岩溶地质冲击钻孔施工技术的应用研究

刘小龙



岩溶地质冲击钻孔施工技术的应用研究

刘小龙

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏 无锡 214028）

以武广客运专线XXTJI标施工段汀泗河特大桥钻孔灌注桩钻孔施工技术为实例，详细介绍了岩溶地层冲击钻孔施工技术，为冲击钻孔在岩溶地质中的应用奠定技术基础。

岩溶地层；冲击；溶洞；斜岩石

1　工程概况

武广客运专线乌龙泉至花都段第一标（XXTJI）施工段汀泗河特大桥位于湖北省咸宁市境内，固跨汀泗河、长青河及京珠高速而设置，管段内共有97个墩台（0＃—96＃），852根桩基。根据不同跨度地质条件，桩径分别有1.0m、1.25m和2.0m三种，桩长6m－80m不等。

桥址地形表现为两端高中间低呈SW向走低。高地呈浑圆状，丘坡，多为农田，中间地主要为水塘，相对高差25m，绝对高程20－45m。区内地表水发育，主要为水塘及河流，地下水补给来源为大气降水，季节性变化较大，岗地地下水不甚发育。地质特征如下：

（1）Q4l ：淤泥，分布于农田，水塘中，厚2－6m，呈流塑；

（2）Q4al ：粉质粘土，粘土，向部有角砾土，圆砾土，碎石土；

（3）Q4dl+pl：粘土，厚0－3.8m呈软塑，分布于5＃－65＃墩间；

（4）Q2+3al+pl：粉质粘土，粘土，角砾土，圆砾土，碎石土，厚1.2－43m，呈软塑－硬塑，分布于0＃－5＃，66＃－96＃墩之间；`

（5）P1m：基岩：主要为白云质灰岩。泥质灰岩，坚硬，弱风化，区内连续分布，为桥梁基础支持力层。

2　施工方案

2.1 工程特点`

从设计勘探资料分析，桥基桩孔94.8％处于岩溶发育区，其主要形式有溶槽，溶沟，溶洞和裂隙，其中主要溶洞发育高度0.6－30.4m，大多数全充填或半充填，充填物一般为含碎石，角砾，圆砾及沙的粘土。稳定性较差，透水性较强。由于岩溶发育，由此而产生的斜岩石甚多，地质结构复杂。这对于桩孔成孔极为不利，也是工程施工的难点和重点。

2.2 施工方案的确定

根据每个墩位地形情况，0#台，1＃墩及66＃－96#墩位龙岗区，2＃－6＃墩位于丘间谷地，7＃－65＃墩位于河流一级阶地。原桥墩基基础设计施工方案位：5＃－40＃，53＃－65＃墩采用钢板桩围堰，变桥通大水钻孔机平台，其余墩则开挖平整场地，采用冲击法进行施工。该方案对保持河体及井口稳定，杜绝孔口坍塌有利，且成孔把握大，但机械设备投入较大，造价高及工期长。为此，施工单位第二种施工方案即5＃－40＃，53＃－65＃采用囤土围堰筑岛，并与纵向贯通便道相连的施工方案，后经过反复对比论证，认为该方案相对来说比较经济适应，又能满足工期要求，其不足之处在于桩孔成孔难度较大，在征得建设单位和设计单位同意后，决定采用该方案进行施工。

3　施工方法

3.1 施工工艺和步骤

根据23＃－9，25＃－9桩孔成孔工艺试验成果，确定钻孔施工工艺和步骤如下：

（1）平整场地：将施工场地平整压实作为施工用地。需筑岛处利用挖方区的粘土填筑，碾压密实，并设置排水坡和排水沟。河流中的筑岛采用编织袋围边，外测打入木桩防护，间距50cm。并采用铁丝绑扎相连。

（2）定好桩位：在实地按照桩的设计位置采用全站仪进行桩位放样，标志好桩的具体位置，并在桩中心四周2m设置好护桩。

（3）修建泥浆池及材料堆放场地：此项工作应在施工场地时一并考虑。堆放材料包括粘土，泥块（球），片石及水泥等。

（4）预制井口护筒：采用5－10mm的钢板在钢历加工场进行预制。其现场有三种：每节长1.5m，2.0m和3.0m，直径比桩径大20－40cm。

（5）安置钻机：钻机的机座应安置牢固水平，以保证不出现沉降和移位。在技嘉顶部对称设置缆风绳，保证机架稳定。

（6）井口护筒埋设：人工开挖埋设，埋入深度必须进入原状土稳定层，且坚固，不漏水。护筒顶高出场地50cm。埋设完后用罗盘仪校正护筒垂直度。

（7）冲击成孔：采用冲击钻机冲击成孔，垂直这几孔深。并检查孔径，孔位，孔隙和孔斜情况后转入下道工序。

（8）清孔：当泥渣多时，清孔采用捞渣桶配合换浆法，不多时，采用换浆法，保证清孔后满足泥浆无2－3mm颗粒，泥浆比重不大于2％，粘度17－20s，沉渣厚度不大于5cm。

3.2斜岩面钻孔施工

（1）对斜岩面，如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等，提钻后先在孔深2~3米范围内投填片石后进行反复小冲程冲砸形成孔底施工平台，以保证冲击钻孔施工时不出现偏孔。

（2）如果采用该方法效果不理想时，如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等，提钻清孔后先灌注3~4m深度的C30砼，当砼强度不低于70%设计强度后再进行冲击钻孔。

3.3溶洞钻孔施工

由于桥地处溶槽，溶沟和溶洞众多，开钻前应详细分析地质资料，弄清楚开孔顺序。

（1）对半充填或充填的连通性好溶洞以及裂隙发育溶洞进行预注浆处理。施工前仔细研究勘探设计等有关资料，对裂隙发育的溶洞在钻孔前进行预注浆处理，即通过对桩位周边等间距的设置4个灌浆孔，采用灌浆的方法对溶洞的空隙进行填充加固，经过挤密、渗透和劈裂等作用达到加固土块的目的，钻孔桩的周边形成防水帷幕[1]。灌浆孔孔径采用80mm，孔深达到溶洞底部，浆液采用水玻璃水泥浆。本工程预注浆共计248个灌浆孔9650m。实践证明，采用此方法对钻孔防止漏浆和塌孔起到了较好的效果。

（2）对半充填或全充填的溶洞，如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。为克服穿透溶洞顶板后，在充填层进行钻孔施工时会出现漏浆。为解决这一问题，先采取孔内用泥浆补浆以保持泥浆高度，然后往孔内填充少量片石及袋装粘土和泥块，一直填到比溶洞顶板高2~3 m为止，接着用小冲程钻孔施工把回填物挤入溶洞和孔壁内对孔壁进行加固，最后提高泥浆相对密度到1.2~1.4。施工中应密切观察孔内泥浆高度，尤其是对规模较大的溶洞，发现漏浆应反复多次采取上述措施进行处理才能控制得住。

（3）对规模较小的孤立溶洞且无充填物时，为解决钻孔施工过程中穿透溶洞顶板时的泥浆突然渗透问题，应采取在孔内进行混凝土回填的方法。

3.4斜岩面施工

当钻孔遇到斜岩面时，钻孔施工时会因为钻头会顺着岩层的倾斜面滑动而出现偏孔或斜孔等情况。为防止这种情况发生，施工中有针对性地采取下述方法进行控制：

（1）片石回填：钻孔施工中提钻后，在离孔底2~ 3m深度内用片石进行填充，然后采用较小的冲程进行来回冲砸，在钻孔的孔底制造出一个水平的钻孔平台，这样就能避免冲击钻孔施工是不会出现偏孔或斜孔情况。若一次片石回填后仍然出现偏孔或斜孔等情况，则再次进行片石回填直达不再发生偏孔或斜孔为止[1]。如6#—2、6#—4、12#—9、35#—9等。

（2）回填混凝土：当回填片石不能纠偏或纠偏不甚理想时，可采用此方法进行。即提钻清孔后，向孔内灌入高标号（C30）水下混凝土3~4m，待混凝土强度达到70%以上后再冲击成孔。如3#—8、3#—9、12#—2、84#—4等。

3.5溶洞施工

由于桥地处溶槽，溶沟和溶洞众多，造成了墩与墩之间钻孔会有贯通，或者桩孔与桩孔之间的钻孔会连通。针对这种情况，在钻孔施工前，对孔位的地质等资料进行详细的分析和研究，如果有上述情况的孔位钻孔时对其钻孔施工的顺序进行谨慎的选择。为堵住或减少钻孔过程地下水的移动通道，以防止桩钻孔施工中泥浆和混凝土等出现大量流失，应严格按照先外围后中间的顺序进行钻孔，先进行单个溶洞、溶槽或溶沟下端的孔位进行钻孔施工。此外，针对溶洞的填充和发育规模等存在很大差异，溶洞内的土层的填充物不稳定，会严重影响孔位的钻孔施工，在钻孔前对这些溶洞应采取有效的技术措施进行处理，以保证这些位置的钻孔桩的施工安全和质量。

（1）预注浆。对溶洞连通性较好、溶洞裂隙发育、半充填或充填的溶洞进行预注浆处理。施工前，对勘探、设计等有关资料进行认真分析，找出该类溶洞进行注浆预处理，即：在桩孔四周均匀布置4个灌浆孔，灌浆通过挤密、辟裂和渗透作用对土块进行加固或对溶洞空隙进行直接填充，通过处理使得桩四周形成防水帷幕。灌浆孔孔径采用80mm[1]，孔深达到溶洞底部，浆液采用水玻璃水泥浆。本工程预注浆共计248个灌浆孔9650m3。实践证明，采用此方法对钻孔防止漏浆和塌孔起到了较好的效果。

（2）挤石造壁。对半充填或全充填的溶洞进行挤石造壁处理。考虑到在溶洞顶板进入充填层进行钻孔施工时，会发生漏浆，在钻孔施工中应按照漏浆情况，漏浆不大时，采取钻孔施工时不断地向孔内补充浆，使孔内泥浆水头的高度始终保证在规定范围内，漏浆大时，还应采取往孔内放入袋装粘土、泥块少量片石等混合物，直至填到比溶洞顶板高2~3m为止，再用小冲程把回填物挤入溶洞内裂隙和孔壁及，达到加固孔壁不漏浆的目的，同时把泥浆相对密度增大到1.2~1.4这一范围[2]。在这一施工过程中应密切关注孔内泥浆面高度情况，若仍出现漏浆，则应把袋装水泥投入孔内以到达快速固结孔壁的目的，如图1所示。对规模较大溶洞，为控制施工漏浆应采取多次反复。如8#—8、84#—1、84#—2、85#—9、87#—9等。

图1.挤石造壁示意图

（3）回填混凝土：适应于没有充填物且规模不是太大的孤立溶洞。当钻孔穿过溶洞顶板时，孔内泥浆就会发生突然渗透漏，因此，对于这样的溶洞事先应作好补浆准备工作。一旦出现后应立即向孔内补浆，以防止上部孔壁和井口发生塌孔。待泥浆基本稳定后，探明空洞高度并与设计资料对比分析，大概估算出溶洞体积，然后想溶洞灌入C20水下砼灌注量以高出溶洞顶板2~3m为止，待混凝土强度达到70%以后重新开钻。如4#--1，4#-5，19#-6，84#-2，87#-8等。

（4）下钢护筒：适应于规模较大且未充填的空洞。该方法先采用大口径的钻头戳能够机成孔并钻穿溶洞顶板。查明溶洞高度，然后向孔内沉放钢护筒直至溶洞底板。钢护筒之间搭接长度小于1.5m，内护筒外径比外护筒内径小5cm左右，但最小护筒内径应满足桩径要求。若溶洞底板为斜岩面，护筒地步可能只有一点或几点接触岩面，其余部分则悬空时，施工时可依据斜岩面施工处理措施进行处理。直至钢护筒下到溶洞底板坚固不漏浆为止。然后更换钻头，正常钻进直至成孔[3]。如80#-7，80#-2，8#-8等。

4　结　语

岩溶地质冲击钻孔施工时应采取有效措施对施工中经常遇到的桩孔漏浆、桩孔偏孔（孔斜）、桩孔塌孔、桩孔扩径、桩孔卡钻等问题进行处理，例如在桩孔塌孔段回填粘土、片石及水泥混合料采用小冲程重新开始；加强施工管理，特别是施工队伍的管理，做到精心施工，规范施工。由于在施工过程中针对岩溶地区的特点，采取了有效的技术措施，取得了良好的效果。所成的桩基，经第三方检测单位检测以及监理验收，合格率100%，表明采取的施工方法是成功的，为岩溶地区钻孔桩的施工积累了可借鉴的技术资料。

[1]卫启阳,刘海平.岩溶地区桥梁基桩施工技术[J].桥梁建设,2010,(4):84-86.

[2]陈伟.岩溶山区高速公路桥梁桩基施工技术应用探讨[J].山西科技,2010,(6):72-73.

[3]刘钧泉.岩溶发育地区的桩基施工[J].中南公路工程,2002,(3):52-54.

（责任编校：宫彦军）

2015－12－26

刘小龙（1982－），男，内蒙古呼和浩特市人，工程师，本科。

U445

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1673-2219（2016）05-0062-03