岩溶地段钻孔灌注桩施工控制措施分析

陆立友

摘 要：本文以宁合高速公路汤虎线中桥岩溶地段施工为实例，对有效解决复杂地质溶洞钻孔桩施工的问题进行分析论述，尤其是上层为淤泥质粘土，下层为灰岩地质的溶洞地质状况地段钻孔灌注桩的施工过程。

关键词：岩溶地区;溶洞;钻孔灌注桩;公路工程

中图分类号：TU473 文献标识码：A

1 工程背景

汤虎线中桥设计里程K22+647.740～K22+701.260，全长53.52 m，左幅单侧拼宽，全宽42 m，左右分幅建桥（右幅箱通拆除后建）;桥梁上部结构采用（3*16）m预制空心板梁，全桥一联;下部结构采用柱式墩，桩柱台，肋板台，灌注桩基础，两侧桥台处设D80伸缩缝;桥面横坡由墩（柱）、台（肋）高度形成;桥面采用10.5 cm厚沥青混凝土+柔性防水层+10 cm厚现浇混凝土铺装。

根据地勘资料揭示，该桥梁所处位置岩溶呈现发育性较强的特征，属于灰岩地区地质范畴，同时溶洞在该工程桥位区地层夹内较多，并且具有呈现出随机性，主要体现在其深度与实际分布空间这两方面，基于此情况。该工程地质在整体上呈现地质變化波幅较高、岩面埋深程度有所差异、岩面强度差异性较强等特性。桥梁桩基础施工建设工作，在该工程实际施工过程中，遇到一定困难，其作为地下隐蔽工程，溶洞对其施工效率与施工安全均存在直接影响，在此情况下，若施工人员并未采用恰当的方法，容易引发相关施工事故，如塌孔、漏浆、断桩等，在影响工程质量安全的同时，也为施工安全埋下一定隐患。因此在桩基施工前应充分了解桥梁各桩基所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶底板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，以采取稳妥的处理措施，确定合理的桩基类型和桩底高程。为确保施工安全和工程质量，施工前施工单位应结合更详细的地质资料，核查、确定桩基最终施工处理方案。岩溶区每根桩的施工方案需经多方确认后再行施工。

2 主要施工方案

2.1 施工准备

（1）技术交底：在开展钻孔桩施工活动前，为确保施工工序能够达到工程施工设计要求，应针对钻孔桩施工各项工序，编制相应作业控制要点卡片，作业指导书， 并在此基础上与施工人员进行技术交底，确保作业人员能够及时掌握相应技术要求与施工规范内容，便于其全面掌握相关施工工艺内容，以及实际施工控制中的注意事项。

（2）进场道路及场地平整：利用现有公路作为材料设备的进场道路。施工前，先进行全封闭围挡施工，利用渣土车清除多余培植土，整平场地、碾压。

（3）机械设备、材料等的报验：冲击钻机、电焊机等机械设备进场后，检查其出场后，检查其出厂合格证（设备检验合格证）是否齐全，并向监理报验。本项目灌注桩采用自拌站混凝土，C30 水下配合比试验需提前委托并上报监理，声测管、钢筋原材及焊接试验将通过外委解决， 所有材料进场后需报经监理批准后方可使用。

（4）泥浆池场地布置、开挖及围护：泥浆池设置在两墩中间。钻机上悬挂钻机操作规程、安全注意事项牌以及钻机编号，每个泥浆池可至少供一墩位桩基施工。泥浆池开挖后，需在底面铺设一层厚度约 3 cm 的砂浆封层，并找平，找平后在砂浆顶面铺设一层防渗胶布或土工布，铺设面需覆盖泥浆池底面以及砖砌围墙四周。

（5）探笼制作：探笼的制作根据桩基直径制作，探笼外径不小于设计桩径。长度为 4～6 倍的桩径， 一般长为 6 m，采用Φ22 钢筋焊接制作，加强箍筋采用Φ22@2 m 钢筋制作，焊接缝要饱满， 牢固，采用“十字交叉”Φ20 钢筋对箍圈进行加固，保证使用时不变形不脱焊。按照探笼能够下放至孔底为标准验收。

（6）探明管线：钻机就位前，首先根据设计所给管线图对每个承台进行核查，凡是桩位或承台和管线位置发生冲突的一律不允许施工;对设计图纸未明示的，人工用铁锹和镐头在桩位处横向开挖一条深 30 cm～50 cm的探沟，探明是否有管线，如有则不允许施工该承台的任何一根桩基。

2.2 施工放样

由设计院提供的曲线因素，是该环节需要设计人员进行复核的首要内容，即开展中线桩复核工作。在完成复核后，开展桩基中心坐标计算工作，其计算内容以墩台里程桩号及其尺寸为主要参考内容。为保证计算结果的准确性，该坐标计算结果在经过至少两人的核对后，应由该工程测量监理工程师对其进行审批。确保其计算结果无误后，施工人员方可进行施工。桩基放样前，准备好木桩和小钉子，用 GPS 放样或全站仪架在控制点上利用极坐标法放出桩位，当桩位中心坐标施测出来后，需要打上木桩，一直到木桩稳定为止，并需要在桩顶精确放出桩位中心坐标后，钉上小钉子。

2.3 护筒埋设

本工程灌注桩采用不小于δ=5 mm 壁厚的钢护筒，护筒内径为采用旋转钻机时应比钻头大 20 cm。针对护筒施工埋设工序，在开展施工活动时，应注意地面与护筒口的距离（ 应保持至少高于地面30 cm的高度差）。并且针对埋设深度设置，为确保护筒埋设施工质量，应采用机械设备挖掘与人工挖掘相结合的模式，将其埋设在坚固的土层中，确保其埋设深度至少超过1 m。在此基础上，测量标定的桩位中心应与护筒中心重合，二者的实际偏差应控制在 5 cm范围内。完成上述工序后，应及时进行桩位复测和桩机就位，并结合施工情况做好加固工作，降低成孔过程中，出现倾斜或偏位等事故发生概率，应将护筒倾斜度控制在1%的标准范围内。

2.4 泥浆制备、净化处理

施工时为了增大泥浆比重，加入优质粘土。经沉淀后循环再利用的泥浆其比重、粘度、含砂率等指标必须满足相关规定要求。一般在粘土中泥浆比重采用 1.1～1.35 左右，根据桩位具体地质情况选用泥浆。

2.5 钻孔

（1）在启动钻机之前，请在钻探前检查所有准备工作，包括检查和维护主要设备;安装后，钻机的底部和顶部必须保持稳定，并且在钻进过程中不得有移位或下降， 否则应花费时间。

（2）通常需要考虑地层变化，并且必须在地层变化的地点采集矿渣样品，并在识别后记录在记录纸上并通过地质剖面进行验证。当打开孔时，孔的位置必须精确并且钻孔必须缓慢，并且当所有钻头都在模具中时可以加速钻孔。锥形钢丝绳与钢制保护筒中间位置的偏差不得超过2 cm。提起锥头时，它必须稳定并且不与保护壁和孔壁碰撞。为了避免阻塞孔壁，防止孔塌陷，意外或堵塞，建议在钻孔过程中不要用力吹。

（3）如果在施工过程中确定地质条件与初始钻井数据不符，请立即通知项目，维护和其他部门，以便他们及时处理。在巨石表面钻孔时，可能会丢弃硬度类似的碎屑或小卵石，并用高冲击力或高低冲击力填充，以将大石头压碎到孔壁中。在钻孔过程中，必须经常检查桩的直径，平面的位置和垂直轴的斜率，并且必须随时纠正偏差。

（4）在打孔过程中，每4 m～6 m检查一次打孔质量。当它接近预期的孔深时，精确控制镜头的深度并记录进入轴承层的情况。在施工过程中，应仔细，准确，及时地进行成孔。

2.6 岩溶地段处理工艺

针对溶洞施工处理过程中的岩溶漏浆，以及坍孔現象。为降低其对施工的不利影响，施工人员应及时采用适应的施工技术，确保成桩，成孔工作能够顺利进行，并且保证其能够满足工程设计对其承载力的要求。为此，施工人员在开展施工活动前，应及时开展全面勘察工作，全面掌握施工处的地质情况，包括溶洞实际空洞大小、溶洞地层分布情况、溶洞填充物构成等。在掌握上述情况的基础上，施工人员可结合工程建设要求与实际地质情况，选用不同的处理方式。基于目前的溶洞施工处理技术，可采用的技术主要有回填素混凝土填充、片石填充、泥浆护壁等施工方式。依据工程地质勘察报告，8a 层溶洞：部分全填充，充填物为中风化灰岩、可塑状粉质黏土，部分无充填或半充填。且溶洞深度小于 3  m，项目部结合以往施工经验采用回填造壁法处理工艺。

回填造壁法：溶洞内无填充、半填充;溶洞高度不大，一般在 3 m以内，但存在严重漏浆;护筒内水头高度不能保持可采用片块石、粘土和水泥按一定比例回填冲击。用0.5 m～0.8 m 小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填、反复冲击直至形成泥石护壁不在漏浆为止。这是比较成熟和经济的施工方法，并且施工范围内有大量满足施工要求的片块石和粘土， 可就近取材，开展施工工序。施工人员也可首先按照常规成孔工序进行施工，行进到溶洞钻至漏浆时，可将片石与黄土投入其中。并多次投入，借助钻头设备自身的作用力，将投入的材料填充至岩溶裂缝，以及溶洞中，以此提升施工中各孔壁自身的稳定性。同时，施工人员也可结合实际施工情况，掺入不同材料提升该工序成效，如锯末、水泥、烧碱等。

2.7 清孔和验孔

钻孔达到设计深度后，对孔深、孔径、孔位、孔形等进行检查，并报请监理验收，并做好相关记录，验收通过后，吊装钢筋笼、安装导管，采用换浆法进行清孔。

孔深检查：用测绳进行量测，测绳端部设置一个带钎的测锤（重 3.5 kg）。量测前，用钢尺校核测绳长度，合格后方可使用。孔深不得小于设计孔深。

孔径、孔形检查：采用探笼进行孔径和孔形检查。按照探笼能够下放至孔底为标准验收。

泥浆性能检查：采用泥浆比重仪、含砂率测定仪、稠度测定仪进行验收，验收标准为：孔内排出或抽出的泥浆手摸无 2 mm～3 mm 颗粒，泥浆比重不大于 1.1，含砂率小于 2%， 粘度 17 s～20 s。

沉渣厚度检查：为准确判定孔底碴是否清完，还得制作一平底测锤，清孔后采用平底测锤进行孔深量测，两次测孔深的差值即为沉渣厚度。本区段钻孔桩设计允许沉碴厚度不得大于 15 cm，严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔作业。清孔后的各项指标经监理工程师验收合格后，方可进行下道工序。

2.8 钢筋笼以及声测管制作和安装

2.8.1 钢筋笼吊装

在现场施工中，针对钢筋笼吊装环节，应针对其配备专门的运输车辆以及托架，避免其在运输过程中出现损坏。在运输到施工现场后，在正式吊装环节应采用16 t标准级别以上的车辆进行吊放，在吊放时施工人员应对钢筋笼的垂直度进行检查，并确保其在对接时，上下节的中心线能够保持一致。为降低孔口坍塌风险，在吊放过程中应避免钢筋笼左右旋转，并控制其下放速度，禁止出现强制下落或迅速提起下放的现象。检查完毕后由为了保证钢筋笼骨架不变形，宜采用两点起吊。钢筋笼下放至标高后，检查钢筋笼的中心是否偏位，使之满足要求。焊接 4 根φ16 吊筋，吊筋端部制作成 O 形，以便穿钢管固定于护筒顶，同时在相应护筒顶位置焊接 O 形卡环，以防止砼灌注过程中的钢筋笼上浮。施工队应配备足够熟练的操作工进行钢筋笼的套筒对接，确保在 2.5 h内完成安装， 为成孔节约时间，防止沉渣过多或缩径。

2.8.2 声测管安装

本桥段桩基均需安装声测管，待桩身混凝土达到设计强度后进行超声波检测成桩质量，检测合格后进行下道工序的施工。根据目前已出图纸所示，桩基需布置 3 根声测管。声测管的连接采用D70*6.0 mm 套管，底部与桩底等齐;在埋设过程中，应检查声测管是否畅通，并事先灌满清水，做好管底封闭、管口加盖等工作。由于桩基检测需要 3 根声测管必须等高齐平，同时管顶高出设计桩顶面不少于 450 cm（送至原地面，承台围护开挖前先检测），施工安装时必须考虑预留长度，详见下图1所示：

2.9 混凝土灌注

2.9.1 导管安装

一旦将钢笼升起，必须立即安装导管。导管应使用直径30 cm的快速卡口垂直提起，标准切口长度为3 m，将上部调整为1 m和1.5 m，下部应大于4 m。安装管道时，戴上密封圈并拧紧电弧。降低过程中，将管子保持在直线轴的中心，然后逐渐降低，以免钢筋笼和碰撞孔被困住。

在钢筋笼吊装完成后，应立即组织导管安装;导管采用直径宜为 30 cm 的快速卡口垂直提升，标准分节长 3 m，顶节采用 1 m 和 1.5 m 调节，最下节长大于 4 m。导管安装时要放设密封圈，拧紧箍圈;下放过程中保持导管位置居中，轴线顺直，逐步沉放，防止卡挂钢筋笼和碰撞孔。

2.9.2 混凝土制备

原材料的储备：根据水下砼设计配合比，计算砼原材料用量，按照不少于 1.5 倍的理论用量进行储备，同时，进场的原材料按照设计和公路工程高性砼的规范要求进行检验检测，保证原材料的质量满足要求。

2.9.3 混凝土灌注

在混凝土到达施工现场灌注前，由试验人员按规定对混凝土的坍落度、入模温度、含气量等指标进行检测，并做好相关记录，对于砼质量不符合规范要求的，予以退场处理; 同时按规范规定制作养护试件。砼灌注拟采用罐车直接进行灌注。浇筑水下混凝土之前，再次检测孔底泥浆沉淀厚度，如沉碴厚度大于 15 cm 时，对孔内进行二次清孔，确保孔底沉碴厚度符合规定要求。

2.10 桩基检测

根据设计要求，利用超声波投射法进行桩基完整性检测，检测合格后进行下道工序的施工。

3 质量控制标准及结果

在施工过程中，按照下列标准进行质量控制，每道工序完成后，质检员按照规范要求进行检验，自检合格后报监理验收通过后，方可进入下道工序施工。同时，在施工过程中，现场技术员进行全过程施工记录，记录包括泥浆比重、地质情况、不同地质的钻进速度及施工过程中的意外事件和检查验收情况。

4 结语

以上桩基钻孔施工中存在的问题及处理措施在宁合高速汤虎线中桥的施工中取得了较好的成效，使桩基顺利通过了溶洞区。 在施工中没有出现一例安全、 质量事故，施工结束后，经超声波检测，全部桩基合格，I 类桩率达到 100%。

參考文献：

[1]南京至合肥国家高速公路张店枢纽至滁河大桥（苏皖界）段扩建工程招标文件和工程量清单.

[2]《公路桥涵施工技术规范》JTG/T3650-2020，人民交通出版社.

[3]《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2017，人民交通出版社.