复杂岩溶地区钻孔桩施工技术及故障预防处理措施

　　摘　要:针对复杂岩溶地区桥梁钻孔桩基础施工中因地质因素复杂所带来的施工困难,总结以往施工经验的同时，结合汝郴高速赤石特大桥钻孔桩的施工，指出了可能出现施工故障的岩溶地质特性，并提出了相应的施工处理方法和施工注意事项。

　　关键词:岩溶地层，钻孔桩基础，施工方案，常见施工故障，预防处理措施

　　Drill ing pole constructing technique and

　　disposal measure of preventing trouble in karst district

　　LI Jing-wei

　　Abstract : Aiming at the constructing difficulty caused by complicated geological element in bridge drilling pole foundation construction of karst district . Combined with the large bridge at Chi-shi in RU Chen expressway , it points out karst geological characteristic of possibly appearing constructing trouble and puts forward relevant constructing disposal method and constructing announcements.

　　Key words : karst stratum , drilling pole foundation , constructing scheme , common constructing trouble , preventing disposal measure

　　1  工程概况

　　1.1  设计概况

　　赤石特大桥位于宜章县赤石镇下欧村渔溪村之间的河流阶地及河漫滩上,主墩区位于河流及冲击区，主跨为165m+3×380m+165m四塔斜拉桥，为目前世界第一高墩多塔斜拉大桥。全桥共四个主墩，其中5#墩基础采用扩大嵌岩基础，6、7号墩基础采用2.8m及部分3.1m钻孔桩，桩底位于完整基岩上。

　　1.2  地质条件

　　据地质勘探报告表明桥址地质情况十分复杂，土层分为：种植土、粘土、卵石、漂石、块石、泥灰岩、灰岩、碳质灰岩、钙质灰岩、钙质页岩、及断层角砾岩，岩溶十分发育。

　　2  施工特点与技术难点

　　2.1  施工特点及技术难点

　　2.1.1  地质复杂

　　岩溶十分发育，岩溶发育形态以溶蚀、裂隙、溶沟、溶槽为主，溶洞次之；岩溶填充物松散，或无填充，且在雨季地下水位反复变化，易塌孔、跨孔、偏孔,造成成孔困难。

　　2.1.2  钻孔深度深，孔径大

　　钻孔深度从护筒顶面起算最深达102m；孔径2.8m及部分3.1m钻孔桩。冲击钻钻孔深度达到80m左右时，正循环清孔清不出钻渣，进尺异常缓慢。进尺异常缓慢易导致钢丝绳磨损和疲劳破断而掉钻。掉钻后长时间停钻易引起塌孔。终孔后清孔周期长，易引起孔壁泥皮变厚，影响桩周摩擦力。变厚的泥皮在钢筋笼下放过程中也容易被刮下掉至孔底引起孔底沉渣超标。

　　2.2  关键技术问题

　　针对本桥主塔钻孔桩的施工特点和技术难点，施工技术重点研究以下四个方面：

　　2.2.1  如何确保钻孔桩在具有多层岩溶地区的地质条件下不塌孔而顺利成孔。

　　2.2.2如何确保成孔的垂直度（不弯孔、斜孔，避免探头石）和顺直度（不扩孔和缩孔）。如何避免因弯孔、斜孔和探头石而引起卡钻、掉钻等事故。

　　2.2.3  如何提高冲击钻循环清孔的出渣效果。

　　2.2.4  如何确保拔球成功，在规定时间内顺利的完成混凝土灌注

　　3  钻孔施工

　　在钻孔桩施工中钻机是最主要的设备，钻机的选择对工期目标及成孔质量有着直接的关系，考虑到回旋钻机在穿越卵砾石层、大倾角岩面、裂隙、溶洞、石芽，十分困难；且一旦出现漏浆，塌孔钻机拆除缓慢，极易埋钻及卡钻。在地质条件好岩层较平的情况下可以使用。而采用冲击钻成孔具有设备简单、操作方便、动力消耗小、维修方便等特点，一旦出现塌孔或漏浆，可快速的将钻头提出，方便回填黄土及片石，针对本桥址岩石倾角发育，溶洞多易塌孔漏浆的特点，施工中全部采用正循环冲击钻成孔、气举反循环清孔的施工方案。

　　3.1  护筒埋设及开孔

　　3.1.1开孔钢护筒埋设采用栽桩法，护筒直径大于钻孔桩设计桩径40cm。测量放样后，机械开挖，人工修整基槽，开挖到设计深度(视首节钢护筒长度定)后，用吊机或钻机吊钢护筒入槽，施工时护筒顶面高出地面或岛面为0.3～0.5m，并高出水面一般1.0m。基坑挖好后恢复桩中心点，调整钢护筒中心与垂直度，其中心偏差小于2.0cm, 护筒垂直度均控制在5‰以内。钢护筒定位后，在护筒四周分层回填粘土，分层厚度不大于50cm并每层夯实。

　　3.1.2开孔前向孔内注水，并投放黄色优质粘土开孔造浆。开钻前期即钢护筒底及以下3.0m内，可在粘土中添加适量粒径不大于15cm的片石，用0.5～1.0m的低冲程反复冲砸，使泥膏、片石挤入孔壁形成护壁。

　　3.2  卵石土层钻进

　　3.2.1在卵石土层内正常钻进时，冲程控制在2～4m，必要时可向孔内投入黄色优质粘土混合块石进行回填冲钻，确保孔壁稳定。覆盖层钻进时底层软弱交替出现进尺较快钻头容易出现偏位，应每班检查钻头偏位情况，及时纠偏；另外覆盖层钻进时进尺较快，出渣量大，泥浆比重较大，应及时掏渣调浆，泥浆比重过大时钻头难以转动，容易形成梅花钻，比重过小时返渣速度缓慢;塌孔回填成孔冲程控制在1m~1.5m之间，沙卵石底层冲程控制在2~3m，且应根据不同底层选择不同的泥浆比重。一般来说：卵石层泥浆密度控制在1.3~1.5之间，风化岩泥浆密度控制在1.2~1.4之间，回填层泥浆密度控制在1.3~1.5之间。

　　3.3  基岩钻进内护筒施工

　　3.3.1进入基岩面时，要控制小冲程并要求回填反复冲钻，防止斜面基岩而导致斜孔或钻头摆动导致局部塌孔，必要时可投入片石或浇注砼进行冲击，进入基岩后可采用大冲程钻进。在此过程中仍然要每班检查钻头偏位情况。

　　3.3.2每个孔位均应绘制地质剖面图，挂在钻机上，以便根据钻孔地质资料，结合钻孔进尺情况对不良地质进行预警，组织机械设备及劳动力、备用原材，在将进入岩溶、溶沟(缝)顶2.0m时，需改用1～1.5m的小冲程进行钻进。

　　3.3.3钻孔作业应分班连续进行，选择责任心较强技术熟练的人员作为机长，做好帮带工作，如实填写钻孔施工记录，应勤检查钻机、钻头、钢丝绳等，使其处于良好的工作状态。勤测量泥浆指标，发理问题及时处理。

　　3.3.4钻进过程中技术人员要随时结合钻孔快报做好不良地质预警工作，对黏土片石混凝土土原材备料做好检查工作，日常检查工作包含：孔中心偏位检查、钻头直径检查、钢丝绳检查、泥浆指标检查、取样及钻孔记录检查、临边防护检查。

　　3.3.5根据钻孔桩施工记录对照地质勘测资料，在钻孔深度距离溶洞2m时采用50t履带吊及BIJF160型振拔锤下内护筒，防止钻孔至溶洞时由于漏浆造成塌孔。内护筒直径大于设计桩径20cm，内护筒底部座落于基岩上，内护筒顶部焊接悬挂到外护筒（开孔护筒）上。内护筒长度根据溶洞距离地面的高度确定。内护筒长度L = h -2m( h 为地质补勘确定的溶洞距外护筒顶口高度)。

　　3.4 　岩溶地层钻孔施工

　　3.4.1 小规模及充填溶洞的处理

　　1) 抛填土石。当遇有小规模及充填半充填溶洞或岩溶沟槽时,一般采用抛填片石和黏土的方法处理。抛填以土石混合物为主,宜先将片石和黏土以7∶3 的比例(重量比) 混合,然后使用机械投入内,利用土石混合物将溶洞填充,使土石顶面高出溶洞顶板一定高度(根据不同的情况确定,一般为2 m～6 m) 后,重新冲击成孔。抛入的土石混合物中,可适当掺入部分碎石,也可适量掺入部分水泥,可以达到更好的造孔效果。2) 灌注水下混凝土填充。当遇有发育较深的溶、溶槽时,往往由于沟槽宽度不足而使土石分离,片石在沟槽顶面,而黏土及泥浆随水流带走或因钻头冲击而沿沟槽流失,无法钻进施工。此时应采用灌注水下混凝土的方法将岩溶沟槽进行填充,阻断因岩溶沟槽而引起的桩孔内外水流交换。

　　3.4.2 规模较大的无填充溶洞的处理

　　当溶洞规模较大且为无填充空洞,采用抛填土石或灌注混凝土较为困难,此时应采用内护筒穿过溶洞的施工方案,如图1 所示。

　　施工要点包括以下方面:

　　1) 钢护筒选择。内护筒长度L = h + 3 m( h 为地质补勘确定的溶洞高度) ,内径应大于桩径10 cm。

　　2) 内护筒沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤,在顶部厚度范围上下慢放轻提,若冲锤不明显受阻,则说明顶部已成孔且圆滑垂直,此时用钢丝绳活扣绑住内护筒,用吊机(或桩机自身) 把内护筒放入外护筒内至孔底。3) 内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理,步骤如下:a. 在内护筒底部及顶部1. 0 m 范围内回填砂、碎石,中部回填中砂。b. 用高压喷射注浆法(旋喷法) 对回填体进行注浆处理,注浆后内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结,固结强度要求达到30 MPa ,其抗渗系数可达10 - 7 m/ s ,注浆处理后即可重新冲孔。

　　3.5终孔、钢筋笼施工及二次清孔

　　3.5.1终孔开始调整泥浆的性能，采用泥浆分离器降低含砂率，并投适量的CMC提高泥浆的粘度和胶体率，将比重调至1.12以下，含砂率降到1%以下。

　　3.5.2主墩钢筋笼重量为28～45t，采用长线台座法制作，分节运至现场，再在孔位逐节安装。二次清孔均采用气举反循环法。为减小清孔后混凝土灌注前的间隔时间，减少混凝土灌注前孔底的沉渣，保证孔底质量，单独采用一套直径为φ220mm吸泥管进行清孔。清孔完成后分长节（每节12m）拆除吸泥管，拆除第一节后即可开始混凝土灌注。

　　4 　常见施工故障的预防处理措施

　　4.1 漏浆坍孔

　　4.1.1钻孔时,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,保持桩孔内水头压力;2) 保持桩孔内水压力后,向桩孔内抛填黏土和片石混合物,经小冲程反复冲砸后,形成新的造孔壁;3) 当钢护筒底部漏浆后,可继续下沉钢护筒,并用黏土封闭护筒周围缝隙,防止地表水继续渗入,然后向孔内填掷黏土块和碎石(填筑高度以高出钢护筒底1 m 为宜) ,再用小冲程反复冲砸,达到加固钢护筒底部孔壁与堵漏的目的;4) 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,然后采用加大抛填量或灌注混凝土等措施进行封堵。

　　4.2 卡钻脱锤

　　在岩溶发育段施工时要采用小冲程冲击钻进以减少或消除“探头石”,冲遇溶洞底板或基岩面时采用小冲程慢速冲击钻进,并向孔内抛入片石等材料以减少锤头歪斜量,防止钻孔倾斜;还要保证泥浆质量,保证护孔壁稳定,防止孔壁石块掉入内孔。

　　4.3 埋钻

　　4.3.1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。

　　4.3.2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。

　　4.4 漏混凝土

　　4.4.1对高度比较小的溶洞,在按照上述方法形成孔壁封闭环后,再次抛入黏土和片石混合物,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跟进至溶洞底,在确保钢护筒与溶洞的下层坚质围岩密接后,继续钻孔至设计标高。

　　4.5 偏孔

　　因岩面倾斜、呈现台阶或基岩溶蚀程度不均,极易造成偏孔。因此,钻进由土层进入基岩或钻至溶洞底板时,需调整钻机冲程,改用小冲程钻进,并抛填土石混合物或灌注水下混凝土,人为创造水平基岩界面,方便成孔。

　　5 　结语

　　该桥主墩钻孔桩施工具有直径大、超长、地质复杂等特点，针对这些特点，合理制定方案，过程中加强监控、采集数据、综合分析，总结出一套关键技术成果，主要有以下几点：1) 岩溶地区钻孔桩基施工,由于地质情况复杂,施工难度较大,技术含量高,施工前需逐桩进行地质勘察,施工中要做好施工记录并绘制地质剖面图,它是制定施工方案、指导施工的关键步骤。2) 岩溶抛填土石、水下混凝土和沉入钢护筒,是岩溶地区钻孔桩施工经济、有效的方法。采用该方法处理的桩基施工均保证了工程的安全、质量和工期,并取得较好的经济效益。3) 岩__________溶地区钻孔桩施工故障较多,通过预防及处理措施的实施,可有效控制施工故障的发生频次、防止损失扩大、加快施工进度，是保证岩溶地区桩基顺利施工的有效手段。

　　参考文献:

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　　[4] 中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JGJ041-2000