溶洞多发地超长钻孔灌注桩施工

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［摘要］由于城市桥梁工程的迅速发展，桩基础施工的深度也越来越大，很多甚至超100M，而且施工地质条件恶劣，如岩溶地区，对质量影响极为重大。本文结合东风大桥在岩溶地区超长桩施工的工艺的不断优化和完善，采取相应措施，克服了客观条件的不利影响，具有较好的推广价值。

［关键词］ 超长；钻孔灌注桩；岩溶地区；施工

Abstract] Because of the rapid development of city bridge engineering, pile foundation construction depth is more and more big, many even exceeds 100M, and the construction of geological conditions, such as karst area, have great influence on the quality of. Continuous optimization and improvement of this combination of Dongfeng Bridge in karst area super-long pile construction process, to take corresponding measures, and overcomes the influence of objective condition, has better promotion value.

(key words) long; bored pile; karst area; construction

中图分类号：U443.15+4 文献标识码：A 文章编号：

Karst area of super-long bored pile construction technology

LiYing

Guangzhou municipal construction engineering machinery limited company，Guangzhou huanshidonglu No. 336510060]

【Abstract】Because of the rapid development of city bridge engineering, pile foundation construction depth is also growing, many even over 100M, but construction geological conditions, such as karst area, have great influence on the quality of. This combination of Dongfeng Bridge in karst areas of super-long pile construction process of continuous optimization and improvement, to take corresponding measures, overcome the adverse effects of objective conditions, has better promotion value.

【Key word】Super long, bored pile ,in karst area,construction

前言

我国大量桥梁工程的迅速发展，桥梁基础要求的设计承载力越来越高，超长、超深（L>50m且L／D>50）的桩基础的应用越来越普遍，而桥梁桩基础施工中，遇到溶洞的情况并不少见，作为地下隐蔽工程，给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成严重质量事故，甚至威胁桥梁运营安全。因而，在岩溶十分发达的地区施工超长桩基础，施工措施的应用得当尤为重要。

目前的桩基础施工控制的方法很多，而常用的控制方法通常是对某一个环节进行重点的监控，如溶洞的处理、长桩的垂直度控制、机具的选用、混凝土质量的控制、泥浆成浆的控制等，但对超长桩在岩溶地区的施工工艺整个过程的优化和完善的研究较少，通过工程实例研究试验，我们对超长桩基础应用于岩溶地区施工，形成一个经济、工艺相对简单的施工方法。

工程概况

东风大桥位于花都港上游约700米处，地处广花盆地的北部，属中山及低山丘陵区。河道两岸为阶地冲积物，地形起伏不大，地面平坦，高程2.10～5.20米，（国家85高程系统）。两岸均为土质边坡。河谷成对称的“U”字型，侵蚀作用几乎停止，面堆积作用显著，属中～老年期河谷，场地地形总体开阔低平，微地貌单元为冲积平原，属侵蚀堆积地貌。大桥南部0～5号墩及13～20号墩特别发育，岩溶钻进时速度快，钻进时有声响，易漏水。洞高不等，最大的溶沟高达68m。岩溶大部分处于半充填或充填状态，少量无充填，充填物为流塑～软塑状的亚粘土、亚砂土，因而施工时更容易发生桩基础施工的塌孔、偏孔等各类问题，以下就桩基础整个施工过程的关键技术控制进行介绍，以供参考。

关键施工技术

溶洞多发地处理工艺

溶洞多发地的注浆加固

对于较大的无填充物的溶洞，在有准确的地质资料的情况下，可事先对溶洞超前注浆。超前钻孔完成后，立即在钻孔内下注浆塑料管至洞底；并用纯水泥浆封堵，待封闭浆凝固后，在塑料套管(1节长33cm)中插入双向密封注浆芯管，开启注浆泵进行注浆，根据渗透半径和空洞大小控制注浆量；当注浆量达到设计量时，上拔注浆管，直至结束；注浆结束后，清洗注浆设备，防止残留浆液凝固，堵塞管路。注浆主要技术参数如下：

注浆压力：0.1～0.2MPa

注浆流量：8-10L/min

浆液配比(重量比)：水泥∶粉煤灰∶水=1∶0.6∶1

封堵料配比(重量比)：水泥∶粘土∶水=1∶1.5∶1.88

对有充填物的土、溶洞进行高压劈裂注浆；无充填物的进行灌填注浆，并在洞顶布置透气管。

待塑料注浆管全部安放完毕后，开始注入高压水泥浆，按照注浆流量和控制压力为0.3~0.4MPa，利用浆液的流动性，在压力作用下，充满空洞及裂隙。

观察透气孔返浆情况，便可基本掌握洞内充填情况是否满足要求。若土溶洞体积较大，考虑到浆液固结密实，则可利用塑料管进行多次注浆，以保证洞内完全被水泥浆液所充填。

片石粘土筑壁

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，可采有片石加粘土（按1:1体积比）回填冲击，使其形成泥石护壁。同时采用优质泥浆，当缺少优质粘土时，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆胶体率和悬浮能力，其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4，锯末按黄土体积的10%掺入。反复多次回填片石粘土，反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆为止。粘土片石筑壁法施工时，钢护简必须穿透砂砾及卵石层等透水层，座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。在地下水容易控制的地质情况下，也可以采取人工挖孔砼护壁的方法施工，并且要穿透透水层，座落在亚粘土层上。

套管钢护筒跟进

溶洞较大，洞内无充填物或流塑充填物，漏水很严重，采取片石加粘土反复打密，仍然无法形成泥石护壁的，可采取钢护筒跟进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其震动下沉至已钻成的孔内，用以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。

施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。一般钻头外径和钢护筒内径空隙控制在3 ~ 5cm，保证冲击钻在护筒内顺利提升或下冲为度。在井口用20#槽钢焊一个井字架，两槽钢间的距离大于钢护筒外径10mm左右。在距孔口4 ~ 5m的位置 设一个导向用的环形钢筋，内径也是大于钢护筒外径10mm左右，锚固在护壁上，钢护筒沿这两个定向装置下滑（图一）。

图一

上下钢护筒拼接时，用2台经纬仪（或2人持垂球）在两个垂直方向看护筒边缘均在竖直线上，护筒是竖直的。拼好的钢护筒沿导向装置下滑。保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为8 ~ 10mm为宜。 由于钢护筒外缘与人工挖桩砼护壁或冲击钻的孔壁还有一定的间隙，桩顶在水平力作用下可能产生一定的水平位移，因此在孔口浇注厚30cm的砼封盖，在封盖上钢护筒和井壁间预留2个孔，一个孔用作注浆，一个孔留作排气。用灰浆泵将水泥浆压入护筒与护壁间的孔隙中，将灌注桩与井壁连在一起。

成孔质量控制工艺

冲程选用

冲孔要视岩石硬度情况确定冲程。冲击行程是冲进施工中的重要参数，在土层中冲进或刚投入粘土、片石等填料时，冲击行程用小值（0.2~0.5m），然后逐渐增大，土层正常行程为 1~2m，进入岩层后，若岩石强度低，如全风化、强风化，冲程可略低（2.5~3m）；反之，如中风化和弱风化，则冲程可略高（4m左右）。对于岩溶地区地层中的大块石、漂石等，宜采用高锤猛击或高低冲程交替冲击，务必将大石块捣碎挤入孔壁，并通过粘稠的泥浆)和钻渣将孔壁石缝堵严，避免孔壁漏水，防止发生斜孔、坍孔事故。根据冲进过程中实际土层情况控制进尺快慢，具体详见下表：

确定稳定基岩的要点

岩溶地区嵌岩桩设计对基岩厚度有明确要求，这是为了避免桩基处于溶洞顶面，造成意外。为确保桩基位于稳定基岩上，“逐桩钻探”钻探深度必须大于设计桩长。在整个冲进施工过程中，必须严格管理，加强观察，尤其是在最后几米的冲进过程中，一旦发现进尺有异常，必须联系地质设计代表，探明情况方可进行下一步施工。

确定桩基的施工次序

在溶洞较为发达的地区灌注桩施工，尤其要注意按先深后浅的顺序进行施工，溶洞往往具有联通性强的特点，这时需要特别注意桩基的施工次序，同一墩位应先施工较深的桩基础，再施工较浅的桩基础，以免造成串浆、坍孔。

垂直度控制

冲机就位前，对各项准备工作进行检查。冲机用钢网架作机座，要使台座和顶端平稳，在冲进和运行中不产生位移和沉陷。并用水平尺检查将冲机调成水平状态，用垂球校验冲绳垂直度，冲绳对准设计中心，并试转数圈。如若在转进和运行中产生位移或沉陷，应找出原因，及时处理。

冲进过程中，经常检查成孔情况，每进尺1-2M要检查一次成孔的垂直度情况，如发现偏斜应立即停止冲抓。用测锤检测孔深及冲绳的倾斜度，还应注意钻渣捞取判明冲进实际地质情况，并记入记录表中，并与地质剖面图核对，发现不符时应会知甲方和设计人采取对策，保证成孔正常顺利进行。

钢护筒的垂直度控制得当是整个桩体垂直度控制的一个基本条件，在打设钢护筒时，特别在第一节施工时，利用先前介绍的导向装置进行预控和初控，筒体就位后利用两个垂直方向的测量仪跟踪整个施打过程中的监控活动，及时进行调整。

终孔和清孔控制

施工时密切注意土层和岩层变化，当孔深达到设计标高，但地层承载力仍未达到设计要求时，则仍继续冲进，并同时会知甲方、监理和设计人员，变更该孔终孔标高，终孔后经验收合格再用换浆法进行泵吸反循环清孔施工，即冲孔完成后，通过砂石泵的抽吸作用，在导管内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底，将冲锤冲击的冲渣带进导管内腔，再经过砂石泵排至地面沉淀池内；沉淀冲渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环。

因为桩孔较深，孔底压力较大而且沉渣量多，远离导管口附近的沉渣不容易被吸进泵内，为更好地发挥砂石泵的抽吸作用，最大限度地减少清孔时间，防止孔内坍蹋，在清孔过程中在孔内插入三条清洗管，利用离心泵在孔底向靠近孔壁的位置进行泵送低压流体，加速相对较为静止的沉渣流向吸渣口，达到快速清孔的目的。（图四）清孔后注意保持水头，以防孔内坍蹋。

钢筋骨架制作与安装工艺

由于桩长的影响，钢筋笼的制作安装如果按照以往用焊接的方法进行接驳，势必耗费较长的时间，存在较大的坍塌危险。因此，在按施工的实际桩长来决定钢筋的下料，依桩的长短来确定分段制作的长度后，主力钢筋接头均采用机械接头，即滚扎直螺纹接头，声测管采用螺纹套筒连接以满足现场操作简便、速度快、质量好的要求。

混凝土灌注工艺

采用导管法进行水下混凝土的灌注

本工程超长桩达到90m，所以导管耐压受力较大，而且桩超长后，导管及管内含混凝土本身自重也增加，为此，专门设计加工了导管，将导管管壁从一般8mm增加到10mm，并相应加长螺丝接口。本工程导管用直径320mm的钢管，壁厚10mm，每节长2.0～2.5m，配1～2节长1～1.5m短管，由管端粗丝扣、法兰螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水，加焊三角形加劲板避免提升导管时法兰盘挂在钢筋笼上，同时加强法兰盘与导管的连接刚度。导管使用前，应进行接长密闭试验。下导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管（图三）。

混凝土灌注期间时用桩架吊放拆卸导管。

水密试验时的水压应不小于井孔内水深1.3倍的压力；进行承压试验时的水压不应小于导管壁可能承受的最大内压力Pmax（厂家提供），从而确定相应的导管壁厚。按下式计算：

Pmax≥1.3(γchcmax-γwHw)

式中：Pmax—导管可能承受的最大内压力，kPa；

γc—混凝土容重（用24kN/m3），kN/m3；

Hcmax—导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长，m；

γw—钻孔内水或泥浆容重，泥浆容重大于12kN/m3时不宜灌注水下混凝土kN/m3；

Hw—钻孔内水和泥浆深度，m。

混凝土的配比选用

水下混凝土坍落度以18～22cm为宜，并有很好的和易性，保证坍落度降低至18cm的时间不少于10小时。水下混凝土采用商品混凝土，根据工程桩基础的施工需要，选用H-FDN-300超缓凝剂（配比为水泥：砂：石：水：外加剂：粉煤灰=1：2.18：3.00：0.57：0.02：0.22），其特点是能延缓凝结时间、减小混凝土坍落度损失、明显改善混凝土的工作性、同时显著改善混耐久性。使用1-2台混凝土输送泵运输混凝土，混凝土经导管直接送到灌注水下混凝土导管顶部的漏斗中。

结束语

本文介绍了超长桩基础在岩溶地区的施工关键技术，在工程实例中应用并得到了较好的效果。而在沿海地区的桩基础施工，特别是海上作业，面对的自然环境更加恶劣，这是超长桩基础发展的趋势，也只有这样，才能使桩基础工程的施工工艺变得更加成熟，造福社会。我们希望通过研究，积累一定的经验，为以后同类型的桩基础施工有一个借鉴的作用，也同时想出更好的施工工法进行施工，解决本工法的一些不足。

参考文献：

JGJ94-2008建筑桩基技术规范 北京：中国建筑工业出版社2008

徐维钧 桩基施工手册 北京：人民交通出版社2007

史佩东 桩基工程手册 北京：人民交通出版社2008

刘金砺 高文生 邱明兵 建筑桩基技术规范应用手册 北京：中国建筑工业出版社2010

作者：李瑛，男，1979年9月出生，工程师，工作单位：广州市市政工程机械施工有限公司