深孔大直径岩溶桩基卡钻处理探讨

王振龙

（渭南市东雷二期抽黄灌溉管理局 陕西 渭南 714000）

1 工程概况

某客运专线特大桥中心里程D2K845+173，起讫里程 D2K844+959.2～D2K845+484.938，桥梁全长525.738m。孔跨布置为 1×32m+（88+168+88）m连续刚构+4×32m。简支梁采用梁场预制、架桥机架设，连续刚构采用挂篮悬臂浇筑。本桥为双线特大桥，线间距5m。2#、3#墩为主墩，2#墩共21根 φ2.5m桩基，桩长 50m，3#共 21根φ2.5m桩基，桩长65m。要求桩底置于泥岩夹砂岩中，按嵌岩桩进行设计。桩基采用钻孔灌注桩进行施工，桩端沉渣厚度按不超过5cm控制。工程地处贵州，岩溶发育，地质条件复杂，在施工过程中可能遇到溶洞、裂隙、软岩等不良地质，钻孔桩施工难度很大。

2 施工过程中遇到的问题

3#～5#桩基护筒顶埋设高程1007.577m，设计桩底高程939.447m，钻孔深度68.13m。现场成孔孔深68.20 m，具体见图1。3#～5#桩基成孔后清孔时钻头被卡在孔底，提不起来。

3#～5#桩基地质资料：

0～1.7m，〈2-4〉Q4del碎块石土，σ°=0.350MPa；

1.7 ～21.8m，〈16-4〉W3，T3b 泥 岩 夹 砂岩，σ°=0.300MPa；

21.8 ～65m，〈16-4〉W2，T3b 泥岩夹砂岩，σ°=0.400MPa。

3 卡钻原因分析

卡钻现象的发生有以下几个常见原因：

（1）孔内出现缩孔未及时处理；

（2）钻头被坍孔落下的石块卡住；

（3）下钻头太猛，或钢丝绳过长，使钻头倾斜卡在孔壁上；

（4）由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成钻头无法提升。

（5）施工中遇到斜岩、岩溶等地质情况。

根据本工程3#～5#桩基地质资料，结合施工过程，可判断出卡钻的最有可能原因是钻头在浓泥浆中滞留时间过长。

4 处理方案

4.1 卡钻的一般处理方案

（1）卡钻后不宜强提，只宜轻提。轻提不动时，可用小冲击钻锥冲或用冲、吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出。

（2）水下爆破提锤法。将防水炸药（小于1kg）放入孔内，沿钻头的滑槽放到钻头底，而后引爆，震松卡钻，再用卷扬机和其他提升设备同时提拉。

4.2 处理过程

（1）在孔位处安装第二台钻机，加工小冲击钻锤，采用小冲击钻锤冲孔，将十字钻头四周钻渣松动。冲击过程中加强孔内泥浆的循环，保证钻渣不沉淀。与此同时，用25t吊车配合钻机卷扬机提钻头。但本次工程经过半个月的努力，仍无法将钻头提出，此方法无效。

（2）由于孔深有68.1m，孔深、压力大，无法采用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动，此方法不可用。

（3）采用水下爆破提锤法。首先将0.8kg的炸药对称放入钻头的底部，采用水下爆破法引爆，在引爆后同时用25t吊车配合钻机卷扬机提钻头，重复两次，无法将钻头提出。又将0.8kg炸药增加到1.6kg炸药，采用同样的方法重复两次，仍无法将钻头提出。后又将炸药由1.6kg增加到2.4kg，仍无法将钻头提出。直至将炸药增加到4.8kg，仍无法将钻头提出。这种方法也不可行。

（4）采用液压油顶顶推法。即采用大吨位的液压油顶，一端套住十字钻头顶部，一端顶在孔壁，通过孔壁产生的反力，使液压油顶顶推钻头上部，使钻头倾斜，下部松动，然后再用25t吊车配合钻机卷扬机提起钻头。采用此方法顺利将钻头提起。

这说明针对此情况采用方法（4）是有效的。但在采用方法（4）时也要注意以下两点：①液压油顶长度和吨位要满足要求，否则造成千斤顶不能将钻头顶松动。本工程方法（4）采用100t双向液压油顶。②将顶推设备下入钻孔桩内时，要保证顶推设备水平。这样容易将顶推设备套入十字钻头的顶部。

本次施工最后提起的十字钻头少了一块，说明采用水下爆破提锤法的炸药用量不能过大，否则不但不能将钻头提起，而且会破坏钻头。

5 工程中防止卡钻的一些措施

在钻孔过程中，应经常检查钻头的磨损情况，钻头不应小于钻孔直径2cm。如果钻头直径偏小，要及时补焊，再进行冲击钻孔。

施工中要保持护筒垂直，防止倾斜。下钻应控制钻进速度，不要过猛过快。

在钻进过程中要每隔几米往孔内投入片石，目的主要是防止缩孔和减小泥浆的粘度。

图1 钻孔设计示意图

溶洞处理分为无填充、填充及上下多层溶洞处理。无填充溶洞处理时，在钻孔施工过程中，根据设计地质钻探情况，判断钻孔孔底距溶洞的距离，当进尺接近溶洞顶部1m时，必须减小钻头的冲程，采用低冲程（1m～1.5m）冲击，防止击穿溶洞顶部时卡钻，或由于冲击力造成钢丝绳断裂。若钻孔的进尺突然增大或孔内泥浆面快速下降，则在孔底或桩孔的侧面可能有溶洞，如果溶洞周围存在明显的裂隙，孔内泥浆面会持续降低，现场立即采用片石及袋装黏土进行回填，堵塞溶洞及其周围裂隙，然后小冲程进行钻进。在钻进的过程中，可反复分层回填片石及黏土，把溶洞完全填满，使用钻头冲击、挤压片石及黏土，使其在桩孔四周形成稳定的护壁，并把溶洞周围的岩溶裂隙封堵，可保证钻孔能正常进行。

在钻孔施工过程中，发现钻孔的进尺突然增加，但孔内泥浆面无明显变化，说明在孔底可能存在填充型的溶洞。填充型的溶洞是由于溶洞在形成时，由于地下水填充或上部土质在地表水下渗时，随水流进入溶洞内部，充满溶洞造成的。填充型溶洞处理时，与一般溶洞处理方法相同，可回填片石及黏土，如果溶洞内为地下水，孔内泥浆比重降低，可能造成塌孔，可同时向孔内加入袋装水泥，用冲击钻头小冲程冲击，保持孔内的泥浆面及泥浆比重。

另外，针对上下多层溶洞，应根据地质钻探每层溶洞的高低，在每层溶洞内灌注水下混凝土，使混凝土填满溶洞，待混凝土终凝以后，再进行钻孔施工。如果溶洞较大，或溶洞由裂隙与外侧的暗河等相连，采用灌注混凝土时无法实施，或成本较高，施工时间长，影响后续工期时，可采用钢护筒跟进的方法进行施工，使钻孔安全通过，同时保证以后桩基混凝土灌注的顺利进行。钢护筒跟进施工时，必须使用直径2.8m的钻头进行再钻孔，钻孔至溶洞的底部，然后以专用的震动设备下沉钢护筒。下沉的钢护筒内直径应大于设计桩基20cm。钢护筒应下沉至溶洞的底部，如果溶洞为上下多层，则钢护筒应下至最下一层溶洞的底部，然后再采用2.48m的钻头进行正常的钻孔作业，直至达到桩底设计标高。然后再灌注水下混凝土成桩。

针对斜岩，分回填片石和旋挖钻处理两种方式。回填片石时采用小冲程施工，缓慢回填，便于及时进行纠偏。采用旋挖钻处理时，必须先用小钻头冲，逐渐再换成大钻头，防止位置较深时出现卡管及掉管。同时可为钻具加设导向结构，在钻具的筒壁上补开排浆孔。

6 安全措施

（1）钻孔机械就位后，应对钻机及配套设备进行全面检查。钻机安设必须平稳，牢固；钻架应加设斜撑或缆风绳。

（2）钻进速度应根据地质变化加以控制，以保证安全运转。

（3）钻机停钻，必须将钻头提出孔外，稳定置于钻架上，不得滞留孔内。

（4）对于已施打护筒尚未开钻或已成桩的，应加设护筒顶盖或铺设安全网遮罩。

（5）雨季及洪水期施工应根据当地气象预报及施工所在地的具体情况，做好施工期间的防洪工作。

（6）在雨季施工时，施工现场应及时排除积水，采取防滑措施。施工中遇有暴风雨应暂停施工。

（7）夜间施工时，现场必须有符合操作要求的照明设备。

（8）钻孔施工过程中所有的用电线路必须安装漏电保护装置，电工要经常检查线路，防止线路磨损或老化漏电。

7 结语

虽然通过一定的方法解决了卡钻问题，但卡钻是桩基施工中的故障，要以预防为主，尽量避免发生。而且针对不同地质情况、不同的卡钻情况要区别对待，采用不同的处理方法，各种方法有各自的适用条件。陕西水利

［1］向中富，皱毅松，杨寿忠等.桥梁施工工程师手册[M].人民交通出版社.2011.

［2］铁建设【2010】241号.高速铁路桥涵工程施工技术指南[M].2010.