浅谈溶洞区冲击式钻孔桩施工问题与处理

2018-03-24季磊

城市建设理论研究（电子版） 2018年34期

季磊

中铁二十四局集团上海铁建工程工有限公司江苏徐州 221008

正文：

1 引言

随着我国高铁建设的迅速发展，岩溶地区的桥梁工程逐渐增多。桥桩施工不可避免的遇到溶洞地层，由于溶洞地层的复杂多变性，地勘资料的局限性和空间尺寸偏差等原因，溶洞地层钻孔施工易造成卡钻、钻孔歪斜和漏浆垮孔等事故，本文基于笔者所参与的冲击式钻孔桩施工，深入分析了冲击式钻孔桩在溶洞地区的施工问题与处理方法。

2 施工实例

2.1 合福铁路安徽段站前四标钟鸣特大桥钻孔桩基础工程

钟鸣特大桥位于铜陵县钟鸣镇处，全桥长7463.69m。钻孔桩桩径为1.0m、1.25m、1.5m、2.0m，桩长19m～101m，采用水下C30混凝土，共2296根。施工范围处于丘陵地带，溶洞发育丰富；工程采用冲击式钻机实施钻孔桩钻孔施工。.

2.2 施工过程中出现的问题及处理方法

2.2.1 斜岩地层

本工程位于丘陵山脉地区，由于地壳移动相互挤压形成褶皱，使地下岩层出现倾斜。冲击钻孔施工过程中，冲击锤自由下落会受到岩石倾斜影响而导致钻孔中心发生偏移，锤绳随之发生摆动。

针对斜岩地层出现的钻孔问题，工程中采取了多种措施，一是加强了对钻机锤绳的观察，一旦出现锤绳水平摆动，则暂停向下冲击，采用与地层岩石硬度接近，尺寸在30cm～50cm直径的片石回填至未发生钻孔倾斜高度，降低冲击锤的提升高度反复在倾斜区域冲击；二是采用浇筑强度大于发生斜岩区域的水下混凝土，至发生斜岩处标高，静置24h以上，再进行钻进的方法，直到完全纠正倾斜再进行钻进。通过两种方法的实施，都取得了很好的效果。

2.2.2 浅层溶洞地层

本工程溶洞内部主要由土壤、水或空气填充，浅层溶洞地层冲击钻进过程中出现了冲进深度突然增大和钻孔内用的泥浆液面突然下降的状况。

针对工程中出现的问题，首先应及时停止钻进，然后对照设计图纸分析所遇溶洞特征。

通过分析本工程钻孔中出现突沉和漏浆的问题，分别是遇到了浅层单个溶洞和多个成垂直串状分布的溶洞，施工中采取了钢护筒跟进的施工方法。该方法就是一边钻进，一边接高护筒，并将护筒压到已钻成的孔内。

钢护筒施工期间又出现了新的问题，当单桩穿过多个溶洞，并且均已造壁成功，在继续向下钻进过程中，发生了上面已形成的泥石护壁坍塌漏水的现象，采取了钢护筒跟进至坍塌漏浆溶洞进行堵漏的方法。

钢护筒施工的参数和工艺如下：

（1）钢护筒选择。内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=(h+H+1)m ,(h为地质钻探确定的溶洞深度,H为溶洞顶到地面加30cm的高度)；单层护筒内径大于设计桩径10cm,多层护筒最内层护筒内径大于设计桩径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，以此类推。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为δ10mm，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，以此类推。

（2）内护筒的沉放。当冲击锤击穿溶洞顶时，在充分补浆后将冲锤在溶洞顶反复提升并冲击，使溶洞顶部孔壁形成规则圆形后再将钢护筒进行向下跟进，防止孔壁形状不规则，造成钢护筒被卡或深入溶洞后发生倾斜。

采用钢护筒跟进法施工时，施工中充分利用冲击钻的扩孔性，使钢护筒能顺利下沉。使用钢护筒跟进法，增加了锤头直径，使其大于要跟进的钢护筒外径3cm-5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉的要求孔径时，回填片石并增加钻头直径进行二次冲孔，以确保钢护筒顺利下沉。

2.2.3 深层溶洞回填施工

当钻孔桩设计长度较长时，深层溶洞的钢护筒跟进成本极大，且无法保持钢护筒下沉的垂直度，采用回填的方法，在回填的片石粘土中加入适量的水泥和草绳进行添堵，回填后降低冲击锤的冲程高度，将回填物冲击密实后停止冲击静止一段时间，待进入溶洞内的回填物与水泥形成一定强度后，再降低冲击冲程钻进直到穿过溶洞低层后再适量增加冲程，直到恢复正常钻进速度。当反复回填的方法仍然不能有效阻止溶洞漏浆，采用回填C20素混凝土的方法，将混凝土标高浇至超过溶洞顶标高，且混凝土标高不再下降后，静置24h以上，使混凝土充分凝固再进行钻进施工。

2.2.4 不同体积溶洞施工

由于地下岩层形成的溶洞大小有区别，根据溶洞的大小合理的选择正确的施工方式也是对减小溶洞影响施工的正确处理方法。

本工程钻孔施工中出现了单根桩基所通过的溶洞看似体积较小，但与同承台内的其他桩溶洞有贯通连接的问题，施工中采取了选择贯通的溶洞中底标高较低的单桩开始先进行施工，再依次进行该贯通溶洞底标高较高的桩施工。

（1）本工程单桩施工过程中，遇到桩溶洞较小，且没有其他溶洞相连的情况时，在钻孔过程中即将到达溶洞顶标高处时，采取减少落锤高度，缓慢击穿溶洞顶并反复冲击使溶洞顶部桩孔形成规则圆形，适当增加泥浆比重，抛填少量片石粘土进行填充造壁的方法。

（2）本工程中遇到溶洞内空间较大，且为联通溶洞第一根桩时，提前计算出了溶洞顶标高，在接近溶洞顶部时，采取降低落锤高度，同时增加泥浆制备量的方法，防止一旦击穿溶洞顶部出现大量漏浆，导致已成孔上部由于没有泥浆护壁出现孔壁坍塌，造成塌孔或埋锤现象发生。钻进击穿该溶洞顶后迅速补浆至原液面，然后再使用片石粘土混合料进行填充至溶洞顶标进行复钻，并反复回填数次，待将溶洞全部填充密实，孔内情况稳定且造壁成功后不再出现泥浆流失。个别钻孔施工中采取了在混合回填物中加入袋装水泥，并将回填物进行压实后静置12h以上，使回填物中水泥与片石粘土达到一定强度后，再使用降低落锤高度的方法进行钻进的方法，直至完全通过溶洞底标高，且不再出现泥浆流失现象。

2.2.5 水下混凝土浇筑

岩溶地区浇筑水下混凝土时也会受地下溶洞影响，浇筑混凝土过程中，由于混凝土密度大，随着浇筑过程中混凝土面的升高，对孔内壁的水平压力逐渐增加，因此，在浇筑混凝土时时刻注意泥浆液面的变化。当水下混凝土顶标高通过溶洞区域时降低混凝土浇筑速度，适当增加浇筑导管的埋深，以防浇筑过程中混凝土将溶洞填充物压入侧向溶洞，突然发生大量漏浆导致断桩事故。个别溶洞地区桩基水下混凝土浇筑过程中出现了少量漏浆现象，及时进行了补充泥浆。一些较长桩的最底层溶洞位置接近桩底设计标高，在进行此类桩的水下混凝土浇筑时，发生了已浇筑的水下混凝土量不大，但最底层溶洞突然大量漏浆现象，在向孔内补浆没有明显成效的情况下，终止了水下混凝土的继续浇筑，防止大量混凝土流入溶洞，造成单桩混凝土用量无法估算且远远大于设计放量，使施工成本大大增加，采取了灌注细料混凝土结合水泥水玻璃双液浆进行补浆的方法，有效的控制了漏浆。