新建铁路岩溶非常发育地段钻孔施工技术

吴晓红，常淑清

(1.唐山学院土木工程系，河北唐山 063000;2.中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162)

新建铁路岩溶非常发育地段钻孔施工技术

吴晓红1，常淑清2

(1.唐山学院土木工程系，河北唐山 063000;2.中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162)

介绍了新建铁路某特大桥岩溶非常发育地段桩基钻孔技术。施工中采取了岩溶注浆或填注细石混凝土、钢护筒跟进、片石加黏土回填等相关综合钻孔技术措施，从而使本桥钻孔施工顺利完成，保证了全桥的整体施工进度。

岩溶 钻孔 注浆 钢护筒

1 工程概况

某特大桥通过地区的地质情况复杂，地表以剥蚀为主，部分地段基岩裸露;出露基岩为古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，岩性为石灰岩、页岩、砂岩、泥岩、泥质砂岩等;奥陶系、寒武系石灰岩局部岩溶较发育，个别地段十分发育，岩石表面沿裂隙发育有溶沟、溶槽，溶隙和溶洞绝大多数为全充填和半填充。岩溶发育地段从上向下地质情况一般依次是粉质黏土、砾砂、粗砂、砾砂、黏土、砂类土、石灰岩、泥灰岩、石灰岩等，溶洞以较大溶洞为主，呈串珠状发育地下洞穴，有岩溶水水流。岩溶十分发育地段桥梁基础采用钻孔灌注桩，桩径为1.2 m或1.5 m，桩长为50～80 m，桥墩大部分为流线型墩，一般架设32 m简支梁。由于岩溶发育，此段钻孔桩设计桩长较长，长桩达80多m，一般桩长>50 m。该区域岩溶十分发育，很多溶洞呈串珠状贯通，钻孔施工过程中容易漏浆、卡钻，施工难度非常大。受溶洞影响，钻孔桩设计入岩深度较大，很多入岩深度>50 m，入岩底部的岩石硬度较大，强度大都为1 500 kPa，能够满足此地质条件的施工机械选择比较单一，一般采用冲击钻。

溶洞上覆盖粗砂层和砂类土层，且地下水位高，冲击钻孔难度大。由于岩溶十分发育，半填充和无填充的溶洞较多，冲击钻孔过程中，易造成坍孔、埋钻、掉钻、地面塌陷等问题，成孔难度大。

2 岩溶发育地段成孔施工

2.1 成孔工艺流程

岩溶发育地段成孔工艺流程见图1。

图1 岩溶发育地段成孔工艺流程

2.2 施工工艺及方法

2.2.1 施工准备

由于在强发育岩溶地段进行钻孔桩施工难度很大，应挑选有岩溶地区施工经验的人员，详细研究地质状况，调试配置适合岩溶区段的专用泥浆，采用膨润土护壁，并提高泥浆相对密度，最好先慢慢试钻，积累施工经验。

2.2.2 逐孔补充勘查地质状况

岩溶强发育地段，每个钻孔桩孔位处的溶洞情况也不尽相同。在没有勘探的孔位进行每个孔位钻探，查清楚每个孔位的详细地质情况，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，并画出每根桩的地质柱状图列表，为制订相应施工方案提供详实依据。对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测密度、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据。采用每个孔位处地质勘探取芯钻孔后对后面钻孔桩冲击成孔也有很大的帮助，因为遇到1 500 kPa硬岩即使采用冲击钻施工速度也是非常慢的，如果孔位处提前钻小孔后破坏了岩石的整体性，可以提高成孔的速度。

2.2.3 注浆或填注低强度等级细石混凝土

根据每个孔位的地质情况，对每个孔位处的溶洞进行预处理。对于较大的串珠溶洞，如果溶洞为填充型的，采用注浆对溶质进行加固，如果溶洞是无填充型的，采取填注低强度等级细石混凝土，以防止钻孔过程中突然漏浆造成坍孔。对溶洞加固的顺序为从上往下进行，可以采用间歇式施工。对较小的溶洞可以不采取预处理措施，只要在冲击钻孔过程中采用抛填片石黏土即可。

2.2.4 冲击钻孔钢护筒跟进到位

1)跟进钢护筒长度<8 m时，钢护筒壁厚采用8 mm;钢护筒长度为8～20 m以内的，钢护筒壁厚采用12 mm;钢护筒长度>20 m的，钢护筒壁厚采用20 mm。

2)采用预埋100 t沉拔桩机辅助下沉比桩径大40 cm的钢护筒，每节长度4～6 m。

3)遇到砂层或岩层，钢护筒无法下沉时，要采用冲击钻钻进，护筒跟进，钢护筒焊接接长，采用双面满焊。

4)护筒要跟进至基岩，钢护筒入岩深度不小于0.8 m。

2.2.5 注浆加固钢护筒底部砂类土层

采用注浆方法将溶洞顶板处的粗砂或砂类土进行固结，范围为钢护筒周边3 m范围。采用注浆泵注浆，注浆压力控制在0.5～1.0 MPa范围，注浆速度15～20 L/min，注浆参数或采取现场试验确定，最小渗透直径保证3.0 m，以保证溶洞顶板处土体形成固结体及将钢护筒周边进行固化使其形成统一的固结体，从而防止击穿溶洞顶盖，造成坍孔、地面塌陷等问题。注浆必须遵循先外后内的原则，即先注外围孔，最后注里面的孔，里面孔注浆压力须适当调高，而且所有的孔注浆压力需要逐步提高，最后封孔。

2.2.6 冲击钻孔

1)冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行。

2)为防止意外，冲孔前应有备用措施，备好材料，一旦泥浆泄露，及时向孔内投放黏土、水泥和片石，依靠冲挤在溶洞内形成片石夹黏土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使得冲钻顺利进行。

3)当钻至溶洞顶在1.0～1.5 m范围内变换为低冲程密打或变换钻头，逐渐将洞顶击穿，以防卡掉钻。

4)加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆，当缺少优质黏土时，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆胶体率和悬浮能力，其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4，锯末可按黄土体积的10%掺入。

5)当岩面的倾斜较大时，钻头摆动撞击护筒或孔壁时，要及时回填比岩层还要坚硬的片石，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。

2.2.7 抛填片石黏土处理小溶洞

抛填片石黏土是处理溶洞最常用也比较有效的方法，小溶洞采用这个方法，大型串珠溶洞经过注浆或填注细石素混凝土后，在钻进过程中也要作为一个补充措施合理应用。

片石尺寸不宜过大，宜控制在10～15 cm左右，黏土宜做成直径15 cm左右的泥球，而且还要备足水源。在钻进过程中，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水，并及时将钻头提起，防止埋钻或卡钻。同时迅速向孔内投放片石黏土，冲砸固壁，并反复操作，直至当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。

3 结语

在岩溶十分发育地段本工程一开始钻孔时，经常遇到钻孔漏浆、卡钻、掉钻、埋钻、坍孔、地面塌陷、钻机倒塌等问题而影响施工进度，施工进展十分缓慢，钻一个孔有时几个月都无法成孔。后采取了岩溶注浆或填注细石混凝土、钢护筒跟进、片石加黏土回填等综合钻孔技术措施，从而提高了成孔质量和速度，也保证了全桥整体施工的顺利进行，说明了本文介绍的岩溶非常发育地段钻孔技术是可行的。此法为今后在岩溶发育地区钻孔桩施工积累了一些宝贵经验。

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U455.49

B

1003-1995(2011)02-0058-02

2010-10-20;

2010-11-20

吴晓红(1976—)，女，山东临清人，讲师，硕士研究生。

(责任审编 王红)