岩溶特别发育地区钻孔灌注桩施工技术

董龙

摘要：岩溶发育地区地质复杂具有不确定性，容易造成钻孔灌注桩施工存在一定的危险系数，从而引发安全、质量事故。以凤翔特大桥的钻孔灌注桩工程为背景，针对石灰岩地区存在的多种缝隙以及岩溶发育引发施工难度加大等问题，进行了相关探讨与分析，为类似钻孔灌注桩的施工提供借鉴和参考。

关键词：岩溶；钻孔灌注桩；施工技术

0   引言

岩溶发育地区地质复杂具有不确定性，容易造成钻孔灌注桩施工存在一定的危险系数，從而引发安全、质量事故。而发生事故时，地质的复杂性又给救援工作增加了不小救援难度，不仅延缓了工期进度，还会增加预期成本。本文以凤翔特大桥的钻孔灌注桩工程为背景，针对石灰岩地区存在的多种缝隙以及岩溶发育引发施工难度加大等问题，进行了相关探讨与分析。

1   工程概况

TJ17标段路线长达11.734km，里程桩号范围为K163+418～K175+152。此标段主线桥梁共有5座匝道桥，共计1120根桩基。所有桥梁桥位都在岩溶区，该区域岩溶以弱到中等发育至强烈发育为主，由此对桩基施工造成一定影响。

凤翔特大桥16～20#墩桩基施工孔内埋锤、卡锤等事故频发，桩周地表塌陷严重，灌桩时溶洞穿孔断桩机率大。该区域桩基左侧紧邻地方旅游大道，施工安全风险高，成桩质量差，成孔周期长。架梁通道不能拉通，半幅通车无法保证，时间紧、任务重。

2   施工方案

综合考虑安全、技术、质量、成孔效率等多方面因素，拟对风翔特大桥剩余桩基进行如下变更设计：左18-1a、左18-1b、左19-1、左19-2桩基，采用全套管全回旋钻机施工。该工艺施工单桩成桩周期为1015天，套管为永久护筒（最大外径1.5m，壁厚3cm）穿过溶洞嵌入持力层，可保证成桩安全、质量及成桩效率。

本项目所需的主要设备有基础型履带起重机（90t）和全回转全套管钻机（型号为 DRT2005H）。采用全回转钻机施工钻孔灌注桩，桩径为φ1500mm，桩深55～72m（具体待设计院最终确定），采用一次性钢套管。

3   钻孔灌注桩施工技术流程与应用要点

全套管跟进成孔工艺流程如图1所示。

3.1   施工准备及地基加固处理

施工前准备工作包括：组织与安排施工人员，准备材料与相关机具物资，布置施工现场，安全、技术交底，拼装机械设备等。

因部分孔位已塌陷多次，为确保施工安全，需对塌陷区上部2m厚度范围内采用碎石及黏土进行回填。压实处理后对桩位处7m×10m范围内硬化处理，硬化层厚度不小于250mm。硬化前用直径16mm钢筋按150mm×150mm间距进行铺设。在桩位处预留直径2.1m的空洞，此处不需进行硬化[1]。

3.2   一次性钢套管加工

钢套管主要材料采用厚度30mm的Q345优质高强度锰钢加工，套管外直径1500mm，底节管设置管靴，管靴材料材质为20crmo锻造，并调制热处理。管靴底部设置28把刀座，安装优质切削刀头28把，确保施工中岩层能够正常钻进。

加工完成的钢套管需同心，不得出现椭圆等异常现象。每节钢套筒长度约8m，同时设置调节管，调节管长度2～4m不等。全回转钻机每根桩的套管长度应大于设计桩长2.5m，即施工至孔底标高后，孔口需有2.5m的钢套管高出地面。利用两台二保焊对称焊接连接不同套管，焊接前提前加工套管剖口[2]。

3.3   测量放样

采用全场仪确定钻孔灌注桩的距离。根据工程设计特点，确定钻孔灌注桩的部位，将钻头和套筒位置与之对准。

3.4   全回旋钻机就位

确保定位钢板安装到位，固定钢管的孔深位置，需与需清障的孔深中心准确吻合。钻机4个脚架必须在钢板4个基点内进行固定，装配完成之后再检查钻机垂直度（通常利用经纬仪和垂直度监视系统配合使用）。使用四脚液压缸调整的钻机姿态，直至其满足垂直度要求。

液压泵站安装完毕、钻机液压装置衔接完成后，检测、调整装置，保证各液压装置（如油料、冷却液、油气管路接头、各阀等）的运行状态良好。反力配重应按对称方式安装，安装后应检验其承载能力，确保其满足转钻机施工荷载。按照工程标准安装反力叉，完毕后检测其牢固情况，必要时进行加固。根据切割深度，将不同长度的钢套管组装连接，组装完毕后，装入钻机。

3.5   上部套管钻进

启动液压泵，待发动机转速提高后，将回转液压马达调到0位，打开夹紧液压缸按钮。套管被夹紧后，立即启动回转驱动系统，待回转阻力随时间达到一个平衡状态之后，再慢慢调至高转速。

对钻头进行试运转，校正垂直角度，确认钻头工作状态正常且垂直角度不超过3‰，即可进行钻孔。正常钻进后，调整气压、扭矩等参数稳定后，逐步加大转速、钻压及扭矩。一般在初始距离5m左右，将钻机速度限制在3～5r/min，回转力矩限制在额定力矩的30%～50%[3]。

套管钻进过程中，校核套管垂直度，确保套管垂直度不大于3‰。调整压力、转速及扭矩，保证钻进平稳，防止压力过大且钻进受阻时，对周边土体产生过度扰动。

3.6   一次性套管钻进

3.6.1   钻机就位

待桩基定位后，将套管钻机就位对中，保证套管与桩中心偏差小于50mm。

3.6.2   取土成孔

压入甲级联赛套管，借助抓取力从套管下获土，始终保持套管底口超前开挖面2m以上。在套管第一节部分被压入土后（需在地面保留1.5～2.Om，以便于接管），再测试垂直高度，如不满足设计要求可进行修正。达到设计要求后，可以使用第二节套管来往复之前操作，直至满足设计需求。成孔质量应符合表1规定。需要注意：土方的大量堆积将对项目的进度以及安全造成不利影响，所以还需及时将土方有序运走。

3.6.3   孔深与沉渣检测

当孔深超过设计要求后，及时清孔工艺并检测沉渣厚度。如厚度超过设计要求，可继续清孔工艺，直到完全符合设计要求后，用抓力轻轻按放于洞底。测量孔深与沉渣，并向监理工程师报告检测情况。

3.7   钢筋笼吊装

通常采用三点起吊法起吊钢筋笼。先平行地吊放钢筋笼至桩孔处，再使用不同大小吊钩相互配合，使钢筋笼逐渐地竖立，待整个钢筋笼垂直后慢慢将钢筋笼放入孔中。使用钢筋进行定位，使桩孔中心线与笼轴线重合，并保证主钢筋保护层达到设计标准。

3.8   水下混凝土灌注

混凝土浇筑管道用螺丝扣套和橡皮密封圈相连，用内径为300mm的管道接头，确保管道顺直、光滑、严密、不漏水。连接完毕后进行测试，确保试水压力为0.6～1.0MPa，以保证管路的密封耐压。

将导管放入孔内，导管上连接混凝土漏子。为了确保出料时的空间顺畅，孔底与导管底口应保持30～50cm的距离。将混凝土直接由泵车泵入漏斗中，若有困难可通过料斗直接吊入漏斗。漏斗内存有适当数量水泥后，抽出漏子底盖，向导管内浇筑水泥，再通过混凝土泵车连续浇筑。

当灌注工作开始后，要在很紧凑的时间完成，而不能在中间终止。浇筑过程中，时刻关注孔内水位上升情况，同时测量导管的埋设深度与混凝土面高度。需将导管埋至混凝土面下2～4m的位置，避免因导管埋设深度过大而不能拔出。同时埋设深度也不能过小，否则会导致抽出导管时破坏桩体的完整性[4]。

为了更好地对导管进行回收与再利用，在混凝土上升拔高时，应逐步拆除拔高的导管。在浇筑过程派人员全过程值班，并做好了水下混凝土浇筑记录。

3.9   套管起拔

浇筑完毕后，将多余伸出地面的一次性套管割除，安装直径2m套管，与原有套管接头。完成后起拔外侧消摩套管，每拔起一节套管向2层套管间抛填一定数量的黏土或小碎石，直至套管全部拔起。

3.10   成桩检测

待桩体强度满足工程标准后，除去多余部分之后再进行检验，检查方法及内容参照相应规范。

4    钻孔通过岩溶时关键技术措施

4.1   加强泥浆质量控制

在水泥中添加适当的水泥、火碱和木屑，以增加水泥的胶体度和悬浮力。质量配合比一般为黏土：水泥：碱=1：0.2：0.04，木屑按黏土体积的10%添加。

4.2   采取泥浆护壁技术

对溶孔面积较小、填充物多为较疏松的不稳定地层，采取泥浆护壁技术，并采用优质水泥，以保持洞内的水平标高。及时向洞内投袋装泥浆、粒度不超过13cm的片岩，并密封护壁，使其形成封闭环境，以避免渗漏和塌洞。

4.3   采用全护筒工法

对空洞较大的溶洞或流塑状充填物采用全护筒法施工。溶洞冲击作业中，当冲击到洞顶后需逐渐提起冲锤。若冲锤提升顺利，表明洞顶已成圆滑垂直的孔。当钻至溶洞底部时，内护筒采用专用工具下降，以使内护筒逐步降低至溶洞底部。

4.4   采用化学注浆方法

若桩位处有多层溶洞，需采用化学注浆方法进行处理，待溶洞填充物强度达20MPa以上，再采用冲击钻成孔。采用分段注浆施工工艺，注浆压力为1～3MPa。水泥浆选用普通硅酸盐水泥，初凝时间約2～4h。采用水泥一水玻璃与水泥的复合浆液作为化学浆液，水玻璃、水灰、水泥浆按照1：1：1的比例进行调配。采用跳孔和隔孔注浆法。注浆设备采用注浆泵，泵压为0.6～7MPa。

5   结束语

岩溶发育地区地质复杂具有不确定性，容易造成钻孔灌注桩施工存在一定的危险系数，从而引发安全、质量事故。本文以凤翔特大桥的钻孔灌注桩工程为背景，采用多项措施，成功地解决了钻孔灌注桩成孔困难的技术难题。检测结果显示，桩基无缩颈、扩孔等常见质量通病，检测结果全部合格，I类桩占桩基总数的93%。

参考文献

[1] 李贵，张健.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术研究[J].工程

建设与设计，2021（3）：173-175.

[2] 曲冶.铁路桥梁建设中的岩溶地层钻孔灌注桩施工技术[J].

工程建设与设计，2021（21）：180-182.

[3] 刘信芳.喀斯特地区旋挖钻孔桩施工技术和质量控制[J].中

国水能及电气化，2022（7）：：34-38.

[4] 程文星.岩溶地区钻孔灌注桩成孔的施工技术[J].建筑技

术开发，2022（3）27-29.