岩溶地区钻孔灌注桩施工技术

随着国家对基础设施建设投入的不断加大，使公路、铁路建设得以快速发展，桥梁作为一种重要的结构形式也被得到越来越广泛的应用。但由于我国的幅员辽阔，地质条件复杂多变，各种不良地质经常会遇到，其中岩溶地区是比较常见。在岩溶地区桩基施工过程中经常出现塌孔、串孔、斜孔、掉钻、卡钻、地面沉陷、混凝土超方严重和断桩等现象。如何确保岩溶地区桩基的施工安全与质量，以及有效的控制工期和降低成本对整个项目是非常重要的，本文以怀邵衡铁路泉塘特大桥为例，谈一下岩溶地区钻孔灌注桩的施工技术。

1、工程概况

新建怀邵衡铁路西起湖南省西北部的怀化市，沿东南方向经邵阳市至衡阳市，为设计行车速度200km/小时的客货共线铁路。本项目地形起伏较大，地质条件复杂，不良地质较多。由我单位负责施工的泉塘特大桥采用（30-32m+1-24m）简支T梁结构，其起点桩号为DK272+928.800，终点桩号为DK273+947.600，桥梁全长1018.80米，该桥位上有多处岩溶，且岩溶较发育，涉及岩溶桩基200多根。

2、施工方案

根据设计图纸和地质情况，结合施工现场，确定本桥溶洞处理一般采用以下方法：①施工前对溶洞采用注浆进行预处理；②施工过程中采取抛填片石、枕木、袋装粘土和水泥进行处理；③钢护筒跟进防护处理。

2.1 桩基溶洞处理方案、工艺及方法

2.1.1 岩溶桩基处理前的施工准备

2.1.1.1 地质核查

确定岩溶地区地质情况的方法一般采用施工探测法和地质钻探法。施工期间，要详细记录地质情况，如果发现现场地质情况与设计不一致，应立即联系监理、设计院和业主进行现场确认，重新确定终孔条件，必要时还需要补充钻探。

2.1.1.2 设备选型

根据本桥地质条件复杂的的特点，特别是灰岩中有发育溶沟、溶槽、溶洞的地层采用一般钻机成孔难度大，经综合考虑，决定采用设备简单、操作容易的冲击钻。

2.1.1.3 应急物资和设备

为确保施工顺利进行，需提前准备好挖掘机、装载机、自卸车、水车、吊车、水泵等设备，除此之外还要准备片石（直径10～20cm，为方便辨别回填片石与桩体岩石，储备回填片石材料的颜色与桩体岩石的颜色有所不同）、枕木、砖渣、粘土、碎石、砂、袋装水泥等物资。

2.1.1.4 制定桩基施工顺序

对于桩基的施工顺序，应结合现场的实际情况综合考虑。一般情况下按照如下原则进行，先施工长桩后施工短桩；先施工溶洞较大的桩基，后施工溶洞较小的桩基；先施工溶洞较多的桩基，后施工溶洞较少的桩基。按照以上顺序施工，可以及时有效的堵塞和封闭各桩之间溶洞的通道，提高施工效率。

2.1.1.5 技术交底

在每根桩施工前，现场技术人员要对参与施工的所有人员进行详细的交底，包括基本的地质情况（溶洞的位置、大小和填充物等），施工工艺、注意事项以及应急处理措施等。施工过程中，技术人员还要做好跟班盯控。对于地质复杂的桩基，要制定专项施工方案。

2.1.2 岩溶桩基处理施工方法

2.1.2.1 抛填法

对于小型溶洞或填充物为软弱粘性土或淤泥的溶洞一般采取填充法进行处理。若溶洞尺寸小于钻头直径时，按照正常方法施工即可；当溶洞尺寸大于钻头直径大时，容易发生卡钻、夹钻及偏孔等现象，需要对溶洞进行回填处理。回填处理前应先提出钻头，然后将片石、袋装粘土、袋装水泥按照3:3:1的比例分层填入孔中，一直填至使填充物高出溶洞顶1～2m后，再将钻头放入孔中开钻，在钻进过程中一定要采取高频率小冲程的方式，缓慢穿过溶洞。当溶洞为空洞，且空洞高度大于或等于10m、空洞底距离地面高度大于或等于30m时，在溶洞顶被击穿之前，要认真观察孔内泥浆面标高的变化，如果出现泥浆面下降，必须立即补充水，然后根据溶洞的尺寸将片石、袋装粘土、袋装水泥和废旧枕木（或长条形方木），按照3:3:1:1的比例进行回填，重新开始冲砸堵漏，如此反复形成人工造壁，使钻孔顺利穿越溶洞。

2.1.2.2 灌砂注浆处理法

对浅表性岩溶发育、且顶层溶洞顶板很薄时，采用对顶层溶洞（距地面第一层溶洞）进行预注浆处理， 并保证岩溶注浆完成48小时且待浆液凝固后方可开展本墩施工。

（1）布孔：布孔要综合考虑桩位和溶洞的位置，在桩位平面范围内尽量靠近溶洞大的地方，但距桩中心的距离不得超过桩径的1/4。

（2）钻孔：钻孔时一定要确保孔的竖直度，孔底一定要达到最下层溶洞岩层底部。

（3）灌砂和注浆：在钻孔完成后，要按照先灌砂再注浆的原则，先利用注浆孔对溶洞进行灌砂，利用灌砂将溶洞空腔进行预处理；当灌砂填充至注浆孔孔口时，且砂粒不在往下漏后再开始进行注浆处理。此外还要注意，在进行注浆处理过程中，要利用注浆的间隙，对注浆孔内进行再次灌砂填充，直至灌满注浆孔，最后再进行二次注浆。浆液水灰比采用1:1，注浆压力按照宁小勿大的原则进行控制，每根注浆量总和按照不超过15吨水泥进行控制，如果超出设计量要及时和监理、设计联系，确定处理方案。

（4）封孔：注浆结束后，按要求使用M7.5水泥砂浆进行封孔，并捣鼓密实，做好标记。

2.1.2.3 钢护筒跟进法

当溶洞为空洞，且空洞高度大于或等于10m，空洞底距离地面深度小于30m时，可采用人工造壁措施或采用钢护筒跟进措施进行处理。

（1）钢护筒的制作

钢护筒在制作前，要详细查看地质资料，了解溶洞的详细情况，确定护筒的参数。为了确保质量，钢护筒一般采用工厂集中加工，钢板厚度采用10mm，长度按照3～4m/节，护筒的底部外侧需要加焊一圈12mm厚钢板作刃脚，刃脚高度为15cm，出厂前每节钢护筒要做好标示，明确使用位置。钢护筒制作好后运至现场拼接，拼接过程中要求确保精度和拼接质量。

(2)在钢护筒埋设过程中，需要注意：

钢护筒在分节拼接时，节与节之间拼接的质量要控制好，尤其是顺直度要符合要求。

要确保钢护筒的中心与桩基中心位置一致，然后将其与外护筒采用钢板连结固定。

钢护筒的底部刃脚处必须采取加强措施，以防止在下沉过程中发生卷刃。因为基岩顶面的不平整，致使护筒底部不可能与岩层完全接触，这样就有可能出现：振力过大时，护筒底部变形，致使护筒滑移； 护筒底部漏浆，导致塌孔。为尽可能避免此类问题出现，首先必须加强刃脚的处理，然后是在护筒振动下沉时控制好护筒底的位置。护筒就位后，在护筒底部与岩层接触面多次回填片石、粘土和水泥，人工造壁。

2.1.2.3.1 单护筒跟进法

当溶洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞时，采用单护筒跟进法进行施工。利用振动锤将钢护筒下沉到基岩顶面，钢护筒下到位后，就开始对覆盖层和溶洞顶板进行冲钻，施工方法与普通冲击钻孔施工相同。当岩溶顶板被钻穿时需暂停钻孔，提起钻头，需要对溶洞区灌注水下混凝土，灌注过程要有间隔，分几次灌注，当混凝土面到达溶洞顶面以上1m时，完成灌注。待混凝土强度形成后再继续施工，直至成孔为止。

2.1.2.3.2 双护筒跟进法

当溶洞内的空洞较大或充填物为流塑状的多层溶洞时，采用双护筒跟进法进行施工。采用双护筒时要注意内外护筒间空隙的处理。当溶洞内为全填充溶洞时，此空隙则不需要处理。而当溶洞内无填充或半填充时，则必须对内护筒底部及顶部1m范围内进行处理，处理的方法是采用回填砂、碎石(中间段填土)和向回填物质内进行注浆。通过以上措施，可以确保护筒间空隙处不发生漏浆。

2.1.2.4 、洞底岩面上钻孔施工方法及技术措施

当钻孔穿过溶洞后到达溶洞底面时，钢丝绳摆动会有所加大，且钻机钻进速度则会明显变慢。此时如果溶洞地面不平，出现台阶或者倾斜，则很有可能出现偏孔。因此在施工至溶洞底面时，要采用高频率、小冲程的方式钻进，并加强孔位的检查，一旦发现偏孔，要立即采取措施进行处理。

2.2 岩溶地区桩基施工问题及应急处理措施

2.2.1 偏孔、斜孔和弯孔

2.2.1.1 产生原因

由于岩溶地区各种溶洞、溶沟、溶槽和裂隙等岩溶形态发育，或岩面倾斜、有探头石等原因，导致锤头向地势较低的一侧、岩石强度低的一侧偏斜所致。

2.2.1.2 处理措施

首先向孔内回填片石，要求片石强度要高于孔底岩石强度，回填片石的高度要高出倾斜位置1m以上，采用低冲程的方式反复进行冲击，直至将孔位调正。如果回填片石仍不能有效的调整，可以采取在倾斜孔内灌注水下混凝土，待混凝土强度达到要求后，再继续冲钻。

2.2.2 塌孔

2.2.2.1 产生原因

由于孔内泥浆高度过低、比重较小、锤头碰壁以及施工方法不当等原因导致。

2.2.2.2 处理措施

(1)抛填水泥、黄土进行造浆提高泥浆稠度，确保孔内泥浆高度高于地下水位；

(2)如果是局部小坍塌，加强护壁，继续小心施工即可；

(3)如果是孔内比较大的坍塌，首先要了解清楚塌方的具体情况，然后根据情况向孔内回填碎石、砂和粘土至塌方位置以上2米，而后重新开始冲钻。

2.2.3 掉锤、埋锤和卡锤

2.2.3.1 产生原因

掉锤主要由于钻机的各部件松动、固定不好以及老化所致；埋锤一般由于塌孔所致；卡锤是由于溶洞、孤石脱落等原因所致。

2.2.3.2 处理措施

(1)先要了解现场的详细情况，不可盲目的强行提锤，以免造成塌孔；

(2)如果是砂砾等颗粒较小的石渣埋锤可以采用真空吸渣法；对于卡锤可以尝试松动钢丝绳、改变角度进行试提，如果卡比较严重，可以采取爆破的方式；

(3)对于以上都不能解决的埋锤、卡锤可以采取人工挖孔的方式，挖孔过程中必须做好护壁，确保安全。

3、岩溶地区桩基施工注意事项

3.1 岩溶地区的钻孔桩施工易发生漏浆，因此要备足粘土块和片石，出现漏浆要马上补充，保持孔内水头高于地下水位1.5m。

3.2 钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头。

3.3 钢丝绳及卡子要勤检查，勤保养，松动的卡子要及时补拧。

3.4 护筒长度不得小于2m，护筒顶面必须高出地面50cm左右，必要时护筒顶用钢管将护筒固定在地面上，防止护筒下沉，护筒四周必须用填土夯填密实。停止施工或施工过程停顿的孔位，上面必须铺盖钢筋网片，防止人员或物体坠入孔内。

3.5 桩基成孔后的清孔一定要控制好泥浆的比重，既要保证沉淀厚度符合要求，又要确保不出现塌孔。

3.6 桩基灌注过程中要确保混凝土的供应充足，控制好导管埋深，防止出现断桩。

4、结束语

泉塘特大桥按照以上方案实施后，经过对岩溶桩基成桩质量检测，均达到设计要求。这表明以上方案是可以行的，措施是到位的，通过本桥的施工为以后岩溶地区钻孔灌注桩的施工积累了宝贵的经验。