1、岩溶发育地区钻孔桩施工技术和成本控制分析摘 要: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，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，甚至威胁邻近建筑物、构造物及本桥梁工程安全。本人在施工过程中，通过多次采用不同办法施工，总结出在保证施工安全、质量的前提下，成本最低的经验，针对特大型溶洞（溶洞高度大于 10 米）处理有效方案和成本控制分析，具有较强的实用性和价值，供参考。 关键词:岩溶地区；桩基施工；溶洞处理办法；成本控制分析 中图分类号： TU74 文献标识码： A 一、工程概况 本工程为桥梁工程，位于四会市大沙镇境内，桥址小里
2、程侧桥接四会站大桥，中部为跨青岐涌、在建江肇高速公路、三茂铁路，桥址在大里程测与青岐涌 2#特大桥相接。根据勘探资料，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：1、第四系人工填土层（Q4ml） ；2、第四系冲洪积层(Q4al+pl)；3、燕山期花岗岩 52、石炭系下统（CI）灰岩及第三系（EN）砂岩、粉砂岩。岩溶地质钻孔常见的施工方法有：岩溶注浆、片石粘土回填、填充砂、钢护筒跟进以及钻孔中随情况变化采取相应的措施。 二、施工处理的工艺 岩溶注浆 （1）测量放线 根据设计图纸和超前钻探资料在地表放出注浆孔孔位，并用木桩做好孔位标识。 （2）钻孔 针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔，针对硬土层和破碎
3、岩层采用风动潜孔锤冲击钻进。钻孔过程中采用泥浆循环护壁成孔，成孔后须立即清孔。对已探明的溶洞根据其大小以线路中线附近钻孔为中心按 2.02.0 的平面间距布置向外加密钻孔。 （3）泥浆配置 护壁泥浆采用膨润土干粉造浆，配置好的泥浆储存在泥浆罐内。配置泥浆性能指标如下表所示： 表 4.1-1 泥浆性能指标表 （4）浇注套壳料 在孔内用套壳料填充，以防止注浆过程中返浆；注浆管顶部加上闷盖，以防止杂物和钻孔过程中的泥浆流入注浆管。 配置好的套壳料应有以下特性： 适宜的力学特性。 收缩性要好，凝固后不和袖阀管脱开。 脆性较高，以增加开环后的破碎程度。 （5）安设注浆管 根据注浆要求，在溶洞顶板以上的部
4、位用实管，在溶洞内使用花管，注浆管底部加下闷盖； 将实管和花管根据要求连接后，沿钻孔下到洞底 0.20.3m。 止浆系统由皮碗式止浆塞、花管、宝塔头和管堵组成，止浆塞必须采用双塞系统，而且一套塞子只能包含一环灌浆孔。 （6）水泥浆浆液配置 根据预配置浆液的体积，按水灰比计算出所需的水泥和水的用量； 在搅拌机内加入计算好的用水量（应提前标好画线） ，边搅拌边加入计算好的水泥用量，搅拌均匀后倒入储浆桶内备用。 （7）灌浆 待套壳料养护 23d 后进行开环。开环时注水进行试验，以检查注浆管路是否正常和判断地层的吸浆能力等，并防止堵管；灌浆量采用流量计进行计量。 开环时应注意以下情况： 套壳未破坏壳未
5、破坏壳未破坏前，泵压随时间而增大，流量则始终为零； 套壳破坏后，泵压骤降。这种情况下，即便开环压力较大，也不会给受灌浆地层带来危害； 继续施加泵压时，流量与压力的关系接近无套壳时地层的吸浆情况，因此在较小的压力下，就能产生较大的注入量。 外侧孔注浆采用双液注浆泵进行注浆作业。 注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长 0.3 m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆； 在芯管拔出长度大于一节管长时，停注拆取该节芯管及接头，将接头接在未拔出的芯管上继续注浆，以此下去，直至完成注浆带； 注浆过程中如需暂停注浆时，必须先将水泥浆管拿出放入清水桶中
6、，并同时将注浆芯管提升 0.4m，向孔内注清水后再停止注浆，这样既保持管路畅通，又保证注浆不受注水影响。 每次注浆完成后，及时用清水将注浆管冲洗干净，管顶盖上闷盖。注浆过程中作好注浆工作记录表，注浆孔的注浆工作情况及注浆工序作业时间。注浆过程中随时分析和改进注浆作业；并且认真记录实际孔位、孔深、孔内地下物、涌水等，当与地质报告不符时，应采取补救措施。 （8）注浆顺序 注浆顺序采取由外到内约束-开放型方式，即先注溶洞最外侧后注内侧，隔孔交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。 其中边排孔限制注浆量，中排孔则灌至注浆压力后稳压 10min 为止。当孔内注浆量已达到设计值但注浆压力仍无明显上升时
7、，停注单液浆，改注水泥浆+水玻璃双液浆。 三、各种方案成本分析 1、钢护筒+片石、粘土、水泥 桩长 40 米，桩径为 1.25 米的桩，桩顶至岩层面为 25 米，单层溶洞高度为 10 米，如果溶洞四周串通，按回填片石、粘土形成堆积坡度1：1，第一条桩需要回填量为 1247 m3 10*10*10*3.14*1/3=1047+200（估算 200 m3 形成泥浆） ； 单层溶洞高度为 12 米, 第一条桩需要回填量为 2209 m3 12*12*12*3.14*1/3=3533+400（估算 500 m3 形成泥浆） ；单层溶洞高度为 15 米, 第一条桩需要回填量为 4233 m3 15*15
8、*15*3.14*1/3=3533+700（估算 500 m3 形成泥浆） ；如果四周不串通方量会减少，同一个承台其它桩回填方量和砼方量会减少。 （表 1）钢护筒+片石、粘土+水泥单层溶洞高度不同成本分析 说明：以上估算只是包括原材料成本价，没有包含机械台班费、人工费、水电等。 2、钢护筒+砂+水泥砂浆 桩长 40 米，桩径为 1.25 米的桩，单层溶洞高度为 10 米的桩，桩顶至岩层面为 25 米；单层溶洞高度为 12 米的桩，桩顶至岩层面为 23 米；单层溶洞高度为 15 米的桩，桩顶至岩层面为 20 米；单层溶洞高度为 20米的桩，桩顶至岩层面为 15 米.假设溶洞四周串通；首先将干砂压
9、进孔内，达到固定的压力，停止灌砂，按灌砂形成坡度 1：1.3（经实验测得不含水的砂自然堆积坡度） ，单层溶洞高度为 10 米第一条桩需要回填砂量为 1769 m3 10*（10*1.3）*（10*1.3）*3.14*1/3=1769 ；单层溶洞高度为 12 米, 第一条桩需要回填量为 3056 m3 12*（12*1.3）*（12*1.3）*3.14*1/3=3056 ； 单层溶洞高度为 15 米, 第一条桩需要回填砂量为 5970 m3 15*（15*1.3）*（15*1.3）*3.14*1/3=5970 ； 溶洞高度为 10 米注水泥浆按 100m3 估算，溶洞高度为 12 米按 250m
10、3 估算，溶洞高度为 15 米按 500m3 估算，溶洞高度为 20 米按 800m3 估算（按 1：1 水泥砂，一立方水泥浆水泥用量为 0.8T,砂为 0.5 m3 ） 。如果四周不串通方量会大大减少；同一个承台其它桩回填方量和砼方量会减少。 （表 2）钢护筒+砂+水泥砂浆单层溶洞高度不同成本分析 说明：以上估算只是包括原材料成本价，没有包含机械台班费、人工费、水电费等. 3、内外钢护筒跟进 桩长 40 米，桩径为 1.25 米的桩，单层溶洞高度为 10 米的桩，桩顶至岩层面为 25 米；单层溶洞高度为 12 米的桩，桩顶至岩层面为 23 米；单层溶洞高度为 15 米的桩，桩顶至岩层面为 2
11、0 米；单层溶洞高度为 20米的桩，桩顶至岩层面为 15 米. 采用分为双层钢护筒跟进，先采用外层钢护筒比桩径大 40cm，跟进到岩面，再采用内层钢护筒比桩径大 20cm，跟进到溶洞底部；冲穿溶洞时，如果出现大漏浆，需要抛填片石、粘土挤实后再冲进，溶洞高度为 7 米的桩按 100 m3 估算；溶洞高度为 10 米的桩按 300 m3 估算；溶洞高度为 15 米的桩按 800 m3 估算；溶洞高度为20 米的桩按 2000 m3 估算。 （表 3）内外钢护筒跟进单层溶洞高度不同成本分析表 说明：以上估算只是包括原材料成本价，没有包含机械台班费、人工费、水电费等。 （表 4）三种方案基本合价对比
12、四、总结 从以上数据和实践工程实例说明，对于溶洞高度小于 10 米的桩，三种办法第一条桩成本价相当，但对于同一个承台（群桩）总成本控制，外护筒加片石、粘土方案更优；对于溶洞高度大于 12 的桩应该采用内外外护筒跟进更加可靠、安全、经济。对于高风险点的桩基施工，为了确保安全、工期，外护筒加砂或注浆方案更可靠。 参考文献： （1）建筑桩基技术规范 JGJ94-2008。 （2）铁路桥梁钻孔桩施工技术指南 TZ322-2010。 （3）客运专线铁路桥涵工程施工技术指南 TZ213-2005 （4）高速铁路轨道工程施工质量验收标准 TB10754-2010。 （5）高速铁路桥涵工程施工技术指南铁建设2010241 号。
