岩溶区铁路桥梁钻孔桩施工控制技术

摘要：以岩溶区某铁路特大桥的钻孔桩施工处理为实例，阐述岩溶地区钻孔灌注桩施工处理的工艺、处理方案，施工方法，为岩溶区铁路钻孔桩施工积累了新的技术经验。

关键词：铁路；岩溶；桥梁；钻孔桩施工

1 工程概况

某铁路特大桥，起讫里程为DK2+097.494～DK5+293.00，全长3.196km。基础为φ1.25m钻孔灌注桩，部分桥梁通过岩溶发育地段，部分桩基穿过溶洞，施工难度较大，为保证钻孔顺利进行，采用冲击钻成孔，护筒跟进的施工方法。

2 钻孔桩施工控制技术

岩溶区铁路桥梁钻孔桩施工见图1，具体施工方法为：

2.1 钻孔前的溶洞处理方法。开钻前，设计单位未逐根钻探的钻孔位置用地质钻机补探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定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，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据。根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。对每种处理方案，都要进行仔细的计算，施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验，取得经验数据，完善施工方案，指导施工。根据岩溶发育程度，拟定六种处理方案。①对于已探明较小封闭型溶洞在钻孔前可用注浆加固法处理。②对于遇到未探明岩隙：发现孔内泥浆面较慢下降时采用优质膨润土配置5%的CMC外加剂并加入锯木灰拌成软塑状，分批投入孔内，再用1-1.5m小冲程进行冲钻，使锯木灰和粘土挤入岩石裂隙，隔断泥浆漏失的通道。③对于遇到未探明的小溶洞：如突然发现孔内泥浆面较快下降，用小片石（直径10～20cm）和粘土，按1：1的比例迅速回填，并用小冲程挤压密实。同时迅速补水，直到泥浆面不再下降。④较大封闭型溶洞：先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵，防止塌孔。一般溶洞洞顶击穿后，桩孔中泥浆会迅速下降，此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥抛入孔中直到泥浆停止下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当挤压，反复抛块石、粘土、水泥，直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止，最后补充满泥浆再重新成孔。⑤对于单级串通型溶洞：采取用12mm厚钢板加工成的双护筒跟进方法解决，大护筒跟进至溶洞顶岩石上，小护筒跟进至溶洞下0.5米，大护筒比设计孔径大0.4米，小护筒比设计孔径大0.2米.大小护筒需用等直径钻头冲孔。⑥对于多级串通型的溶洞：同单级串通型溶洞处理方案类似，只是采用多级护筒跟进方法解决，最内侧小护筒跟进到最下层溶洞底以下0.5m。

2.2 护筒跟进法施工要点。①岩溶地区钻孔桩基础施工工艺与一般地层区别极大，也困难得多。采用冲击成孔工艺，以十字型钻头冲击成孔，泥浆护壁，下沉与冲孔直径相同的钢护筒达基岩面，其作用是防止孔壁坍塌。当进尺接近溶洞顶部2m左右时，要求钻机操作人员改用低冲程（1～1.5m）冲击，以防止击穿溶洞顶板时卡钻，这是岩溶钻孔的特殊性所决定的。②当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔，将小于上述钢护筒直径20cm的钢护筒沉入岩溶层，并随钻孔跟进至稳定性岩面。小钢护筒作用是防止溶洞中填充物涌入钻孔，并为钻孔过程中清碴和终孔后清孔创造较好条件（岩溶地层钻孔时取碴和终孔后取碴清孔时极易塌孔，甚至导致墩位地表发生大塌陷）。最后，冲击钻进至设计标高，清孔、安放钢筋笼、灌注水下混凝土，钢护筒则留在岩溶地层中与水下混凝土结合成为一根“钢护筒混凝土桩”。③跟进的钢护筒底要进行加固处理：用旧钢轨与钢护筒底焊接牢固插打钢护筒。④钢护筒跟进要安装桩帽及桩锤，桩锤用B-3型复打气锤。⑤锤击钢护筒下沉过程中，要严格控制钢护筒的倾斜度和锤击贯入度，中心偏差不得大于5cm，斜度不得大于1%。⑥钻孔内投放的片石及粘土数量要作好记录，钻进资料应齐全完整，并应有岗位负责人签字。⑦钢护筒跟进先利用振动锤打入，然后边冲孔边跟进，直到穿过易坍塌的地层。护筒到位后，当钻头钻至护筒底脚以上0.5m时，投入15cm直径以下块石和优质粘土，在不掏渣的情况下钻至护筒以下0.5m，掏出泥浆，再投入同样数量的块石和粘土，利用钻头的冲击力将块石和粘土造成一个高质量的壳体孔壁，使护筒底脚与孔壁结合紧密。

2.3 岩溶区或溶洞处理后钻进成孔时注意事项。①冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行，一般等待时间为10d左右。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，及时向孔内投放粘土、水泥和片石，依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使得冲钻顺利进行。③加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆，当缺少优质粘土时，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。④当岩面的倾斜较大时，钻头摆动撞击护筒或孔壁，这时，回填片石，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔或采取孔内爆破。⑤接近岩溶地段，采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔，以防卡钻和掉钻。当孔深达到设计要求，检孔合格后，即可进行清孔、下钢筋笼、下导管、混凝土水下灌注等工序。

2.4 孔及清孔。桩深达到设计要求后，还必须检验桩径、垂直度、泥浆厚度等指标，并做好记录，合格后进行清孔换浆。桩径、垂直度采用检孔器检查，检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4-6倍。如发生弯孔、斜孔、缩孔等情况较严重时，应重新钻孔。清孔的目的是降低孔内泥浆比重，减少沉碴厚度。保证混凝土灌注质量，沉碴厚度必须控制在规范或设计要求范围内。清至泥浆比重为1.05左右，测量沉碴厚度，合格后开始下钢筋笼。

2.5 钢筋笼制作安装。按照设计图纸及施工规范要求进行钢筋笼的制作，并在钢筋笼四周对称焊接耳朵或按设计要求设置圆形混凝土垫块，保证钢筋笼的定位并有足够的保护层，并在顶节钢筋笼上焊接至少4根加长钢筋，以固定钢筋笼。钢筋笼的绑扎及焊接工艺，施工中严格按设计要求和施工规范执行。钢筋笼制作完成后，运到现场，利用钻架及时吊放钢筋笼也可移开钻机用吊车放钢筋笼。为保证成孔质量，必须缩短下笼时间，尽可能增大钢筋笼的长度，较长钢筋笼分节制作，每节长度不大于15m，钢筋笼接头采用直螺纹套筒连接，以减少下笼时间。为了防止钢筋笼放置偏心，以及保证混凝土保护层的厚度，每隔2m设一组定位钢筋或绑扎圆形垫块。钢筋笼吊放时按挂牌编号逐节起吊骨架就位。先两点水平起吊，待骨架立直后由上吊点吊入孔内。（5）水下混凝土灌注。混凝土灌注采用下导管水下灌注，导管采用壁厚6mm无缝钢管，底部距孔底30～50cm，导管要有足够的刚度和强度，导管使用前和使用一个时期后应做压水试验，并试验隔水栓能否顺利通过。水密试验时的水压不小于孔内水深的1.3倍压力；压水试验根据施工中可能出现的最大压力确定。导管自下而上作标尺和编号，灌注前还要进行升降试验。混凝土灌注要及时进行，若时间过长须再测沉渣，沉渣厚度超过设计要求需重新清孔。混凝土必须具有良好的和易性，配合比应通过试验确定。为防止水下混凝土在灌注过程时间较长，混凝土凝固而导致重大事故的发生，混凝土中可掺入高效缓凝减水剂以延缓凝结时间，改善混凝土的和易性及节约水泥。混凝土集中搅拌，泵送浇筑。首批混凝土灌注前精确计算首盘混凝土方量，制作足够容积的封底用漏斗，确保封底顺利，确认封底成功后，进行正常浇注。灌注过程严格依照规范进行，随时进行混凝土质量、导管埋置深度等各项检测以保证整个灌注过程的顺利。浇注开始时，要连续有节奏地进行，当导管内混凝土不满时，徐徐地浇注，防止在导管内造成高压气囊，压漏导管。导管底端要始终埋入混凝土面以下2～6m，严禁把导管提出混凝土面。混凝土浇筑过程中注意观察钢筋笼是否上浮，否则采取加固措施。在浇注将近结束时，导管内混凝土柱高度相对减少，导管内混凝土压力降低，而导管外井孔的泥浆稠度增加、比重增大。若出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，减少泥浆比重，使浇注工作顺利进行。灌注结束后，用测绳准确测出桩顶的混凝土面标高，并按规范要求考虑超灌余量。

3 结束语

采用上述施工方法，顺利安全地完成了该铁路桥梁岩溶区钻孔桩的施工，对桩的完整性采用超声波无破损法检测、静载抗压试验、全长钻孔取样试验等检测，均满足规定要求，表明采用的施工控制技术是成功的，可供同类工程施工参考。

参考文献

[1]孙爱军，赵英爽.客运专线铁路岩溶地区钻孔桩施工技术[J].铁道标准设计.2008（10）.

[2]张治中.岩溶地区桥梁基础设计与施工措施[J].铁道标准设计.2008（05）.

[3]刘金良，谢军，李岩.复杂岩溶地区超长深桩成孔技术研究[J].铁道标准设计.2008（04）.

作者简介：温怀理（1986，10-），男，助理工程师，主要从事路基、桥梁施工技术管理。