岩溶地质灌注桩成孔常见问题及处理措施

2016-08-10詹帅福建省交通科学技术研究所福州350004福建省公路水运工程重点实验室福州350004

福建交通科技 2016年3期

关键词：漏浆片石冲孔

■詹帅（1.福建省交通科学技术研究所，福州350004；2.福建省公路、水运工程重点实验室，福州350004）

岩溶地质灌注桩成孔常见问题及处理措施

■詹帅1，2
（1.福建省交通科学技术研究所，福州350004；2.福建省公路、水运工程重点实验室，福州350004）

位于灰岩区的某座桥梁，岩溶为本桥的主要不良地质，在桩基施工过程中常发生塌陷、漏浆和斜孔等问题，造成工期延误和经济损失。本文针对以上主要的常见问题给出了产生原因、预防措施及其处理办法，可供同类工程施工借鉴。

岩溶地质冲孔坍塌漏浆斜孔掉钻卡钻

1引言

位于灰岩区的某座桥梁，岩溶地质为本桥主要地质，发育强度属强发育。岩溶地质进行冲击钻施工，常见问题为漏浆、塌陷、斜孔和掉钻、卡钻，这些问题经常困扰冲孔队伍和施工单位，造成工期延误和设备财产损失。

2地质结构和水文特征

2.1地质构造

根据勘察揭示，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：①第四系人土填土层主要分布于丘间谷地区表层；②第四系全新统冲洪积层粉质勃土、砂类土等主要分布于丘间谷地区；③泥盆系泥质粉砂岩及灰岩。该桥位于灰岩区，岩溶为本桥主要不良地质现象。根据钻探揭露岩溶发育情况，按《铁路工程不良地质勘察规程》中的岩溶分类，结合桥址岩溶统计数据，桥址可岩溶区岩溶发育强度属强发育。

2.2水文特征

（1）地表水

大部分属于丘间谷地地貌，局部为丘陵地貌。地表水较发育，主要为河流水，局部鱼塘及水沟零星分布。水量受季节降雨影响较大。

（2）地下水

地下水类型主要为松散岩类孔隙水、下部基岩裂隙水及碳酸盐岩类裂隙溶洞水，叙述如下：①松散岩类孔隙水、基岩裂隙水松散岩类孔隙水土要赋存于第四系冲积砂土层中，为壤中上层滞水，水量中等；土要接受地下径流及大气降水补给，以蒸发或垂直渗入基岩裂隙中形式进行排泄；基岩裂隙水主要存贮泥盆系（D）泥质粉砂岩风化带中，水量受裂隙的发育程度及其连通性影响。②碳酸盐岩类裂隙溶洞水泥盆系（D）灰岩岩溶水：分布于整个桥址区，上覆第四系各种成因类型的堆积物，主要是第四系冲积砂土层，厚度从0.50～32.50m不等。泥盆系（D）岩性为深灰色弱风化灰岩，溶洞发育于岩层中上部，溶洞累计高度一般为0.20～32.16m，部分为空洞，充填物为软塑一硬塑状粉质勃土，全充填或半充填，少量充填物为溶蚀明显的蜂窝状溶蚀性灰岩碎块。场地内岩溶发育面标高远低于地下水位，使基岩溶蚀带汇聚存贮大量地下水。岩层的富水程度与溶洞发育规律相吻合，其主要补给来源为大气降水、上部孔隙水及基岩裂隙水补给，岩溶水的径流、排泄比较复杂。

3关于塌陷处理

3.1产生原因

地质原因：本桥位于岩溶区岩溶发育强度属强发育，经过流水冲刷产生大小不一的溶洞地质地貌，在冲击钻不断冲击和振动的过程中破坏含水岩土体的天然稳定性而产生塌陷。具体见塌陷前后示意图1和2。

图1　灌注桩塌陷前示意图

图2　灌注桩塌陷后示意图

3.2预防措施

（1）做好设计前的地质勘查，设计图纸出来后认真比对施工图纸，在岩溶发育属强区做好施工前的预防措施，避免产生地质灾害而造成生命设备财产损失；

（2）在岩溶发育属强区，可使用片石、混凝土和钢筋网进行地表加固，使用混凝土高压喷射枪对地表下的沙土层进行固结；

（3）根据设计图纸中地层划分明细，在锤头快进入岩溶区时减慢锤进速度，开始低锤小冲程密击，锤高0.4～0.6m，预防岩洞大面积塌陷。

3.3处理办法

（1）填堵法：一般用于塌陷坑较浅时的处理法，首先在坑内填入片石和碎石，然后覆上粘土夯实；

（2）跨越法：对于坑体较大而回填又困难的塌陷坑，采用坚实稳固的跨越结构体，使塌陷坑的荷载通过跨越结构而作用在可靠的土体和岩体上；

（3）灌注法：把用于灌注的混凝土通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土层和岩洞，加固建筑物的基础。

4关于漏浆处理

4.1产生原因

本桥位于岩溶区岩溶发育强度属强发育，经过流水冲刷产生大小不一的溶洞地质地貌，在冲击钻不断的冲击和振动的过程中破坏含水岩土体的天然稳定性而产生局部塌陷和大小孔洞，使泥浆从孔洞流失。具体见漏浆示意图3。

4.2预防措施

（1）对于岩溶较为发达的地层，容易产生较大病害的位置，使用长钢护筒，将溶洞与钻进分隔；

（2）密切注意护筒内泥浆面的变化情况，当泥浆面较明显下降时，证明在漏浆后采取相应处理措施的正确性；

（3）准备充足的片石、黄泥和水泥于工作面附近，以备使用。

图3　灌注桩漏浆示意图

4.3处理办法

（1）继续往桩孔灌水，然后将黄泥块或黄泥球投入桩孔，如此即可暂时将漏浆堵住；

（2）将黄土和片石按大约1∶1的比例往下投入，投入量根据漏浆速度和漏浆量来评估，再重新开钻，这样砸碎的片石和大颗粒土可将裂隙填充一定的距离（阻碍裂隙宽度变化），即可钻进一定深度而不漏浆；

（3）当再次漏浆时，仍按上述方法处理，即可逐步钻至设计孔底标高。

5关于斜孔处理

5.1产生原因

地质原因：相邻两种地层的硬度相差较大，钻头在软层一边进尺速度较快，在硬岩层一边进尺速度较慢，从而在钻头底部形成进尺速度差，导致钻头趋向软地层方向。具体见斜孔示意图4。

图4　灌注桩斜孔示意图

5.2预防措施

（1）冲击钻应该对准护筒中心，要求偏差不大于正负20mm，开始低锤小冲程密击，锤高0.4～0.6m，直至孔深达护筒下3～4m后，才加快速度，加大冲程，将锤提高至1.5～2.0m以上，转入正常连续冲击。

（2）在冲孔过程中每1～2m要检查一次成孔的垂直度。如发现偏斜应立刻停止钻进，采取措施进行纠正。对于变层处和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击或间断冲击的办法穿过，以保持孔形垂直。

5.3处理办法

（1）安装组钻机时要使底座水平、起重滑轮缘、护筒中心三者在一条竖直线上，并经常检查校正；

（2）孔桩每进尺50cm～100cm将偏斜的部分用片石回填后再进行冲孔纠偏，片石强度要求大于该处岩层的强度。采用此方法如果为一般的斜孔，反复两三次即可纠正过来；如果岩层软硬相差较大，采用回填片石往往纠正不过来，这时候在偏斜一侧的孔内放人钢筋头和片石进行纠偏，一般都能纠正过来，如果还纠正不过来，则待偏孔部分高度达到3m时水下灌注混凝土回填。混凝土的标号，根据岩层的抗压强度确定。如果岩石的抗压强度为800kPa，则回填混凝土的标号为C20，如果岩石的抗压强度超过1000kPa，则回填更高标号的混凝土。灌注的高度超过孔桩起偏点50cm，3d以后待强度达到80%以后，再继续冲孔，一般均能纠正过来；

（3）首先要把溶洞用黏土和片石填充起来，用片石和黏土按3∶7的比例将孔桩回填，黏土最好使用大块状的硬塑红黏土，没有就使用黄土，然后用冲锤将片石和黏土冲击挤入溶洞，待填充片石将溶洞挤满后，则可正常继续冲孔。但此时由于溶洞壁岩层完整强度较高，而回填的片石松散，在继续冲孔的过程中会继续向溶洞方向偏孔，这时只需要继续回填片石纠偏即可。如反复纠偏效果不佳时，可以采用回填高标号混凝土的方法纠偏。

6关于掉钻、卡钻处理

6.1产生原因

地质原因：突然击穿溶洞顶板，在重力的作用下导致钢丝绳断裂而发生掉钻事故，这种情况一般还同时伴随着卡钻和埋钻的发生。具体见掉钻示意图5。

图5　灌注桩掉钻示意图

6.2预防措施

（1）起重物体必须与起重机钢丝绳相匹配，不能过载。对钢丝绳定期检查，检验钢丝绳直径是否减小、钢丝绳是否锈蚀、钢丝绳是否断丝等情况，这些指标符合国标要求时，要及时更换新绳，钢丝绳的维护，主要就是涂油防止锈蚀，不要让钢丝绳发生塑性变形形成死弯；

（2）一般应根据钢丝绳的直径合理选择绳夹型号、类型和所需配备的数量。使用时应注意：

①选用绳夹时，U型环的内侧净距应比钢丝绳直径大1～3mm左右，净距偏大会使卡扣连接卡不紧钢丝绳，造成滑动而发生事故。

②卡扣的螺栓必须拧紧，一般以钢丝绳被压扁～直径为准；

③U型部分应与钢丝绳头接触，不能与主绳颠倒；绳夹安装要一顺、等距排列；

④为便于检查绳夹接头是否安全可靠或及时发现钢丝绳接头部位是否滑动，一般在最后一个绳夹后面约500mm处再增设一个绳夹，并将钢丝绳头放出一个“安全弯”；若钢丝绳接头发生滑动时，可直观显现“安全弯”被拉直的现象，此时则应及时采取处理措施。

6.3处理办法

（1）对于此类事故的处理一般以预防为主。因为一旦发生掉钻，特别是遇到强烈发育的大溶洞，冲锤会陷入溶洞，随后溶洞岩面滑移消失，基本上无法打捞。对于高度较小的溶洞，常常发生卡钻现象。所以首先要准确掌握地质情况，精确确定溶洞的位置。在即将击穿溶洞顶板时，冲锤采用小冲程慢慢冲进，缓慢地击穿溶洞顶板，避免由于溶洞顶板的突然击穿，造成冲锤产生强大的冲击能而拉断钢丝绳造成掉钻。

（2）卡钻主要是冲锤旋转不畅，冲出梅花孔，或溶洞内溶蚀石芽将冲锤卡住。还有一种情况也时常发生，就是处理溶洞时堆积在溶洞内的片石堆坍塌或大石块脱落造成卡锤。不论是掉钻还是卡钻，处理时首先都要先将冲锤取出，然后回填片石进行纠孔。在取冲锤时，如果钢丝绳还连在冲锤上，则用千斤顶或滑轮组将冲锤拉出，如果不行，在钻机上重新安一个冲锤将掉在孔内的冲锤打松然后提出，或用爆破的方式将冲锤振松取出；如果钢丝绳没有连接在锤上，则用冲抓锤或捞钩抓住冲锤上提。如果以上方式都不能取出冲锤，最后就只配合潜水员水下作业或采用人工挖孔的方式取出冲锤。