浅谈南钦铁路联坡双线特大桥岩溶地质钻孔桩施工

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摘 要：南钦铁路联坡双线特大桥桩基础地处广西岩溶发育地段，溶洞且有单层、多层，空溶洞、半填充、泥浆填充、密实粘土填充的多种复杂情况。针对每个桩的实际情况具体分析判断，有针对性地分别采取抛填片石和粘土、钢护筒跟进、钻孔注浆封闭等处理措施，取得了较好的效果。通过该桥施工，对于类似岩溶地区钻孔桩施工有借鉴的作用。

关键词：桥梁 岩溶地区 钻孔桩 施工

中图分类号：U445.551 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-0-04

1 工程概况

中铁大桥局南钦铁路NQ-1标联坡双线特大桥里程为D2K14+045.62至D2K16+31.586，全长985.966 m，位于良庆镇渌晓村旁。该桥设计为62个墩台（0#～61#台），共有桩基础494根，设计桩径均为1.25 m，平均桩长约为30 m，全部为柱桩。桥址位置地形起伏不大，地表大部分为旱地，少量荒坡，丘间槽地多为鱼塘、水田。桥梁沿线主要特殊岩土为人工弃土、松软土、粘土、灰岩等，地下水位较低，岩溶发育。根据目前掌握的地质勘探资料显示，联坡双线特大桥沿线在桩中心处的溶洞最小为0.2 m、最大为17 m，且有单层、多层，空溶洞、半填充、泥浆填充、密实粘土填充的多种复杂情况，桩基础施工的溶洞处理是本桥施工的重点、难点。

2 施工准备

施工前除正常施工准备外，还需做好以下事项。

（1）对承台各桩地质资料进行综合分析，对该承台下溶洞分布的位置、高度、填充物、开放型或封闭情况、连通性等必须提前

掌握。

（2）根据对地质资料分析每个桩情况，选择施工方法。

（3）施工前应进行详细的技术交底，使具体操作人员、技术人员、作业队长等都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方法和措施。

（4）编制突发事件的应急预案，报监理审批。

（5）岩溶地区钻孔桩突发事故、事件较多，如：突然漏水、塌孔、埋钻、卡钻等。其应急措施要落在实处，管理手段也应更严谨，以减少或制止事态扩大化，避免发生安全事故。

（6）备足成孔用水、粘土、片石等材料，确保溶洞击穿时迅速补水、补浆预防坍孔，并及时抛填粘土片石，以恢复正常钻孔

作业。

（7）准备好处理施工故障的备用机具设备，如运输、起重、打捞、急救设备以及不同性能的其他钻机、钻具等。

3 溶洞的判别和处理方法

（1）根据有关地质钻探资料的说明进行溶洞的判别（具体以设计院提供的说明为准）。

①凡灰岩地区中出现的空洞称为溶洞。溶洞有全填充，半充填和空洞三种情况。

②凡岩土交界面等出现的顶板为土层的洞称为土洞。

③钻进过程中岩心半边被溶蚀、岩芯表面有小洞穴、溶蚀裂隙发育，岩心采取率低，岩心多不新鲜等地段划为岩溶裂隙发育带，该段可能处于溶洞边缘，也可能只是溶蚀洞穴裂隙发育，也应作为溶洞处理。

④当工程地质钻探的岩芯在灰岩地区出现完整柱状中夹有破碎带者，遇此情况应与邻孔柱状图一起进行分析，极有可能是岩溶洞或岩洞边缘，不可一概否定此处无溶洞。

⑤在阅读地质柱状图岩土特征描述内容时应特别注意，地质用语的含义：

a）漏水：表明此处有开放型溶洞或有地下河的可能，施工到此应特别注意；制定相应的措施确保工程安全、质量。

b）无填充物，漏水，明显掉钻；属开放型。

c）流塑，取芯难，明显掉钻；

d）流塑（软塑），钻进速度快，取芯难，有掉钻现象；

e）流塑、取芯难，不漏水；属封闭型。

f）全充填物或半充填、充填物为粉质黏土、角砾土及碎石

土等。

⑥有漏浆情况出现说明可能遇到溶洞，但是只塌孔不表示就是溶洞。漏浆发生的原因一般是遇到空洞或裂隙，塌孔一般可能因为护壁不到位，上部砂土层随浆液循环流失引起塌孔，不能一概列入溶洞范畴。

（2）溶洞的处理方法。

①本桥因为溶洞情况非常复杂，为了确保安全质量，防止溶洞施工引发坍塌、埋钻事故，拟对岩层以上的覆盖层全部采用钢护筒跟进，根据覆盖层厚度及实际地质情况采用壁厚为8～12 mm的钢护筒。

②对本桥溶洞部位的处理，具体主要采用以下三种方法：

1）抛填片石、粘土法；2）钢护筒跟进法；3）注浆填充法。

③溶洞处理方法的选择。

1）高度2 m以内的溶洞主要采用抛填片石泥土法施工。

2）高度2 m以上的溶洞主要采用钢护筒跟进法施工。

3）多层溶洞主要采用注浆填充法施工。

因为溶洞施工的复杂性，具体施工方法的选择不是绝对的，可综合考虑各种情况结合使用。特别情况特殊处理，处理前应事先研讨。

4 溶洞处理的工艺措施

4.1 抛填片石粘土法

（1）覆盖层的钢护筒跟进的施工方法同护筒跟进法中A护筒的施工方法，护筒内径采用1.4 m。

（2）当钻至溶洞顶1 m左右时，首先准备足够的小片石或狗头石以及粘土，粘土要做成泥球，对于半填充物要准备足够的

水源。

（3）根据钻孔的进尺情况，在击穿洞顶之前，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，如果泥浆面下降，则需迅速补水补浆。击穿洞顶后，在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土和片石混合物；当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度，只有当泥浆漏失全部消失后才能正常钻进。这样反复多次，使泥浆冲击溶洞。

（4）冲击钻钻进通过溶洞过程中，在岩溶地区由于地层情况复杂，穿越溶洞时通常遇到斜面开孔的情况。一般地，冲孔进入岩层或者穿过溶洞到达溶洞底面时，由于溶洞的顶板和底板犬牙交错，高低不平，这种情况，就需往孔内抛设10～15 cm比例为1∶1的小块片石与粘土的混合物，用钻头低冲程冲砸、密打，则需反复多次，使四周形成牢靠的孔壁，以防坍孔。再用“重锤轻打”方法钻进，超过岩斜面最底点0.5 m以后，再正常钻进。具体步骤

如下：

开钻前先投边长小于或等于15 cm，比例为1∶2的小片石和粘土的混合物，至岩面以上1～1.5 m；然后钻头小冲程反复冲砸，钻进0.5 m，再用小片石和粘土混合回填；再次用低冲程反复冲砸、密打；按反复冲砸三次，逐渐加深牢固。以上步骤不断反复，以小石片不在挤走为准，这时说明岩面的冲击不再单点或局部的接触了，然后仍用小冲程，要控制好钢丝绳的松紧，在斜面上穿孔，并使孔的周边形成坚固密实的 “石壁”，保证冲孔顺利地超过倾斜岩面。孔面“石壁”形成后，应停钻测量，认真检查孔位偏差，在排除形成斜孔的可能后方可正常钻进，否则应回填片石、粘土块的混合物重新开钻。

（5）其他相关要求

①对块石的要求：石料应选用硬质岩石，强度在30～60 MPa范围之内，节理裂隙不发育，尺寸不大于40 cm，自然级配。

②粘土应选用优质粘土（含砂率≯5%，塑性指标>17%～25%），并将粘土装入编织袋内备用，必要时准备水泥。

③土、石比例，土：石=0.5∶1～1∶1（体积比），水泥按每米两包。

④一旦发现孔内泥浆水位下降立即集中填土、石是防止塌孔的关键，应在工地备有一台装载机用于回填物料，时机不能错过。

⑤回填高度应在洞顶板以上1～1.5为宜，再多则效果下降，每钻进0.5 m就要向孔内补填块石和粘土。

⑥钻孔过程中应保持水位。

⑦用小冲程（小冲程指冲程在1 m以下），让粘土和块石充分挤入溶洞。

⑧遇到易坍塌的覆盖层同时坍塌情况发生时，应立即采用抛填片石和粘土，下部以抛片石为主，上部按比例抛土石，回填到塌方部位。

4.2 钢护筒跟进法

钢护筒跟进法见图1。具体施工方法为：

（1）埋设直径为1.5 m，长度为2.5 m的外钢护筒A，以直径为1.45 m的冲击钻冲孔。边冲进边对外钢护筒分段接长，采用震动锤震动下沉，直至下沉至基岩面（对外钢护筒A顶端进行加固处理，防止卷边），防止因为击穿溶洞突然漏浆造成孔口坍塌或埋钻。

（2）仍然以直径为1.45 m的冲击钻按正常冲程冲进，当不断冲击岩层直至达到溶洞顶上方约1 m位置时，改换小冲程击穿溶洞。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升钻头，在顶部厚度范围上下慢放轻提，钻头不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时将钻头提起。如溶洞为空溶洞，用钢丝绳活扣绑住内钢护管（直径1.4 m、长度=溶洞高度+1 m），用吊机或冲击钻机自吊，把内护筒下放至孔底，回填片石及粘土或灌注砼，封闭护筒顶、底空隙，待固结后改换直径为1.25 m的钻头正常冲孔；如溶洞有填充物，则先将内钢护筒（直径1.4 m、长度=孔深+ 1m）下放至孔底，改用直径1.25 m钻头继续冲进到溶洞底，然后用震动锤将内护筒震动下沉直至达到溶洞底。内钢护筒在下沉过程中要不断监控其位置和垂直度，护筒中心偏离桩中心不超过5 cm，倾斜度控制在1%以内。

（3）对于多层且透水漏浆空溶洞可根据实际情况采取以上的方法，施工前根据实际情况调整钢护筒及钻锤直径，进行二次跟进、三次跟进等直至成孔，不再鳌述如（图1）。

4.3 注浆填充法

溶洞注浆处理的目的是：为了加固溶洞的填充物、填满溶洞的空间，并达到一定的强度（20 MPa以上），防止一些情况的发生如：钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列的施工完成。如溶洞为空溶洞，可以将压浆孔扩大至30 cm然后插入相应的铁管，进行灌砂或碎石。同时根据实验室提供的配合比，灌入部分的水泥浆，达到填满、固结的

目的。

（1）钻孔。

①灌浆孔的布置。首先确定溶洞的位置，然后在离溶洞中心1.0 m处钻孔。孔的数量可以为3个，呈三角形布置，也可按4个孔布置具体根据现场情况适当调整。孔的数量最少不能少于2个，因为压浆到一定数量时孔内的空气无法排除，所以对孔口产生了压力使水泥浆无法灌入，故要钻一个孔作为减压孔。

②钻进、成孔。钻具大小的选用，可根据溶洞大小、项目成本以及施工工期等来确定，一般采用直径为8～10 cm的钻头。钻孔施工，沿程详细记录地质情况（每个注浆孔垂直偏斜率、孔位偏差、钻孔倾角、钻孔深度、钻孔时间），在成孔后与设计图纸上的地质情况相对比。如果相同，按施工工艺正常施工。如果不同，申报监理、设计院现场确认是否减短或加深。在钻进过程中应注意孔的倾斜度要小于或等于1%。

（2）压浆。

①试泵。开泵前先将搅拌桶中加满清水，三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续2～3 min，如果不出故障即可结束。

②安装注浆管和止浆塞。钻孔完毕后，要清查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，则可下管。否则，必须用钻机进行扫孔。注浆套管外露的长度不小于0.3 m，以便连接孔口阀门和管路，嵌入基岩大于0.5 m，用M7.5水泥砂浆固结，并将孔口套管四周捣实封闭，防止液体从周围流出，从而影响注浆效果。注浆安放好后，在孔口加盖以防杂物进入。

③压水试验。在注水试验前，量测孔内稳定水位后，进行孔内定量注水，观测单位长度吸水量变化幅度，注浆后试验的单位长度吸水量应小于注浆前吸水量的3%～5%，即可判定达到注浆效果。用1.5～2倍于注浆终压对系统进行试压，检查是否有耐压性，有无漏水；检查设备机况是否正常；检查管道是否漏水，使设备充分热身。试运转时，压水逐渐由小增大到注浆压水压力，并持续15 min左右。

④浆液配制。根据设计图纸或现场实际地质情况的溶洞填充物的类型，进行试配，确定压浆配合比。如无填充物的溶洞，根据现场要求配置有一定强度的水泥混合物灌注，目的就是让填充物与水泥混合在一起，从而达到填充、加固溶洞的目的，使冲击钻顺利穿过溶洞。

⑤注浆压力及顺序。注浆压力不宜太大，控制在0.5～1.0 MPa范围，具体压力值由现场试验确定。速度为15～20 L/min，目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂或碎石），然后固结，渗透最小直径定为3.0 m，以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度应根据注浆速度来确定，不宜太快，应使渗透半径控制在允许范围内。为防止浆液流失太远造成浪费，需间歇注浆，使得先注入的浆液与砂子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后进行其他孔的注入，后注浆的压力必须调高，最后

封孔。

⑥结束注浆。当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆。

a）注浆孔口压力维持在压满后的一定压力内或者逐渐上升，吸浆量不大于40 L/min，维持30 min。

b）冒浆点已出注浆范围外3～5 m时。

c）注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5 MPa。

d）单孔注浆量达到平均注浆量1.5～2.0倍，且进浆量明显减少时。

⑦提管、回填。注浆完成后应立即拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔出管后，留下的孔洞，及时用水泥砂浆封孔。

4.4 其他可能出现的问题及注意事项

（1）进入岩面或进出溶洞均可能遇到倾斜岩面，对于倾斜岩面，主要采用抛片石、粘土，采用小冲程进行冲进的办法。

（2）砼灌注过程中砼方量增加。

①原因分析，水下砼侧压力大于孔内泥浆侧压力，造成孔洞处泥浆护壁失去平衡，而被砼挤破，造成砼流失；

②灌注过程中加强观察和测量，防止砼下降过快导致断桩；

③保证砼充足的供应；

④施工前要根据实际情况有针对性的制定防止灌注过程中断桩的措施。

（3）钻机位置的摆设必须离埋设的钢护筒口有一定安全距离，严禁直接将钻机架在钢护筒上施工冲孔，对冲击钻钻机基座、顶部装置的稳固性检查做到绝不疏漏，要求基座必须有枕木压实，钻机顶端用缆风绳对称栓牢拉紧。

（4）检查钢丝绳的质量，要求优质柔韧、无死弯和断丝。钻头必须设置安全绳，预防一旦钢丝绳断裂钻头无法提起。钻进时起落钻头速度要均匀.

（5）停止作业后应对钢护筒口加围挡设施。

（6）不得过猛或骤然变速，以免碰撞孔壁或护筒，或因提速过快而造成负压引起坍孔。

5 结语

岩溶发育地区桥梁桥桩基础施工，首先要针对每个桩基的地质情况和地质资料仔细研究，每个桩的实际情况具体分析判断，根据其实际情况有针对性的制定抛填片石黄泥、钢护筒跟进、注浆等方案等处理措施，根据现场实际综合措施灵活应用，该桥桩基顺利施工，取得了较好的效果。通过该桥施工，对于类似岩溶地区钻孔桩施工有借鉴推广的作用。

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