岩溶地区桥梁基桩施工工法第五工程有限公司路桥二公司 肖荷香 王宏军 刘修涛 张中强一、前言 武广客运专线5标桥梁工程绝大部分采用钻孔桩基础，桥位大部分地区岩溶比较发育,地质结构复杂,不可预见因素多,由于在岩溶地区进行钻孔桩施工至今尚无非常成熟的方法和经验,施工过程中坍孔、卡钻、埋钻现象极易发生，威胁施工安全、影响工程质量。本工法通过对岩溶地区溶洞分析，结合工程实际，提出了针对各种溶洞不同的处理方法和施工方法，可供岩溶地区桥梁基桩施工参考.该成果已于2007年7月在武广客运专线通过咨询确认。二、工法特点1、岩溶地区桥梁基桩采用本工法施工比较有针对性,可以在施工前做好预案.2、本工法操作简单，容易实现,且对岩溶区基桩的施工具有通用性,便于推广采用。3、可以及时对施工前及施工中出现的溶洞进行处理，有效避免塌孔、卡钻等事故的发生，节约成本，提高效益.三、适用范围1、适用于8001500mm钻孔桩.2、适用于石灰岩蜂窝状岩溶溶洞地层施工。3、适用于武广客运专线5 标桥梁钻孔桩基础施工。四、工艺原理溶洞的分类 根据地质结构和溶洞的情况发育情况,溶洞可分为以下几种类型:1、按溶洞的大小分大溶洞：溶洞高度3m；小溶洞:溶洞高度3m.2、按溶洞填充状态分全填充溶洞:洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状；半填充溶洞：洞内一半左右有填充物,顶部为空腔；无填充溶洞:洞内无填充物即空洞。3、按是否漏水分全漏水溶洞:严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。4、按溶洞垂向个数分单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞.方案选定 根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案,一般选定原则（见表1）。溶洞处理方法 1、注双液浆法注双液浆一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理。目的表1 溶洞处理方案选定原则一览表溶洞高度填充情况处理方案2。5m以下填粘土和片石2.5m6m全填充填粘土块和片石半填充或无填充灌低标号混凝土、压浆6m10m半填充或全填充压双液浆无填充灌砂、压浆10m以上全填充填粘土块和片石半填充或无填充钢护筒跟进溶洞内注双液浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并达到一定的强度（20MPa 以上），防止基桩钻孔施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。加固原理注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100，即1m3体积浆材可得1m3结石体.对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的;对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。工艺(见图1）压浆材料采用P。o32.5R 水泥与化学剂（水玻璃）.施工准备 钻机就位 钻 进 清 孔 拆卸钻杆安放压浆管和浆液制作 压 浆 压浆效果检验浆液配合比选定 钻机选型 续接钻杆 成 孔图1 岩溶区基桩压浆工艺流程图布孔根据桥梁墩台设计基桩布置和地质图显示的溶洞分布，每个墩台布置68 个压浆孔.如果地质勘探孔没有堵塞,施工时可以利用基桩地质勘探钻孔逐桩进行注浆，以便节省钻孔时间和费用。如果地质情况不详,根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。钻孔钻机采用地质钻机。开孔采用108mm岩芯管开孔,钻进分层采样,直至钻入基岩面0.5m以下后，下108mm套管，并嵌入基岩；套管露出地表0。20.5m。用7。5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串出，影响注浆效果。待固结套管水泥初凝后，继续钻进，循环水采用清水。根据取出的岩芯确定岩溶发育特征。洗孔后按要求做注水试验，拧上孔口盖。压浆采用双液压浆系统进行全孔压浆，要求少量多次、反复压浆.双液浆配制时,控制浆液比例,反复试验,掌握浆液的凝固时间，凝固时间太快，不利于注浆施工，凝固时间太慢,浆液流动性大，用量大，不经济。压浆时注浆压力不宜太大，控制在0.51.0MPa范围，具体压力值由现场试验确定。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的单位注浆量、注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高,最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。注浆完后采用钻孔检查，检查孔数为5，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。2、灌砂、压浆法灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，一般适用于610m无填充溶洞的处理。主要通过灌砂填塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。灌砂采用干燥、干净的中粗砂，并进行清筛，防止掺有杂物造成堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行,也可同时进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约45m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管,防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后,进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。3、填充粘土和片石法采用粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理,优点是方便、快捷，节省费用。当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部流失或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1:1 体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部12m.溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击,使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时,应再次回填、冲击，一次不行两次，两次不行三次,反复回填、反复冲击，直至形成泥石护壁不再漏浆为止.采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石等透水层、座落在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止溶洞漏水、钻孔内水头急剧下降而造成坍孔。4、灌注低标号混凝土法对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和片石的方法难以成孔，或者成孔后在灌注水下混凝土时孔壁被压垮，这时可采用灌注低标号混凝土的方法处理。施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶壳发生漏浆时,为节约混凝土灌注量,可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌注低标号混凝土。混凝土灌至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔.5、钢护筒跟进法在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物,漏水严重或与暗河连通时，采取片石粘土回填、灌注混凝土仍然无法成孔时,可采取钢护筒跟进法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工.在垂向溶洞较多、桩长较长时，钢护筒跟进困难，不能一层跟进到底时，可分次钻孔、分级跟进护筒。内护筒内径的确定现场根据基桩穿过大溶洞的数量,确定内护筒级数,每增加一级,内护筒内径增加0.25m，最小一级内护筒直径大于桩径0.2m。为保证内护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用810mm钢板卷制。下沉内护筒时，由大到小,分级逐次下沉进行.先钻大孔，下沉大护筒;再钻小孔,下沉小护筒。如果穿过1层溶洞,就采用1 级内护筒,每增加1层溶洞,就增加1级内护筒。护筒跟进法施工见图2、图3。内护筒长度的确定内护筒长度的确定，护筒长度Lh3（m）（h 为地质超前钻确定的溶洞高度），如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接.护筒刃脚固结处理(见图4）当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙,若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔,留下质量隐患。在施工中采取的方法如图所示.利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土,用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁,反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。图2 钢护筒跟进法施工示意图1图3 钢护筒跟进法施工示意图2 图4内护筒刃脚处理示意图五、施工工艺流程及操作要点钻孔施工工艺流程岩溶地区冲击钻孔施工工艺流程见图5。钻孔施工准备1、根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定钻孔施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。2、备足粘土块、片石和水泥等材料。3、钻孔施工前，测设墩台中心线，按设计图纸正确测定桩孔中心线，并设置护桩。埋设护筒钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用810mm厚钢板卷制焊接成圆形，直径较桩径大约40cm。护筒长依据设计、地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。护筒一般长为1。52。5m.单节钢护筒采用人工挖孔埋设，使筒顶高出地面500mm,护筒底部四周填塞粘土夯实，防止漏浆;护筒埋设好后,护筒中心与设计中心偏差不得超过50mm，倾斜度不得大于1.多节钢护筒第一段人工埋入,钻孔达到一定深度后，焊接第二节，在护筒顶放置护帽,利用钻头将钢护筒冲击入土,然后冲孔，再焊接第三节护筒，如此循环，直至达到需要深度。钻孔钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心。冲击钻孔一般采用钻头冲击造浆。冲击造浆时，在护筒内投入优质粘土块和不大于150mm片石并注水，用钻头把粘土冲击成粘稠状泥浆，存放在泥浆池内备用.取样测试泥浆各项指标，泥浆的性能指标（见表2)。开孔时用小冲程钻孔，低锤轻打，同时加入小于15cm的片石,反复冲击24 次,挤密护筒底部周围土层，确保钻孔开孔圆顺，防止坍孔。钻进至护筒底23m 后加大冲程,主绳放长量为35cm。同时加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断表2 泥浆性能指标表序号测定项目指标范围备注1 比重1。11.4 清孔后需符合规范要求2 黏度一般地层1622s，松散易坍地层1928s 3 含沙率新制泥浆不大于4% 4 胶体率不小于95 5 pH 值6.5 图5 岩溶地区冲击钻孔施工工艺流程是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为12cm，防止击穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。漏水严重时，