岩溶地区桥梁桩基施工技术

岩溶地区桥梁桩基施工技术

蒋北冰

蒋北冰

（中铁十五局集团第二工程有限公司，河南焦作454000）

摘要：本文主要根据江西省万载至宜春高速公路的地质特点，结合施工中出现的具体溶洞类型，针对岩溶地区在桩基施工中出现的卡钻、漏浆、塌孔等常见问题以及采用的技术处置方案和应急预防措施进行进一步的讲述。

关键词：岩溶地区；桥梁；桩基施工；溶洞类型；技术方案

前言

本项目所处的岩溶地区灰岩分布广泛，路线范围内地质构造复杂，断裂构造发育，在岩性及构造等多因素的影响下，岩溶非常发育，致使在桩基施工的过程中稍不小心或不谨慎就会造成一些列的质量安全事故如漏浆，塌孔，卡钻等等严重的质量问题。为保证桥梁桩基施工质量，确保成桩合格率，在施工开展全过程必须对桩基施工加以预控和技术保障。

1工程概况

1.1线路概况

万载至宜春高速公路，路线起点里程桩号为K0+000，地理坐标东经114°24′，北纬28°03′，公路由北向南，途经万载县马步乡、袁州区柏木乡、三阳镇、袁州区工业园、湖田乡，终点位于宜春市以北规划中的湖田公路，里程桩号为K33+980。

1.2地质条件

项目所在区属低山丘陵地区，地层由二叠系（P）灰岩及砂岩、三叠系（T）灰岩及砂质页岩、第四系粉质黏土、粉土组成，灰岩分布广泛，路线范围内地质构造复杂，断裂构造发育，岩体破碎，在岩性及构造等多因素的影响下，岩溶非常发育，通过地勘单位的超前逐桩钻探分析，溶洞率接近60%，并且类型复杂，施工难度极大。如不采取有效的处理措施，会对公路建设产生很大的影响。

1.3施工准备

针对本工程溶洞分布广，地质条件复杂，施工技术难度大，为确保工期和质量要求，在桩基施工过程中，需采取以下措施；

材料准备：工地现场常备片石120m3，粘土180m3，水泥10T，编织袋200条。

机械配备：装载机50型一台，25T吊车一台，1m3挖掘机两台。

施工布置：选择使用有丰富岩溶地质施工经验的施工队伍，为应对复杂的地质情况，每台钻机同时安排两组施工人员，实行钻机24小时作业，以此来弥补溶洞处理消耗的时间。

2溶洞的分类

（1）根据地质勘察报告，可将我合同段内的溶洞按以下标准分三类：

a.0～3m；

b.3～8m；

c.大于8m；

（2）按洞内有无添充物分：

a.有充填，已填满，包括亚砂土和亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分。

b.半充填，有一半左右充填。

c.无充填物，为空洞。

（3）按是否漏水分：

a.全漏水，与其它溶洞相连。

b.半漏水。

c.不漏水。

3具体施工方案

针对本工程溶洞分布较广，施工技术难度较大，本工程又为省重点工程，从严把质量关、确保工程进度、确保施工安全考虑，把桩基溶洞处理列为重中之重，根据地质超前钻报告及设计单位指导意见，针对本工程溶洞分布的具体情况，确定先采用冲击钻成孔，然后根据具体情况采用投放抛填物的方法处理溶洞，后考虑采用下放钢护筒的方案。

针对半填充或者无填充的大型溶洞桩基，如果大型溶洞的顶板至地层表面比较薄，可采用钢护筒跟进至大型溶洞底板的处理方式进行溶洞的处理。

4溶洞的处理方案

根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的处理方法，主要的处理方法有：常规成孔、抛填法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护筒法等。

4.1方案一：常规成孔法

应用范围：

（1）溶洞高度小于1m；

（2）溶洞内有充填物，是可塑或软塑的亚粘土，填充情况良好，并且溶洞不漏水。这时可以不考虑溶洞的存在，而按照正常的地质情况施工。采用冲击钻成孔，如果洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，可以按无溶洞的情况施工。

4.2方案二：抛填法（片石粘土筑壁）

4.2.1应用范围

（1）溶洞内有填充、无充填或半充填；

（2）溶洞高度在0～3m，存在漏水；

（3）溶洞高度在3～8m，存在漏水。

4.2.2施工方法

对照地质图，当钻至溶洞顶板lm左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降，这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石、粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当回填厚度大于lm时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。

4.3方案三：护筒跟进法

4.3.1应用范围

（1）溶洞内有填充、无充填或半充填；

（2）溶洞高度在3～5m；

（3）溶洞高度大于5m。

4.3.2施工方法

（1）溶洞高在3.0<h<5.0m，对于多层溶洞间距较小的采用钢护筒穿越处理。先用冲击锤进行冲孔、扩孔处理，然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部，为保证钢护筒的强度和刚度，每隔2m，设置加强钢板箍。

（2）溶洞高大于5.0m（多层），且溶洞间距较大时，拟采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。内护筒长度L=h+2m（h为地质超前钻确定的多层溶洞高），内护筒内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护筒内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3~～5cm。

a.内护筒长度的确定：

护筒长度L＝h＋2（m）（h为多层溶洞高度）

b.内护筒内径的确定：

内护筒内径应大于φ220cm，同时外径应小于外护筒内径5cm左右，如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径选用233cm，壁厚为1cm，则外径为235cm（主桥外护筒内径为240cm）。当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）选用220cm内径。

对寨下高架桥左幅9-2#桩基多层溶洞采取振动锤下钢护筒

5桩基施工注意事项

5.1溶洞顶部冲孔

根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开钻机（gps－30），采用冲击钻机ykc－30冲孔。用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。

5.2外护筒的制作及沉放方法

（1）外护筒的制作

外钢护筒制作时，先勘察地质质料，根据溶洞的层数确定外钢护筒的直径。钢护筒分节制造，工地拼接。先采用桩锤进行扩孔，钢护筒采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤，其振动动力为1600KN以上。钢护筒下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度，以便随时调正。护筒下沉至硬土层或岩面后，其倾斜度小于1%。

（2）内护筒的沉放

当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，GPS－30钻机重新就位。

5.3内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理

（1）在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。

（2）用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30mpa，其抗渗系数可达10～7m／s。灌浆处理后，即可重新冲孔。

（3）在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。

6故障及处理

6.1卡钻

如果钻进过程中被卡钻，可采用以下方法：一是水下割护筒底口挡住钻头部分；二是将钢护筒上拔或顶起一定高度，腾出空间，将钻头拉出。

卡钻的原因和处理方法：

（1）十字孔、探头石、落石等物卡钻，或钻头卡在溶洞内，上下提动无效时，用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击，将障碍物击破或挤走，提出钻头。钻头在冲击填充的片石时,冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下,可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。

（2）钻头被溶洞顶板卡住时，可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶，导出钻头。钻头提出后用小冲程慢慢修孔，必要时回填片石、黏土重钻。钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞，钻头倾斜，提不出来，应放小炮炸掉顶板岩,一般用药量为300～500g，一次不行可反复几次，在冲击到岩洞顶板时应采用小冲程打紧锤、打圆孔。

（3）发生卡钻事故后，不宜强提钻头，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。当钻头可以上下活动时，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拔动大绳使钻头旋转，反复多次，提出钻头。

6.2斜孔、弯孔

产生斜孔、弯孔的原因有三：

（1）是斜面开孔，通过溶洞时，未按正确的施工方法，如抛填粘土不及时，溶洞的位置测量不准确，以致钻头沿着软的部位下滑，造成斜孔；

（2）是出现没有预见的溶洞；

（3）是隔层相向的探头石，在钻进时相互扩孔，使钻纠正斜孔、弯孔的方法：回填片石、粘土重钻，反复数次；灌注水下素砼至弯曲部分以上的一定高度，待强度合格后重新施钻。

6.3清孔漏浆

由于覆盖层和溶洞之间相互串通，在地下水的作用下产生动压力，导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌，清孔时泥浆流失。其处理方法如下：

（1）探明泥浆流失的孔洞高程，在初步清基的基础上，在钢筋笼上焊接钢护筒，钢护筒上下口扩成喇叭形，在其上设止水带。当钢筋笼带着堵漏护筒初步就位后，进行正循环泥浆清孔。

（2）如孔弯斜严重，钢筋骨架插不下去，此时可接高钢护筒，尽力振下，然后灌注水下素混凝土至洞底，待达到规定的强度后，再装上钻机重新施钻清孔。

对于揭露有溶洞、裂隙等不良情况的桩基，也本着先易后难的原则，先施工裂隙发育较差的、溶洞较小的、溶洞层次较少的；最后施工溶洞大的、溶洞层次较多的等情况较复杂的桩基。

7结语

按照以上处理方案，根据桩基超声波检测数据显示，本项目岩溶地区一类桩合格率达到90%以上，未出现三类桩，对桩基施工的安全质量方面提供了有效保障。鉴于岩溶地区地质条件复杂多变的特点，施工过程中常见溶洞、裂隙、石笋等共存的现象，所以对该地区桩基础施工之前要加强对地面，地下的情况进行勘察，有条件的话最好针对每个桩位进行逐桩钻探取样，然后根据其地区熔岩类型的不同，相应的采取适合的方案进行施工以及做好相应的预防措施，确保施工的进度安全以及工程的质量，避免系列由于地质的原因带来的安全事故或工程质量问题的发生。