复杂岩溶地质钻孔桩施工技术探讨

王秋懿

(中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西西安 710021)

1 工程概况

湘桂铁路扩能改造工程永州至柳州段，其柴田双线特大桥，全长3 648.78 m，设计钻孔桩947根，桩径为125 cm和150 cm，最大桩长93.5 m，为全线最长特大桥，是全线重点控制工程。

桥址所在地区位于广西省桂林高市灵川地段，地层覆盖土较厚，表层及局部卵石层中分布厚0 m～20 m软土，下伏基岩为石灰岩，岩性差异较大，可溶性岩段岩溶强烈发育，溶洞较多，溶洞密集成串且相互串联，同时溶洞形状各异，错落无序，有的溶洞发育规模大，溶洞内充填或半充填含砂、石且漏水或是空腔溶洞;溶洞体高度一般在2 m以上，大者达到30 m溶腔，最大深度87 m，且溶洞分布高度及深度不具备规律性，且有大范围串通，呈多层立体分布。

2 技术难点

在区域基岩发育极不平衡，溶洞极为发育，溶洞数量多，成串珠式溶洞，溶腔大，桩基施工难度大，长桩多，处理耗时、耗力，成桩困难，施工中不可预见情况随时可能发生。经常出现漏浆、偏孔、塌孔、卡钻、掉钻，甚至地面塌陷、钻机倾倒等技术问题;一个溶洞反复漏浆，反复处理，使得工效和进度缓慢，甚至没有进展;并且成孔后的清孔和混凝土浇筑过程中经常出现塌孔、涌水涌泥、漏浆、混凝土超灌、混凝土下沉等技术问题。

3 桩基岩溶整治的原则

1)岩溶桩基整治必须掌握其水文地质特征，必须有详细地质状况记录(包括:溶洞深度、高度、填充物类型)，为制定相应施工方案提供详实依据。

2)根据设计地质钻孔柱状图揭示溶洞位置和形态，及有无填充物和是否漏水对每根桩制定出相应的溶洞处理方案、钻进方式及施工措施。

3)岩溶整治方案要结合于工期和成本进行比较。施工中不断的总结经验数据，完善施工方案，指导施工，并可提出桩基设计优化方案，进行变更处理。

4)桩基施工先根据地质特点，制定钻孔顺序，同墩台坚持先施工长桩后短桩，先易后难的原则，探明溶洞地质分布情况后，确定处理方案，提前准备填充溶洞物资，加快钻孔桩施工进度。

4 溶洞处理措施

针对岩溶发育地区的钻孔桩施工，经常采用抛填片石、黄泥(或混合稻草)挤压，灌注水泥或混凝土、钢护筒跟进、注浆预加固等措施进行钻孔桩施工，但采用哪种方法或哪几种方法综合治理的性价比更高、更有效。首先我们分析钻孔桩施工中会遇到哪些特殊情况，针对各种情况是如何治理的。

4.1 塌孔、漏浆的情况

在岩溶地区钻孔桩施工，最常见的是塌孔、漏浆情况，一种是击穿溶洞后，孔内无填充物或少量填充物时泥浆流失，造成漏浆塌孔;另一种是岩石裂隙漏浆，处理方法因地质和溶洞情况处理不一样，可分为以下几种方法。

4.1.1 钢护筒跟进

钢护筒跟进是防止孔内泥浆流失引起塌孔或地表塌陷的最好方法，但施工成本费用高，投资大，操作要求高。钢护筒跟进深度根据土层深度和溶洞发育情况可分为两种情况:第一种适用于土层地质较差(如卵石土、粉砂类)，覆盖较深，容易塌孔，且基岩内溶洞规模较大层数较少的浅埋溶洞，钢护筒跟进深度不深(一般不超过30 m)，只需跟进至基岩面上或基岩1 m范围内，采用单层钢护筒跟进;第二种是溶洞规模较大、层数较多、溶洞内填充物性能较差的大型溶洞，且深度较深者必须采用双层(或三层)钢护筒才能顺利跟进。

1)单层钢护筒跟进:

a.钻孔前应先安装2 m的孔口定位钢护筒，护筒应比设计桩径大30 cm～40 cm，高出施工地面50 cm，其埋设位置要准确和牢固。然后采用比设计桩径大5 cm～10 cm的钻锤进行开口钻进，随后跟进钢护筒，采用不小于90振动锤将钢护筒压入，钢护筒应大于设计桩径20 cm～30 cm，钢板厚12 mm～15 mm，护筒顶外侧加焊一圈钢板作刃脚(10 cm～15 cm)。单层钢护筒跟进深度不深，一般到18 m～24 m左右钢护筒即可下沉至基岩，钢护筒分段加工，现场跟进时拼接，拼接的垂直度、焊接质量控制较高。

b.护筒下沉到基岩面时，应在钻孔前及钻孔过程中加入适量小片石和黏土块，然后用小冲程(0.5 m～1 m)冲击钻孔，以便加固护筒底脚孔壁，防止斜孔、塌孔、卡锤、漏浆。

2)多层钢护筒跟进:

双层钢护筒跟进法钻孔施工流程如图1所示。

a.钻孔前根据设计地质资料确定钢护筒长度、层数及每层钢护筒的内径，外层钢护筒的内径应比内层钢护筒内径大10 cm～20 cm，最后一层钢护筒内径应比桩径大5 cm～10 cm。

b.钢护筒的厚度及刚度要根据下沉的深度、地质结构、内外压力差和震动或锤打施工条件等确定。

c.首先开孔时先安装孔口钢护筒，护筒应比外层钢护筒大20 cm～30 cm，高出施工地面50 cm，一般埋深2 m，其埋设位置要准确和牢固。然后采用比跟进内层钢护筒大5 cm～10 cm的钻锤进行开口钻进至第一层溶洞顶板时停止，下沉外层钢护筒，改用小冲程钻进，缓慢将溶洞击穿，当冲外层钢护筒跟进下沉至第二层溶洞顶，同样方法击穿溶洞，改下沉内层钢护筒穿过第二层溶洞。

d.钢护筒下沉时容易倾斜，因此钢护筒外侧设置导向钢板，先保证顺直下沉，逐段拼接，待不能自行下落时，再采用振动锤施打。另外当钻孔穿过溶洞顶时，要用小冲程(0.5 m～1 m)反复回填片石冲击，使得成孔圆滑;当内层钢护筒到位后，因与岩面接触不紧密，所以在钢护筒刃脚范围内抛填粘土片石用小冲程进行冲压，堵住溶洞和护筒之间的裂缝。

图1 双层护筒跟进法钻孔施工流程图

4.1.2 回填混合物处理溶洞

回填是处理溶洞较快和较有效的方法，但工效低，需反复冲填，适用于较小溶洞、溶沟、溶槽。回填宜采用片石黏土(增加稻草)、袋装水泥、低标号素混凝土(水下混凝土灌注)等物。

1)回填片石黏土。

岩溶地区进行钻孔时需在桩位附近准备足够的片石、黏土，当孔内发生泥浆流失，下降速度较快时，应及时补充泥浆，提出钻头，及时采取分层按比例回填片石、黏土，直至不漏浆为止，填充物高出溶洞顶1 m～2 m;如果溶洞较大时且溶洞内填充物较好(如粘土类)时，回填片石黏土增加些稻草，小冲程反复冲填挤压密实，有利于护壁，当泥浆不漏失后方可转入正常钻进。

2)回填袋装水泥。

当钻进至溶洞附近时遇到岩石裂隙、溶沟等泥浆渗漏情况，如回填黏土片石当钻至该位置时，又开始渗漏，无法堵漏，最好是回填袋装水泥，可更有效的堵裂隙渗漏，同时可提高泥浆粘度。

3)回填素混凝土。

若遇到溶洞过大，且溶洞内填充物较差或空溶洞时，则先回填碎石、粘土及袋装水泥，用小冲程冲击，将溶洞初步填堵。因回填冲孔后易再次发生塌孔，可采用低标号混凝土进行水下混凝土灌注，混凝土顶面要高出溶洞面1 m左右，待强度达到要求后重新冲击，钻孔可顺利穿过溶洞，快速成孔。

4.2 地表塌陷的处理

钻孔桩位有浅埋溶洞地层、土层较差容易塌陷或存在地面桩位塌陷造成其他结构物隐患的桩孔，需要先对溶洞进行预加固后再进行钻孔。采取注浆加固能较好处理这类问题，但注浆量较难确定，成本较大。因此先对整个墩台桩基进行分析，确定布孔位置和数量，主要对岩溶裂隙和溶洞充填物进行注浆固结，其次是回填空腔溶洞。首先对每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔，进一步对地质情况勘探，探明溶洞的高度及填充物的详细情况，确定每根桩的溶洞处理深度，注浆处理方式:对于溶洞半充填物或充填物松散软塑状，直接注水泥或水泥砂浆;对于洞内无填充物或填充物较少，需在注浆前填充碎石或干砂，然后注浆。

采用间歇注浆方式，循环注浆多次，注浆压力控制在0.5 MPa～1.0 MPa范围，注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，注浆速度控制在15 L/min～20 L/min。

经过注浆预加固处理后的岩溶，成孔方法基本上与普通石质地层成孔方法相同，采用冲击钻冲击的方式成孔。

4.3 桩孔倾斜偏孔处理

在岩溶地区进行钻孔桩施工，经常造成钻孔桩的倾斜偏孔，影响桩的承载能力，或桩基钢筋笼无法正常下落就位，严重的造成卡钻、掉钻等事故。造成偏孔的主要基岩岩面倾斜、岩石软硬不同、桩位岩溶呈半分布状态。防止孔桩倾斜偏孔，要提高警惕，尽早发现，及时整治纠偏，以免造成严重偏孔，主要采取以下措施。

4.3.1 回填处理

1)对于斜岩岩石强度不大和偏孔不严重的钻孔，钻孔时要加强观测，一旦发现钢丝绳偏摆，立即停止冲击，进行抛填岩石坚硬的大块片石，采用小冲程冲击，反复回填片石纠偏。

2)对于溶洞呈半分布的孔桩，且溶洞为空洞或半填充时，采用回填高标号混凝土水下灌注将溶洞填满，待强度上来后，采用低程勤击的方法进行冲击;全填充时，同上采用大块片石反复回填纠偏。

4.3.2 水下爆破纠偏

基岩强度过大和斜岩倾斜角过大的钻孔，采用回填纠偏很难纠正时，采取水下控制爆破，破碎或松动斜岩岩面，再冲击成孔，能快速的纠正偏孔，加快钻孔迅速，可每天进尺3 m～4 m。

1)钻孔:采用小型地质钻机打孔，钻头采用110 mm，先跟管钻进，将套管下到基岩几十厘米深位置，然后用直径较小的钻头在套管内进行钻孔作业，钻孔深度3 m～5 m。

2)装药:采用“间隔”分段装药，将炸药按“间隔”方式分段捆绑在钢筋上，配两个以上电雷管串联方式起爆，通过套管向孔内送入，然后将套管向上拔起1 m左右，装药量以炸碎或炸裂斜岩岩面为限，装药量不能过大，以免冲击力过大造成塌孔。

3)起爆:每个炮孔至少装两发以上雷管，对电雷管要随时检查电阻和对地电阻，雷管要串联方式连接起爆。

4.4 其他特殊情况

岩溶桩基施工，在击穿溶洞时或穿过溶洞区域，极易发生卡钻、掉钻现象。施工中应根据地质资料和锤击的声音变化判断溶洞的位置，当钻孔接近溶洞顶板前，改为小冲程冲孔，或先用小钻头击破顶板，再用标准锤扩孔;其二当击穿溶洞顶后，应回填大块片石将溶洞顶板处反复修圆，防止卡锤。

当遇到卡钻时不能急于求成，要首先分析原因，是落石或塌孔引起埋锤时，可用小冲锤击碎石块和黏土，再用泥浆泵清孔后，提出钻锤;若是由于斜岩卡钻，可采用水下爆破法震松，提出锤头。

当遇到掉锤时，可用锤钩下捞钩住钻锤，清孔后，采用滑轮组进行捞锤，提出钻锤;若不能钩住锤头，请专业潜水员捞锤。

5 结语

岩溶地区钻孔灌注桩施工难度大，风险高，施工中的不可预见因素太多。要根据设计地质资料，拟定相应的技术处理措施，提前做好充分的准备工作，配备各种处理材料和机械，加快施工进度及成本控制。

在柴田双线特大桥施工过程中，我们经常遇到漏浆、地表塌陷、塌孔、偏孔和掉锤等情况，在施工中积累了宝贵的施工经验。岩溶地区桩基施工，决不可墨守成规，采用单一的处理方式方法，以综合治理的方式更为适宜，我们采用过注浆预加固、水下控制爆破处理斜岩纠偏、长护筒跟进、回填黏土、片石加稻草及水下混凝土回填等施工工艺，为桩基施工进展提供了有力的保障，取得了显著的效果，顺利按期完成了桩基工程，有效的控制了成本。

［1］铁建设［2010］241，高速铁路桥涵工程施工技术指南［S］.

［2］刘汉银.斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术［J］.铁道建筑技术，2011(5):91-93.

［3］辛卫军.浅谈岩溶地区的桩基施工［J］.山西建筑，2010，36(8):139-140.