1、岩溶发育地区桥梁钻孔桩施工小结摘 要 : 结合厦深铁路尧典特大桥桩基础施工中的溶洞处理经验，总结如何解决岩溶发育地区桥梁桩基施工困难，保证施工进度和施工质量、减少施工成本。 关键词:尧典特大桥钻孔桩 溶洞处理塌孔处理 中图分类号： U443.15 文献标识码： A 1 概述 厦深铁路广东段尧典特大桥均位于广东省惠东县境内，根据地质勘察都存在岩溶不良地质现象。尧典特大桥全长 1699m，该桥岩溶分部广泛。根据地质勘察，岩溶发育强度属中等发育，主要岩溶形态为容隙、中小型溶洞及串珠状溶洞等。岩溶发育可使周围作为基础持力层的岩土体强度及稳定性大为降低，引起基础失效乃至上部结构破坏，土颗粒亦随地下水搬运
2、而流失，形成土洞，当土洞发育至一定规模时，在机械振动和真空吸蚀作用下，容易引发地面塌陷。由于这种地质构造的特殊性，在钻孔过程中很容易出现塌孔、卡钻、地面沉陷等意外情况，在灌注过程中混凝土流失大、混凝土面突然下降导致导管悬空出现断桩等。因此在施工前，必须根据地质钻探揭示的地质情况，制定安全可靠的施工方案；施工过程中应根据所掌握的准确的地质情况随时修订施工方案，防止各类质量安全事故的发生。 岩溶地区钻孔桩一般采用冲击钻成孔，施工过程中应根据岩溶发育程度及溶洞填充情况选择适宜的溶洞处理方法，以确保工程质量。 溶洞处理通常有如下 3 种方案、 (1)岩溶注浆预处理。在钻孔桩施工前，对溶洞进行注浆填充处
3、理。 (2)回填造壁法。采用黏土掺片石回填，打密挤实造壁。 (3)套内护筒法。先采用大钻头钻进，大护筒跟进，至溶洞顶板后采用与设计桩径对应的钻头钻进，采用配套的较小直径的护筒跟进至溶洞底对溶洞进行防护。 套内护筒法施工成本较巨大，施工难度也较大，且未必达到预期效果，因此我部决定采用注浆预处理与回填造壁法相结合，且取得了较好的效果。 2 施工准备 2.1 编制施工方案 根据设计图纸编制施工方案并做好预防措施，同时做好技术交底交底内容主要包括溶洞的标高、大小、形状、填充情况，以及对击穿顶板、岩面倾斜、探头石处理等应采取的措施和操作要领，让每个机手做到心中有数，提前做好预防措施。 2.2 现场材料准
4、备 在钻孔桩施工之前，必须准备充足的溶洞处理材料，包括水泥、片石、碎石、黏土、钢护筒等。另外需要准备好泥浆泵，以防漏浆时向孔内注浆，防止塌孔。 为保证钻机不因塌孔、扩孔、地面沉陷等因素而倾斜，钻机纵、横向支撑应加长，超出预计的塌孔范围，特别是钻机前端的横向支撑不得小于 15m，一般采用钢管（壁厚 10mm 以上，管径 400mm 左右）作为支撑梁。 钻孔施工前，应结合现场实际情况决定钻孔顺序。同一基础的桩基按照有利于及时封闭溶洞，隔断通道的原则进行组织，先施工外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩基施工，先安排长桩施工的顺序进行。 3 溶洞处理 结合现场实际情况，针对溶洞处理我们
5、采取了注浆预处理与回填造壁法相结合的施工方法。钻孔前采取注浆预处理，在钻孔过程中针对漏浆严重现象采取回填造壁的施工措施。 3.1 注浆预处理 3.1.1 设计要求 根据设计要求，桩底顶板 3 倍桩径深度范围内的溶洞需要充分压浆，将溶洞完全填充、充满、桩底及桩身范围内注浆加固约 7 天后，再进行桩基施工。 3.1.2 钻探工艺 （1）根据地质情况选择合适的工程地质钻机，每根桩钻 14 个地质钻探孔作为注浆孔，注浆孔布置在一般在钻孔桩中心及桩侧四周一定范围内，当钻探发现地质异常时，尚需增加注浆孔。 （2）是设备选定 钻机机械 钻机型号见表 1，满足注浆孔的大小、深度、地质情况要求。 表 1 钻机机
6、械 序号 钻机型号 钻进深度 /m 开孔直径/mm 终孔直径/mm 钻杆直径/mm 柴油机功率/kW 1 XY-1 100 110 91 42 10 2 XY-1A 150 110 91 42 13 注浆机械 注浆型号见表 2，具有泵体抗腐蚀材料，压力大，流量大，体积小，重量轻，搬运方便的特性，满足注浆工艺要求。 表 2 注浆泵选用类型 序号 注浆泵型号 排除压力/MPa 排浆量（L.min-1） 出口直径/mm 吸口直径/mm 电机功率/kW 1 JH-5 01.5 100 32 42 5.5 （3）设备就位：注浆孔位确定后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工
7、具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长，一般为10100m，以免压力损失。 （4）钻机钻进：将钻杆对准所标孔位，用 108mm 岩芯管开孔钻进，保证开孔直径不小于 110mm。开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜。每一节钻杆完成后进行取芯、取样后方可继续钻进。 （5）下套管：钻至基岩 0.51.0m 后，下入 108mm 套管，并嵌入基岩；套管出露地表 0.20.5m。用 75 号水泥砂浆固结套管，并将孔口套管四周捣实封闭，防止浆液从套管周围冒出，影响注浆效果。 （6）基岩钻进：待固结套管水泥初凝后，继续钻进。孔内一般采用清水循环钻进，终孔前用清水冲
8、洗，直至返清。钻至溶洞充填物改用干钻并取样鉴定，钻进时注意岩溶空洞会出现掉钻具的危险，同时量测空洞的深度、大小，描述充填物的情况，记录要详细。 （7）终孔：根据设计要求确定孔深钻至桩底顶板 3 倍桩径深度，请监理工程师验孔后，拧上孔口盖，准备注浆。 3.1.3 注浆工艺 （1）注浆前准备：备足 42.5 级普通硅酸盐水泥和模数 2.43.0 的水玻璃以及注浆管材等，并做好小样配比试验。根据设计图及注浆孔岩溶发育程度，做好浆液配比用料。检查搅拌机、注浆泵等运转情况，注浆孔孔口盖换上混合器（法兰盘） ，对管路进行试压、检查管路、接头的链接、密封质量，搅拌浆液不少于 5min，且制成浆液停留时间不超
9、过4h。 （2）配置浆液：水泥浆液水灰比控制在 0.8:11:1，若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用没回水泥液或双液注浆。 若要增加凝固速度，可在浓水玻璃种加水稀释，边加水边搅拌。施工中采用的水玻璃波美度为 3843。 （3）注浆：选择注浆机及相应注浆设备。先稀后浓，依吸浆情况逐步加浓浆液。注浆压力应在 0.10.3MPa， ，岩土届附近逐步加大至0.30.5MPa，最大不应超过 1.5MPa。 连续注浆不升压，吸浆量不减少时，采用提高浆液浓度或双液注浆措施。双液注浆时采用水泥浆与水玻璃体积之比 1:0.51:0.4,总量综合配比
10、控制在 1:0.2。 在遇到岩溶空洞或岩溶极发育时，根据其深度在浆液中掺粉煤灰、灌中粗砂等措施。 有岩溶发育但吸浆量少或不进浆时，先采用高压清水洗孔或钻机清孔后疏通岩溶裂隙通道，再注浆。 （4）注浆结束：单孔注浆结束除遵循规范、符合设计意图外，综合以下条件可结束注浆。 压力控制标准：在正常压力下进浆量不大时，逐渐加压，当压力为 500MPa，进浆量小于 4L/min，持续稳定 20min。 地质条件控制标准：清孔确定浆液已至溶洞下限，达到处理效果时。 注浆范围控制标准：冒浆点超过有效范围，工艺控制无效时。 特殊条件控制标准：当压力不高，珠江量不变，地表出现异常，影响地表环境时。 （5）注浆结束
11、后，由监理工程师检查确认终孔条件。将注浆孔填实封闭，留下标记备查。最后清理场地，去除污染。 施工过程中根据地质条件的变化及特殊情况，在满足设计的情况下及时做好施工方法的调整和处理，确保工程质量。 3.1.4 注浆检查效果 (1)抽芯检查.在桥桩已注浆孔的附近钻一实验孔抽芯,根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。 （2）注水试验。往取芯的孔中用注浆机注水，也可另钻孔用注浆机注水，当压力上升到一个稳定值，进水量明显减少时，可停止注水；然后每 510min 补注水二次至三次，再观察压力表的情况，若水压没有明显的漏水现象，以此来判断注浆效果，对不合格点要补充注浆。 3.2 回填造壁法 对于一些溶槽、溶
12、沟、裂隙、溶蚀明显的蜂窝状灰岩碎块、全填充溶洞，该类溶洞当冲锤穿过覆盖层或顶板时，钻孔内会出现一些漏浆，在及时补浆的同时提起冲锤，抛填片石和黏土以及泥质强风化岩等，待孔内泥浆面基本稳定后，恢复冲孔；减小钻机冲程（一般冲程为 12m，每分钟 68 下；遇溶洞时冲程可改为 1m 以下，冲击频率适当减小） ，利用钻头冲击将其挤入溶洞及裂隙中，完成护壁和成孔工作。 3.2.1 填料的选择 填料直接关系到造壁后孔壁的稳定性，选择好的填料在溶洞处理中将会事半功倍。因此在填料的选择上要做多项选择对比：黏土掺片石、黏土掺水泥加片石、混凝土、砂浆、泥质强风化岩。最初考虑到成本的问题采用了黏土加片石的方法，效果不
13、是很理想，漏浆现象反反复复，而且还经常出现卡锤现象。针对这种状况我部经过仔细研究决定改变施工方法 ，采取回填泥质强风化岩，该岩遇水即溶，隔水后又重新板结的特性，重新造出的孔壁泌水性良好，可以有效防止溶洞漏浆。同时避免了抛填片石加黏土造成卡钻、掉钻现象。但是采取这样的做好成本相对较大，所以在施工过程中根据岩溶发育程度采取不同的措施，主要以抛填片石加黏土为主，对于较难处理、漏浆反反复复的的孔采取抛填泥质强风化岩。 3.2.2 回填方式 溶洞击穿漏浆后，应立即回填并补浆，回填高度应根据溶洞的大小来确定，一般为回填至泥浆不再流失后再回填 510m，钻头小行程打密挤实。如漏浆现象反反复复，则可在回填打密
14、时，反复回填挤密，使溶洞能更好填充。 3.2.3 时间上的掌控 如一个溶洞经多次回填后仍无法通过，则可先将钻机调走施工其他墩位或暂时停止钻进，孔位回填满，待其溶洞回填物稳定后重新钻进。如尧典特大桥 6 号墩的 4 号桩施工了一个多月，仍然无法成孔，漏浆反反复复，后来该桩停止钻进半个月后，重新钻进时仅用了 10d 时间即成孔，同时混凝土流失也较少，溶洞充填质量较好。 3.2.4 及时发现 一般情况下，钻机钻进过程中，钻机操作手无法看见孔内情况，溶洞漏浆时很难及时发现并处理。针对这种情况，可在孔口加一浮标，浮标高度以钻机操作手能看见为宜，同时浮标可采用绳线悬挂在钻机上，溶洞出现漏浆时，钻机操作手能
15、及时发现，同时浮标也不会随泥浆下沉。4 岩溶地区钻孔桩施工塌孔处理 塌孔是主要由于漏浆严重，补水来不及造成的。采用护筒跟进技术可有效防止塌孔事故，但由于投入费用较多，并非所有情况都适用，因此一般情况下主要预防措施是保持泥浆浓度和水头高度、采用中小冲程钻进、钻机和钻架安装稳定可靠。 根据孔壁稳定原理护筒内设置一定高度的超高水头，以构成对孔壁的附加静水压力，这种静水压力连同孔壁的圆环作用，方能对水中的孔壁起到稳定作用。一般超高水头保持 2m2.5m 可以较好地满足护壁需要。当孔壁局部坍塌，孔内水头无明显损失时，向孔内抛粘土，加大泥浆比重，下沉内护筒进行处理。另外溶洞内压力大导致充填物多次冲入桩孔内
16、部。此类情况应采用砼封堵或加大钢护筒跟进措施。 当遇溶洞、溶穴、溶槽，孔内水头突然损失造成塌孔时，如是小面积塌陷，且护筒无移位，除下沉内护筒外，可及时分层抛入片石、粘土块、袋装水泥、片石等，以填充和堵塞溶洞，回填至内护筒底部以上23m，然后采用中小冲程重新钻进。溶洞发育严重时，如连通特大型溶洞或连通地下河溶洞，上述处治措施均不能有效处理好，即使多次回填片石粘土等也不能成功组织漏浆；或者护筒变形，有较大横向位移，无法纠偏时，可拔出钢护筒，用粘土回填，并采用内护筒跟进穿过溶洞。内护筒跟进时应先采用孔径大于 25cm 的大钻头冲击到岩层，然后下放比孔径大 20cm 的长护筒到底，再换用正常钻头钻进。
17、这样施工主要目的是防止在施工中继续漏浆造成土层再次塌孔。这种方法关键之处在于护筒的位置放样必须准确。 塌孔常引起钻机倾翻：主要原因是由于桩位处的地面强度弱，当孔内发生局部塌壁，引起地面塌陷，造成钻机倾翻。预防措施可在有溶洞发育的桩位处，在钻机位置横向垫放 68 片 12m 长的 320 工字钢，并在钻机滚筒下密铺枕木，扩大钻机与地面的接触面积，减少孔口处的局部压力。 5 结束语 岩溶地区钻孔桩施工，应根据不同的岩溶类型以及岩溶发育程度采取相应的措施，以加快施工进度，保证成桩质量。在尧典特大桥施工过程中采取了以下三项施工控制措施，在现有的施工设备条件下，基本解决了岩溶地区钻孔桩施工的溶洞处理问题。 (1)施工前做好施工预案及过程控制交底，确保顺利成孔。预先编制溶洞处理方案且交底到操作层面， 。并随施工的深入开展，随时修订技术措施，确保发生异常情况能及时处理。 （2）认真核查地质，做好终孔条件判断。由于岩溶发育的无规律性，可预见性差，设计钻探资料也难以完全真实的反应实际地质情况，因此加强地质复核十分重要，保证柱桩嵌岩深度。 （3）加强现场管理，并形成制度。确保漏浆等特殊情况能得到及时处理。 参考文献 1 中铁第四勘察设计院设计的尧典特大桥 2 铁道部经规院发布的客运专线铁路桥梁工程施工技术指南（TZ213-2005） 3 鲁胜利。浅谈旋流分离技术在桥梁桩基清孔中的应用
