老屋杨特大桥斜岩多层岩溶桩基施工技术

邹代峰

(中铁十八局集团 第六工程有限公司，天津 300222)

老屋杨特大桥全长1 517．76 m，桥跨结构为46 ～32 m 的后张法预应力简支箱梁。桥台采用12 根Φ1．0 m 钻孔桩，15#～21#、24#～45#桥墩基础采用8 根 Φ1．25 m 钻孔桩，3#～14#、22#～23#桥墩基础采用9根Φ1．0 m 钻孔桩，其余各墩基础采用8 根Φ1．0 m 钻孔桩。本桥20#、21#墩按摩擦桩设计，其余均按柱桩设计，全桥共计398 根桩基，桩长从13 ～62 m。桥址区位于武汉市江夏区境内，属典型的石灰岩地质区域，岩溶发育、丰富、溶洞分布范围广且复杂。

1 工程地质情况

钻探资料中表明，老屋杨特大桥钻孔岩溶可见率达95%以上，溶洞范围广、深度大，存在单层、多层溶洞，最多有9 层之多，大部分桩基为糖葫芦串式溶洞，普通深度为1 ～8 m，最深溶洞达26．3 m，溶洞多数全充填物，少数半充填，充填物多为软-流塑状粘性土，部分夹灰岩碎块。溶洞分布广、同一墩台溶洞间连通性较好，其储水空间较大、岩面溶蚀强烈，岩溶发育程度属强烈发育级别。

2 施工准备

(1)施工前的预案。岩溶地层的岩面及各层溶洞的顶盖和底板高低不平，相差悬殊，溶洞有被充填的，也有空的，施工常常会发生泥浆急剧损失、坍孔、卡钻、埋钻、偏孔等现象。如在施钻过程中措施不力成桩十分困难，为确保钻孔时顺利通过溶洞，桩基施工前要编制溶洞地质专项施工预案，根据钻探提供的地质柱状图，向每位操作手及现场管理人员交底，使其熟悉桩位上溶洞的分布情况、溶洞顶板厚度、溶洞的大小及填充物性质，有针对性的采用相应施工方案。

(2)钻具的选择。因为本桥为岩溶发育区且灰岩厚度厚，所以全部选用冲击钻机。钻进时，冲能控制在2 ～6 t·m 之间。因为冲能过小对孔壁裂隙和孔壁周边的溶洞槽挤压能力小，孔壁不够密实易于渗漏，同时破碎能力小，进尺慢。但冲能过大通过顶板速度快，易于卡钻，同时所成孔径较设计大得多。

(3)钻孔顺序。由于岩溶形态复杂，溶沟、溶槽、溶洞相互连通，对开墩开孔顺序十分讲究，根据岩溶裂隙走向，溶洞的大小、多少、岩面的高低等地质条件，仿围棋投子的方法，先按排长桩，溶洞密集处的桩施工，逐步进行。桩与桩之间的施工顺序应十分注意，钻孔时应做到:先外后内、先小溶洞后大溶洞、先长桩后短桩、桩位之间交叉开孔。步步包围、隔开和封闭溶洞的原则。

(4)超前地质钻孔。33#墩原设计钻探孔为2 个，其中1#桩位的钻探孔中还遗留了钻杆和钻头，在施工时发现钻进困难，后经设计变更了桩位。为了摸清地质情况，勘探单位对全桥47 个墩台采取逐桩钻探，并绘制出整个场地的工程地质剖面图，判断溶洞走向、裂隙发育情况，掌握准确的场地工地地质情况。同时每个孔要钻进至设计标高以下5 m，确保桩底岩板厚度。

3 施工技术措施

3．1 高度小于1 m 发育面积小的溶洞

这种溶洞处理非常方便，在开钻前准备20 m3左右的粘土袋及部分小于25 cm 的片石。在钻孔距溶洞顶板1 m 后利用0．5 m 左右的冲程钻进且制备20 m3左右比重为1．3 ～1．4 的泥浆，如击穿溶洞后泥浆损失，可一边补浆一边投掷粘土袋及片石，然后钻机小冲程冲击，直至不再漏浆为止。在钻进过程中，保持泥浆合适的稠度(泥浆粘度以25 Pa·s 左右为宜)，使泥浆充满溶洞后再钻进。本桥目前约有200 个小溶洞，按此方法施工顺利通过，典型的比如:7#墩9#孔、9#墩2#孔、9#墩5#孔、19#墩6#孔、22#墩6#孔、22#墩7#孔、25#墩1#、4#及7#孔，并且成桩顺利，桩基检测均为Ⅰ类桩。

3．2 高度在1 ～4 m 且发育较大的溶洞

这种溶洞处理较为麻烦，因为在溶洞击穿后，泥浆突然下降可达10 m 之多，所以在此类桩基施钻前，护筒埋深必须超过易坍塌地层(特别是流沙层及砂卵层)1 m 以上，如地质为硬塑状粘土层，护筒埋深在4 m 左右即可。在距溶洞顶板1 m 左右时，要制备大量比重为1．4 的泥浆、粘土袋、15 ～25 cm 片石、两台以上的泥浆泵、挖机、翻斗车等，且要有随时制造泥浆的能力，在击穿溶洞后，立即补浆及投掷片石加粘土(按1∶ 1 体积比)回填反复冲击直到形成泥石护壁、不再漏浆为止。但机具及人员不得离开，待顺利穿过溶洞后再调走。但此类溶洞如果和周边暗河连通往往在穿过后，冲击过程中泥浆还会损失，大约每分钟下降0．5 m 左右，如有这种现象，补浆不能停止，同时灌注低标号水下砼且高出溶洞顶板1 m 左右，让砼填充后堵住周边裂缝。3 ～4 d 后继续钻进即可，这种方法在本桥10#墩1#孔、11#墩5 号孔得以成功应用，且大大的减小了扩孔难度。且比钢护筒跟进方法节约时间，既经济又便捷。

3．3 高度大于4 m 的溶洞

本桥高度大于4 m 的溶洞很多，处理的最好办法应该是护筒跟进，如溶洞是多层，还需采用双护筒甚至三护筒、四护筒跟进，该办法程序繁琐、工期长、难度大、费用高，加上场地狭窄，本桥仅在少数桩位使用过，而且效果不好，有兴趣同志可参考其它资料。本桥旱地区大溶洞，如填充物为流塑状填充物时，先采用双液注浆固结填充物，根据全桥岩溶发育情况，确定需要压浆处理的孔位，提早安排压浆钻孔，在压浆钻孔的过程中，做好记录，并进一步核实溶洞情况，为后续开钻提供依据;本桥45 个墩均采用钻孔压浆后再开钻，特别是大溶洞力求注浆越多越好。但也出现了离桩位上百米的地方冒浆情况，此时需采取间歇注浆法，保证注浆效果。

在穿越填充物为流塑状的大尺寸溶洞时，有出现因注浆效果不理想的情况，处理方案为:钻孔至溶洞底板后，不用清孔，用导管伸到溶洞底部，灌注水下砼，高度高出溶洞顶0．5 m 左右，待砼达到7 d 强度后，重新钻进。上述方法在该桥38#墩2#孔、41#墩1#孔的钻进过程中得以成功应用。

3．4 裂隙漏浆处理

在该桥桥址区，不但岩溶大量存在，而且裂隙也非常发育，所以分清裂隙及溶洞非常重要，为了填满裂隙，可以就地倒入碎石和粘土，同时及时补浆，直到漏浆被堵住，后重新冲孔，这种方法9#墩3#孔、23#墩10#孔得到成功应用。如漏浆特别严重、速度快，在倒入钻渣的同时加入水泥，比例为1∶ 0．2，由于裂隙大且连续，加入水泥后有凝固作业，这种方法在10#墩1#孔中得以成功应用。

4 特殊工程难题及注意事项

4．1 岩溶区斜面或遇孤石施工方案

4．1．1 回填粘土片石法

施工方案同3．2。

4．1．2 回填混凝土法

当斜面倾斜严重或桩位置于溶洞边缘用回填片石法无法解决问题时，可考虑采用清孔后灌注高标号混凝土进行处理，一般采用不低于C30 的水下混凝土(掺早强剂)，待混凝土达到一定强度，与基岩形成整体后，再进行钻进如条件具备，可在浇筑水下砼时往孔中扔一些废钢筋头，加大填充物强度。33 墩3#桩用了近20 t 钢筋头才纠完偏。

4．2．3 潜孔钻引孔法

当桩基所处岩层岩石抗压强度高或者存在斜岩时，在冲击钻孔效率明显降低或采取其它方式处理不成功时，可以利用潜孔钻对钻孔桩位进行预钻，将岩石打成“蜂窝煤状”已达到破坏桩位岩石整体性的目的，然后利用冲击钻对破碎的岩石进行冲击，从而大幅度提高冲击钻成孔的施工效率。如33#墩6#桩与7#桩桩位仅差1．5 m，但岩面高差达9．35 m。先采用砼回填法，将孔内倾斜岩面找平后，再采用潜孔钻，在孔内钻5 个Φ140 mm 的孔，呈梅花布置，潜孔钻型号为SL400，英格索兰XHP1070 移动空气压缩机配套。当潜孔钻机穿越溶洞时需采用小冲程、低转速的钻孔方法，防止由于岩石特性突变引起的预钻孔偏斜而影响预钻效果，钻孔过程中定时检查钻杆的倾斜度，确保钻杆垂直，保证预钻孔的施工质量。该方法在31#～40#墩位使用效果非常好。

4．1．4 深孔水压爆破法

由于现场条件限制，没有采用此方案，有兴趣的同志可查阅相关资料。

4．2 穿越大溶洞顶板时卡钻，掉钻问题

在施钻过程中由于施工不当，在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头，根据地质柱状图，当桩位进尺接近溶洞顶板进入溶洞前，在已成孔段内回填粘土和片石，高度1 ～2 m，同时减小冲程，有条件可配合小钻头先破顶板，然后再用标准钻头扩孔成桩。如孔内水位急剧下降时，应立即向孔内补充水泥浆，保持孔内水头高度，将钻头提起，然后投放黏土、碎石、片石，采用小冲程冲击，每循环进尺5 ～10 cm ，待填充物完全挤入溶洞内后，再加大冲程造孔。这个办法效果明显，能起到缓冲作用，大大减少了因一锤击穿顶板，造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生。有利于施钻的顺利进行。

4．3 钢护筒跟进方案问题

护筒跟进施工工序多，配合设备多，进度慢成本高，加上场地狭小，本桥仅在少数桩位使用过，而且效果不好，有兴趣同志可参考其它资料。

4．4 糖葫芦串式溶洞

根据地质钻孔资料显示，老屋杨特大桥桩位存在4 层以上糖葫芦串式溶洞的桩基不少，溶洞内为软泥流质填充物，给钻机施工带来极大困难，经综合分析和经济比较，最后采取帷幕施工法:在桩孔直径以外50 cm 四周均匀布置注浆孔，直径110 mm，数量为8 ～10 个，深度穿过溶洞，然后用注浆泵静压注浆，水泥浆配合比为水∶ 水泥=0．6∶ 1，注浆压力控制在0．8 MPa 左右，目的是使浆液渗透到填充物中，使其固结，在桩孔四周形成稳定护壁，待水泥浆达到一定强度后再进行钻进，施工效果明显。

4．5 施工注意事项

(1)岩溶区施工，特别要准备好应急材料和机具，重点是根据溶洞大小事先备足泥浆池，备2 台以上的泥浆泵，挖机，翻斗车，要随时待命。另外快接近大溶洞顶板时，最好不要夜间施工，本桥刚开始施工时，就是由于夜间施工突然泥浆大量损失，调配机械不便，补浆回填粘土片石不及，出现塌孔。

(2)注意岩溶区水下混凝土灌注。冲击终孔后，紧接着清孔、下笼、下导管、灌注砼，这一过程的各道工序必须紧扣，尽最大可能缩短时间。砼供量要保证且和易性流动性要好，坍落度严格控制在18 ～22cm之间。另外，岩溶桩基扩孔系数大且有溶洞，首批砼需用量比普通桩基大得多，本桥每根孔桩首灌砼均为6 m3。岩溶桩基在灌注过程中通常有砼需用方量大、中途坍孔等现象，所以要经常观查及测量，保证导管埋深，尽量将导管埋至溶洞以下，根据溶洞高度及埋管的最大深度来控制提管，尽量减少混凝土对孔壁的冲击力。部分岩溶桩基在灌注过程中或灌注完毕后都有可能发生砼面突然下沉的现象，所以要特别注意，在灌注完毕后还需观察30 min 左右，待稳定后再行拆除导管。

(3)对于有流砂层填充物的大溶洞，在清孔过程中常常发生孔壁周围流沙塌落，反复清孔的情况，部分此类桩基甚至清孔完毕后，钢筋笼到位，还出现流沙坍落达1 m 左右，只好重新冲孔，而且有可能反复出现，这类溶洞严重影响工期，建议一开始就采用钢护筒跟进处理，因为此类护壁事先虽然加强了，在冲击和灌注前清孔时都有可能发生流沙塌落现象，采用护筒跟进比较保险。

5 结束语

实践证明，采用上述施工方法是可行和有效的，在已经施工的桩基中，经检验成桩合格率达到100%，除了一根桩为Ⅱ类桩以外，其于全部为Ⅰ类桩。通过对该桥的岩溶地区桩基础施工和检测的总结，可为岩溶地区桥梁钻孔桩基础施工提供一定的参考经验。