永和大桥岩溶地区钻孔桩施工

陈天霄

摘 要：永和大桥约80%桥梁长度位于灰岩区，地质结构复杂，岩溶发育程度高，岩溶成串出现，基岩内钻孔长度大，桩基础施工是大桥质量和工期的关键。

关键词：永和；灰岩；溶洞；钻孔桩；压浆

1 工程概况

吉安永和大桥新建工程为105 国道吉安中心城区改道跨越赣江、沟通青原区与吉安县永和镇的一座特大桥梁。桥位位于京九铁路吉安赣江大桥上游约680 米，桥梁走向与京九铁路桥平行。全长2.419km，起讫里程为K1937+307～K1939+726。整个工程包括吉安永和大桥（1.481Km）及吉安岸引道道路工程（0.936Km）。

吉安永和大桥自东向西分为东引桥、跨赣江通航孔主桥、西引桥三部分。

大桥上部结构采用预应力混凝土连续箱梁及T梁，下部结构采用柱式墩、承台及钻孔桩基础。

2 主要技术难题

本桥约80%桥梁长度位于灰岩区，地质结构复杂，岩溶发育程度高，岩溶成串出现，基岩内钻孔长度大，桩基础施工是大桥质量和工期的关键。本文重点讲述岩溶地区钻孔桩施工方法及施工工艺。

3 岩溶地区钻孔桩施工方法及施工工艺

3.1 溶洞统计

永和大桥所处场地岩溶极发育，溶洞大小0.30～37.00m，溶洞呈无充填、半充填，充填物为碎石，位于灰岩区钻孔大部分揭示有溶洞，见洞率95%以上。

3.2 主要施工工艺

3.2.1关键技术

岩溶地区钻孔桩施工的关键技术是如何保证成孔过程中不漏浆、或虽漏浆但不发生塌孔，保证桩孔成孔顺利，并满足承载力要求。

钻孔桩基础施工前，除根据设计提供的初勘、施勘地质资料外，还进行补勘、电磁波层析CT探测等多层次勘察，根据各墩不同地质条件，钻孔施工时先考虑抛填片石、回填砂及粘土，冲击钻将回填物挤入孔壁，溶洞如较大，抛填片石并压充水泥浆。施工时注意孔内水头保持，防止塌孔。

3.2.2主要施工方法

3.2.2.1对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工

采用正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入粘土和片石，利用钻头冲击将粘土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，增大孔壁的自稳能力。

⑴施工工艺流程

施工准备→埋设护筒→移动钻机、定位→护筒内投入粘土、片石等→钻孔→抽碴→ 吸泥清碴。

⑵主要施工要点

①开孔时用小冲程冲击钻孔，要打得准、打得稳，间断冲击，少抽碴。

②加入小于15cm片石，反复冲击2-4次，挤密护筒底部周围土层。

③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。

④根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。

⑤接近岩溶时，主绳松绳量应为1-2cm，防止击穿岩壳时卡钻。

⑥钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。

3.2.2.2空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞条件下的桩基施工

采用振动锤下沉钢护筒到基岩，然后冲击钻孔至溶洞顶板，利用冲击钻钻穿溶洞顶板后，灌注低标号混凝土，使混凝土面高于溶洞顶面，混凝土灌注时采取间歇方式，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔，穿过低标号混凝土成孔。

⑴施工工艺流程

⑵施工要点

反循环冲击钻机：采取冲击成孔时，为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的混凝土凝固，待邻孔混凝土灌注完毕24H后开钻。

钢护筒下到岩面后，即开始对覆盖层和顶板机械冲钻。在覆盖层中采用正反循环钻进，冲钻方法与一般冲击钻孔相同；在岩石地层中以十字型钻头冲击基岩成孔，钻进方式为泵吸反循环。岩层中钻进时，泥浆浓度控制在1.15-1.20.当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔，拆移钻头，进行溶洞区水下混凝土的灌注。

3.2.2.3充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞条件下的桩基施工

⑴施工要点

采用双护筒跟进方式冲击成孔

①外护筒直径较设计桩径大20cm，内护筒直径较设计桩径大5cm.

②施工程序：根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。

③外护筒下沉到岩面后，开始对覆盖层和顶板机械冲钻，其钻孔方法与传统的冲击钻方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，以便内护筒顺序通过顶板。

④当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，为使开孔坚实、竖直、圆顺和对继续钻孔起导向作用，在钻孔前抛0.5-1.0m3的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。

⑤当内护筒下沉到位后，在内外护筒间进行抛石压浆处理，以增加护筒的整体刚度。之后进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。

⑥双护筒冲击钻孔采用吸泥法清孔。为使钻孔桩混凝土与孔底岩体粘接良好，灌注水下混凝土之前需用高压水冲射排除残碴。

⑵护筒刃脚固结处理

当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，加上岩面一般较倾斜，内护筒与岩面之间一般会形成较大间隙，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，在施工中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，直至孔底平整再向下冲进。

3.2.2.4岩溶发育且对墩台桩基有影响的桩基施工

在桩基施工前后进行石粉加水泥压浆堆填处理，使溶洞封闭，钻孔过程中不漏浆。

⑴压浆工艺

⑵施工要点

钻注浆孔：根据地质情况在每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。

施工方法：钻机采用XU-600型地质钻机，开孔采用φ108mm岩芯管开孔，钻进分层采样，直至钻入基岩面0.5m以下后，下φ108mm套管，并嵌入基岩；套管露出地表0.2-0.5m。用75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：压浆设备主要为JS350搅拌机、KBY-30/120型注浆泵。在压浆前先进行注水试验，确定单位长度吸水量。浆液选用石粉水泥浆，用32.5级水泥，石粉水泥浆配合比为水：水泥：石粉=1：1：0.8。压浆时注浆压力不宜太大，控制在0.5-1.0MPA范围，具体压力值由现场试验确定。为防止浆液流失太远而造成浪费，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%，根据取芯浆液填充情况直观判断注浆效果。

注浆完成等浆液凝固到一定强度后进行钻孔桩的施工，施工按常规钻孔桩施工方法。

3.2.3常见事故的处理

3.2.3.1卡锤

原因：①在基岩段成孔时由于桩锤磨损未及时修补；②在冲击时发生掉物、掉石；③钢丝绳冲放过多，致桩锤倾倒顶住孔壁；④溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。

处理措施：①慢试法：钻头卡在中间任何部位时，应将主绳徐放—收紧—徐放—收紧，反复进行使钻头旋转从原位槽道提出；②冲击法：将主绳放松3-5m，用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头，使之产生松动，主绳重复慢试法；③辅助提升法：用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力提升；④水下松动爆破法：测准钻头被卡高度后，迅速将乳化防水炸药捆成两组，加配重对称放入钻头刃脚部位，之后将钻机主绳带紧或以吊机辅助紧提，采用电雷管起爆；⑤确实无法取锤时请设计单位提出桩基修改方案。

3.2.3.2掉锤

原因：①锤体质量有问题，造成锤体断裂；②钢丝绳断裂；③进尺时遇到大溶洞，且填充物为软塑性土质或空洞时，因为控制进尺，冲锤一下进尺数米，引起掉锤。

处理措施：①选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起；②确实无法捞起时，请设计单位提出桩基修改方案。

3.2.3.3塌孔埋钻

原因：施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙，引起突然间大量泥浆漏失。

处理措施：发生漏浆时要及时补浆补水，维持孔内水头，防止孔内外产生过大的水头差，并迅速堵漏。

4 结束语

本文重点阐述永和大桥岩溶地区钻孔桩施工方法及施工工艺。对该施工工艺的运用和总结具有非常重要的应用价值和实际工程意义，为该类型钻孔桩的施工技术积累了宝贵的经验。

参考文献

[1] 张忠亭、丁小学主编.钻孔灌注桩设计与施工.中国建筑工业出版社，2007。

[2] 黄绳武 主编.桥梁施工及组织管理.北京：人民交通出版社，1996。