岩溶区桥梁桩基人工挖孔桩和钻(冲)成孔桩施工工艺

马力辉

摘要：随着经济建设的发展，岩溶区的工程建设项目愈来愈多。因此而引发的岩溶工程地质问题诸如岩溶地基的稳定性、岩溶渗漏、岩溶塌陷等越来越受到人们的关注。随着桩基施工技术研究的不断深入，岩溶区桥梁桩基的施工技术及处治方法的研究也日益重要。本文在野外地质勘察的基础上，运用最新的岩溶地质基础理论，对岩溶区桥梁桩基施工及桩基施工过程人工挖孔桩和钻(冲)成孔桩施工工艺中遇到的问题进行了的研究。
关键词：岩溶区；桥梁桩基；施工工艺
岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质现象。长期以来，在岩溶地区的各项工程建设中，场地内的各种岩溶形态，岩溶地下水及其它不良地质作用等都是影响地基稳定，工程质量和安全使用的主要因素，也是使用过程中的主要隐患。基桩穿越溶洞时的施工是岩溶地区桩基施工的难点与关键，相当多的工程在穿越溶洞施工时遇到各种各样的困难，若事先准备不足或应对方案不合理，则可能导致施工困难，甚至无法完成。有些桩基施工尽管勉强完成，但成桩质量存在缺陷，导致补桩的情形也时有发生，甚至还出现大批桩基不合格，全部报废，桥位移位等严重事故。因此，基桩施工在穿越溶洞时要特别小心，事先应有详细的施工组织设计和技术交底。下面针对施工中多采用的人工挖孔桩和钻(冲)成孔桩这两种施工工艺分别叙述其在穿越溶洞时的施工。
1人工挖孔桩在穿越溶洞时的施工
岩溶区场地一般富水性强，若岩溶地下水为承压水，当人工挖孔桩挖穿溶洞会突然涌水，轻则导致施工停顿，重则可能导致施工人员死亡。当岩溶区场地内地下水位较高时，岩溶水易与地面径流、湖、塘水连通，大量抽水，导致地面大范围沉降或是无法降低孔内水位，使施工难以进行下去。
1.1采用钢套筒护壁穿越
在人工挖孔桩施工接近溶洞顶板时，根据施工钻探探明的溶洞在桩孔范围内的空间分布，按照溶洞高度制作钢套筒，将钢套筒锤击冲破溶洞顶板，使套筒下端进入溶洞底板基岩，再人工挖除套筒内的溶洞充填物，直至设计标高。这种处理方法在穿越采空区的人工挖孔桩的施工中采用过，应用于岩溶区时须谨慎，因为采空区空间分布一般较岩溶简单，采空区高度也较容易确定；而岩溶的空间形态复杂，不易全部掌握，由此导致钢套筒长度较难确定，且当溶洞顶板或底板倾斜过大时，这种处理方案也易失效。
1.2高压帷幕注浆法止水穿越
桩孔因涌水或由于抽水，导致附近大面积地面沉降及建筑物沉降等，而无法继续施工，为清除孔内涌水，堵住向桩孔涌水的通道，可采用高压帷幕注浆堵水工艺。（1）己挖桩孔涌水的封堵，可采取如下步骤:①在己挖桩孔底部用导管水下灌注C25砼，形成大于o.5m厚的止水垫；②在止水垫砼达到2/3强度时，用Φ114mm孔口管固定在止水垫中；③用Φ75mm钻具在孔口管内向下钻进至第一注浆段；④用带有对盘的钻杆下入孔内并与孔口管上的对盘连接、密封、固定后进行高压注浆。（2)未挖桩孔的注桨堵水在未挖桩孔周围布置的孔位上，先用Φ130mm钻具钻进3.0m，放入上端带有对盘的中130Inln钻具钻进3.0m孔深，再下入上端带有对盘的Φ114mm孔口管，孔口管周围用水泥浆封闭，待水泥浆凝固后，改用Φ75mm钻具在孔口管内向下分段钻进、注浆。在实际工程中应用此方法时，必须先做试验，取得合理施工参数后再大范围展开。注浆效果检查与对比主要有以下3个方面:①桩孔涌水量及成桩率变化；②岩溶裂隙被水泥浆充填胶结，地基强度变化情况；③对附近环境的影响。
1.3异型板或斜管节支挡穿越
当基桩穿越较大溶洞的尖灭处时，可采用钢筋混凝土异型板或斜管节进行支挡处理，即将异型板或斜管节封堵溶洞尖灭处，防止混凝土进入溶洞而出现大量流失，但此时尚需考虑异型板的受力，其详细构造及配筋计算可参见文献进行。
2冲(钻)成孔桩在穿越溶洞时的施工
冲(钻)成孔法施工在穿越溶洞前，应根据地质资料显示的溶洞大小，准备好黄泥包、片石及充足泥浆以便发现漏浆时能及时有效地处理。当冲孔到溶洞位置时，一旦发现孔内泥浆液面下降，立即用大片石和泥包回填桩孔，并从储浆池向孔内补浆，直到孔内泥浆面稳定后再继续冲孔，溶洞位置要反复回填，反复冲孔，以使黄泥、片石能封堵溶洞，防止漏浆及浇注混凝土时混凝土流失。若溶洞规模较大，可采用C20混凝土或水泥砂浆封堵(加速凝剂)。封堵时向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0m处，上部回填粘土并注入冲洗液至孔口，待混凝土初凝后继续钻进。
在岩溶地层中钻进应注意下列事项:(1)冲击钻头操作要平稳，尽可能少碰撞孔壁；(2)选用圆形钻头钻进，冲程宜小不宜大，加大钻头重量，悬距不宜过大；(3)遇裂隙漏失时，可投入粘土，冲击数次后，再边投粘土边冲击，直至穿过裂隙；(4)遇溶洞时，应减小冲程和悬距，慢慢穿过，必要时可边冲边向孔内投放小片石或碎石，以冲挤到溶洞充填物中作骨架，稳定充填物；(5)遇无充填物的小溶洞时，如果施工需要，可投入粘土加石块，形成人造孔壁；(6)遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块，将孔底填平，用十字形钻头小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，逐渐增大冲程和冲击频率，形成一定深度的桩孔后，再进行正常冲击。
3其它常遇问题的处理
3.1坍孔
钢护筒过短，没有穿透砂砾和卵石层落在不透水层上，当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，砂砾和卵石层失去稳定，形成漏斗状的坍孔。预防坍孔的方法:(l)在地下水可以控制的情况下，可优先考虑人工挖孔桩混凝土护壁，穿过透水层座落在不透水的土层上，这种方法预防坍孔非常有效。如练屋中桥和横石水大桥，采用了人工挖孔桩混凝土护壁，并且座落在亚粘土层，即使溶洞漏水很厉害，在回填片石和粘上反复冲击反复漏水的情况下，仍未出现坍孔现象，有的在孔外有坍塌也未造成孔口坍塌；(2)采用冲击钻冲孔施工时，可将钢护筒座落在不透水的土层上，再继续冲击成孔也可避免坍孔；(3)发现漏浆应及时补水，及时抛片石和粘土以防止坍孔。坍孔的处理办法:(1)当成孔深度不大时，可全孔回填粘土和片石，在暂停一段时间后，再深埋钢护筒至不透水层方可重新钻孔；(2)当成孔深度较大时，可将钢护筒一直座落在坍孔的喇叭口下缘的不透水层上，护筒周围回填干粘土，挤实后，再重新钻孔。坍孔后，由于回填土的密实度低于原来土体的密实度，致使桩周摩阻降低，对于摩擦桩应适当增加桩长以满足设计要求。
3.2漏浆
漏浆是岩溶地层钻孔桩施工常见故障之一，主要是由于岩溶裂隙透水、桩孔与溶洞突然贯通，或钢护筒底部漏浆等原因所造成的。其预防措施有:(l)穿透溶洞时，应密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降漏浆，应立即提出钻头，向孔内补充泥浆或注水，保持住孔内水头压力并投入粘土和片石混合物；(2)当岩溶裂隙较大，因透水性强而发生漏浆时，应采取加大泥浆比重，改善泥浆稠度和控制钻进速度等措施进行处理；(3)当钻头击穿顶板进入溶洞时，若能保持桩孔内水压力，可向桩孔内抛填封堵漏浆的混合料，经小冲程反复冲砸后，形成新的造孔壁；(4)当钢护筒底部漏浆后，可继续下沉钢护筒，并用粘土封闭护筒周围缝隙，防止地表水继续渗入，然后向孔内填掷粘土块和碎石，填筑高度以高出钢护筒底lm为宜，最后用小冲程反复冲砸，达到加固钢护筒底部孔壁与堵漏的目的；(5)若不能保持水压力，表明空溶洞较大或其他溶洞连通，此时应先停止钻孔，加大堵漏混合物的抛填，再按钢护筒底部漏浆处理措施进行封堵。
3.3卡钻
使用冲击钻钻孔时，由于钻头的抖动往往会有冲破孔壁，致使孔壁不圆，或形成梅花孔现象；此外，由于钻头磨损未及时补焊，钻孔直径逐渐变小，新钻头或补焊后钻头直径过大，以及在施钻过程中，由于冲程过大，突然击穿溶洞顶板，使钻头旋转不能提钻等均可导致卡钻。预防措施有:(1)及时更换或补焊钻头，并向桩孔中回填片石，在钻进面先用小冲程钻进，然后逐渐加大到正常冲程，转入正常钻孔；(2)在溶洞顶板施钻时应先用小冲程开孔，并注意旋转钻头，溶洞开口后，要及时抛填片石和粘土块填筑，逐渐进入正常钻孔。
3.4埋钻
埋钻是钻孔中常见的而不易处理的故障，主要是由于孔壁塌陷造成的。在岩溶地层钻孔，钻孔穿越的溶洞顶板较薄、埋深较浅时，由于冲程过大，砸击溶洞顶板就可能出现溶洞坍塌，地表下陷，施工不慎便会发生掩埋钻头的情况。预防措施有:(1)发现漏浆应及时提起钻头，向孔内补水注浆，保持水压力，采取相应措施，堵住漏浆；(2)穿越溶洞时应改用小冲程钻进，防止击垮溶洞顶板，并准备好拖拉设施，系好滑车钢丝绳，做好钻机撤离准备。
3.5漏混凝土
钻孔桩基础出现灌注混凝土泄漏的原因通常是由于混凝土的密度大于泥浆的密度。这是由于灌注水下混凝土时孔壁侧压力增大，冲破己形成的片石粘土孔壁封闭环而产生混凝土泄漏。预防措施有:(1)对高度比较小的溶洞，在按照上述方法形成孔壁封闭环后，再次抛入粘土和片石混合物，并超过溶洞顶板底面一定的高度，重新成孔以增加孔壁的厚度和强度；(2)对高度大且无充填物的空溶洞，应采用钢护筒跟进，并把不小于设计桩径的钢护筒要跟进至溶洞底，在确保钢护筒与溶洞的下层坚硬围岩密接后，继续钻孔至设计标高。
3.6孤石处理
冲击成孔过程中，若遇到孤石，可抛填硬度相近的片石或卵石，将钻机稍移向孤石一侧，然后用高冲程冲击，或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。若孤石非常坚硬，也可采用孔内爆破法〔侧。一般可采用孤石表面爆破(简称贴爆)和定向聚能爆破两种方法:遇一般性孤石，将炸药包吊放在孤石表面引爆，震裂孤石，以利钻进；遇坚硬孤石，采用定向聚能爆破的方式，根据孤石的大小及坚硬程度确定用药量，只要药量控制适当，不会影响孔壁及施工平台的安全。
参考文献：
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