桩孔上部粉砂土层失稳，桩孔坍塌，因此通过CFG桩对粉砂层进行地基加固，防止粉砂层失稳，造成塌孔。

对尚未成孔的28-2#、28-3#、28-5#、28-6#钻孔桩周边30cm外采用直径50cmCFG桩对粉土层进行加固处理。CFG桩按三角形布置，每个桩位周边布置20根。CFG桩施工完成3天后进行钻孔桩施工。 根据设计补勘的地质柱状图，粉土层以下2m标高为17.27m，CFG桩处理深度为粉土地质层以下2m，根据现场实际测得地面标高为41.7m，需要处理深度为24.43m，故采用Ф0.5mCFG20钻机桩机振动成孔, 桩长定为25m，灌注混合料采用C20或以上标号砼，CFG桩布置图如下：

（3）施工流程

4、 实际应用

2014年4月，建设单位组织设计、监理、施工单位完成了相关方案的论证及评审，4月-6月初现场按照方案完成了剩余3根钻孔桩的施工，过程中遇溶洞后有漏浆现象，但均未出现塌孔，随后进行的桩基完整性检测均为I类桩，为后续施工节约了时间，为工程施工节省了成本。

具体过程实施图片如下：

图3 施工后外露的CFG桩

图4 CFG桩加固完成后，施工过程中遇溶洞漏浆，但未塌孔，正在补浆

图5 承台开挖过程中露出的CFG桩

图6 正线中铁七局采取钢护筒跟进施工现场

5、CFG桩基岩溶地区加固要点

1）CFG桩的数量、布置形式、间距、桩长、桩顶标高及直径应符合要求。

2）CFG桩底标高必须低于粉砂层。

3）投料后留振5-10s，开始拔管，直至桩顶。拔管过程中不允许反插，如上料不足，须在拔管过程中空中加料，不允许停拔后再投料，防止断桩。

6、结束语

CFG桩基在岩溶地区钻孔桩施工中的实际防护应用，证明该方案是一种可行、较经济、合理的施工方案，既避免了常规抛投片石不及时造成的塌孔，又弥补了钢护筒跟进的经济、时间影响，是种较合理经济的施工方案，对同类工程施工有着广泛的借鉴和推广应用价值。

参考文献：

[1] 徐州枢纽指挥部28#墩岩溶处理方案会议纪要

[2] 《中铁四院铜山上行联络线施工设计图纸》