1、1岩溶地区多层溶洞超长钻孔桩施工技术单位：中铁十七局武广客专项目部作者： 胡开保 13450347518电子信箱：2岩溶地区多层溶洞超长钻孔桩施工技术广东韶关属岩溶蚀地区，因其地质条件复杂，如土洞、岩溶 (溶洞、溶沟、溶槽)、构造带( 断层、裂隙)发育，地下水丰富甚至有地下暗河通道等，严重影响钻孔桩基础的施工质量及安全。新建武 汉至广州铁路客运专线 XXTJVI 标段白土特大桥位于广东韶关市曲江区境内，其桩 基础设计为钻孔桩，穿越多层溶洞且桩长较长， 给桩基施工造成较大困难。本文通过对 灰岩地区多个超长桩基础施工经验的分析，提出一些经验性意见。一、工程概况白土特大桥设计为 47-32m 后张法
2、预应力混凝土双 线整体简支箱梁，全 长1548.58m，起迄里程为 DK1996+769.71DK1998+318.29。基础采用钻孔灌注桩基础，共 322 根，由于地质情况复 杂，溶洞 较多，桩长最长 达 63m（穿越多层溶洞），桩基直径 1.25m，桩底嵌入完整基岩 2m 以上。墩柱高度 10m 以上为空心墩，最高墩柱为11.5m。钻孔灌注桩施工重难点主要是溶洞处理、成孔质量控制、超长钻孔桩施工和成桩质量控制。二、施工机械选择根据白土特大桥桩基情况，选用冲击钻机成孔， 钻头选用十字丝钻头（或 m 字型钻头），不宜采用管筒钻头 ；钻机钢丝绳安全系数不得小于 16。三、钻孔桩施工工艺流程钻孔桩
3、施工工艺流程为：平整场地测定桩位埋设护筒钻机就位钻孔（设泥浆池制备泥浆、沉淀池清渣）及溶洞处理第一次清孔下钢筋笼下导管第二次清孔灌注混凝土桩身检测。四、施工工艺控制成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量若控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身混凝土灌注质量和造成桩承载力下降。因此，在岩溶地区超 长钻孔桩成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。4.1 钻机就位钻架应焊接牢固，基底应平稳，采用枕木 进行铺垫，地基松软时应远离桩孔，以免造成侧压力而导致塌孔；钢护筒采用 5mm 厚钢板制作，直径 1.7m，高度需大于2.5m，
4、为增加刚度防止护 筒变形，在 护筒上、中、下部各 焊一道箍筋进行加固。在护筒定位后应及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于 50mm，并认真检查回填土是否密实，以防止钻孔过程中发生漏浆或下坠的现象。护筒埋设应高出原地面 30cm。3钻机就位后复核钻机平整度及钢护筒顶面标高，并作好记录，以便成孔后校验成孔深度。4.2 钻孔顺序对同一墩台上不同桩位钻孔应采用对角钻孔，隔孔施工，且下一根桩基施工时上一根桩基强度需达到 2Mpa 以上才能施工，以防冲击钻孔时造成已灌注混凝土桩剪切破坏，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。4
5、.3 先施工桩长较长、溶洞较多的桩孔施工中应根据设计图纸及地质报告，对同一墩台上不等桩长设计时应先行施工桩长较长、溶洞较多、施工较难的桩孔。钻孔桩中有溶洞的 桩第一根桩孔施工时一般较困难，一定要保证上一层 溶洞处理好了才能继续下钻，保证所遇到的溶洞都处理好了之后才能进行混凝土灌注。4.4 确保桩身成孔垂直度为了保证成孔垂直度满足设计要求（小于 1%），应采取扩大钻机支承面积使钻机稳固，施工过程中经常进行 测量检查，校核 钻架及钢丝绳的垂直度，校 对护桩等措施，并于成孔后下放钢筋前作用验孔器对桩孔孔径、倾斜度进行检查。4.5 成孔检查及第一次清孔在冲击钻孔过程中应做好钻孔记录，应每两小时记录一次
6、，标明各类土石层所处位置及厚度，特别是应记录 好遇到溶洞时的位置及深度。根据不同土层情况对比地质资料，随 时调整钻进速度，并描绘出地质剖面图。当钻头达到土石分界线后冲击进尺会明显减小，一般土层冲击进尺为 0.4m/h，进入岩层一般为 0.1m/h 或更小，对刚进入岩层时应采用小冲程钻孔，对在施工中发现岩面与钻头是倾斜面的应回填片石进行纠偏处理，片石回填高度应达到 3m 以上。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过 10mm 就要及时调换或修补钻头，以免造成孔径变小或卡钻现象。在离孔底 2m 时应放慢冲进速度，小 进程冲孔可将孔内渣 块磨碎以便清孔。
7、终孔后测绳复核成孔深度，测绳使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常用钢尺进行复核。钻孔到达深度后应进行第一次清孔，清孔时应按先清渣后清浆原则进行，即先不降泥浆比重，保证泥浆比重在 1.3 以上，先将孔内的渣粒清除至沉淀池内，清渣 过程中应经常用钻头对孔底进行搅动，保证孔底不沉渣。桩长较长时第一次清孔时间应达到 10 小时以上。4.5 钢筋笼制作和吊放用于钢筋笼制作的钢筋必须经检验合格后才能使用。在钢筋加工场对钢筋笼逐节验收， 对质量不符合要求的 焊缝、 焊口则要进行补焊 ，验收合格后，编号待用。4在钢筋笼吊放过程中，注意钢筋笼不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢
8、筋笼变形等现象，应 停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的， 应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新 验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间 。需要预埋声测管的钻孔桩一定按设计位置预埋声测管，声测管的接头一定要连接紧密不漏浆，确保检测顺 利进行。4.6 导管下放和第二次清孔等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润 土，拌制泥 浆必须根据施工机械、工艺及穿越的土层进行，配合比设计。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，使用前需对导管做密水性试验，以防止漏气漏
9、浆而影响灌注。 导管出现变径或缩径及管壁出现凹槽时不得使用。导管距离孔底高度为 3050cm。混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口泥浆粘度测定在 1822s；含砂率不大于 2；泥浆比重不大于 1.1；胶体率不小于 95%时，沉渣厚度均符合规范要求后，应立即 进行水下混凝土的灌注工作。在浇筑混凝土时拆除泥浆泵及安装漏斗过程中需要一定时间（一般不超过 10 分钟），这 段时间内孔底有可能会形成一部分沉渣，所以当漏斗安装好放入混凝土时应采用高压风机对孔底沉渣进行翻动上浮，时间为分钟。严禁采用加深孔深代替清孔。4.7 混凝土灌注混凝土在拌和站集中拌和，混凝土运输车运输至灌注现场，导管法灌注混凝土
10、成桩。用于灌注混凝土的原材料必须经检验合格后方可使用，拌和站严格按试验室出具的施工配合比进行拌和，每 盘拌和时间不得少于 60s。混凝土运输到现场后现场每车检测混凝土的坍落度，坍落度控制在 18-22cm，坍落度不合格时，严禁使用，以防灌注混凝土时堵管。浇筑首盘混凝土时应注意：导管下口距孔底的距离一般为 3050cm；漏斗底口处必须设置严密、可靠的隔水装置，该装置必须有良好的隔水性能并能顺利从管底口排出，可采用比导管直径稍小的充气皮球或袋装混凝土做隔水装置；浇筑混凝土导管埋入深度不小于m。封底砼灌入后应仔细检查封底情况，确认封底成功后进行正常浇注。浇注要连续有序地进行，尽可能缩短拆除导管的时间
11、，中途不得停顿，每根 桩的浇筑时间不应太长，宜在 6h 内浇筑完成；当漏斗内或导管内砼不满时，徐徐地浇注，防止在导管内造成高压空气囊，压漏导管。5混凝土灌注过程中应随时掌握导管的埋入深度。混凝土灌注应连续灌注成桩，导管埋入深度一般宜保持在 2m6m，不宜大于 8m 和小于 1m，严禁把导管底端提出混凝土面。向上抽拔导管的力度要适中，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔 导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落， 桩 身夹泥， 这种现象称为“包饺子”，尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中要认真做好记录。在混凝土灌注中在遇有溶洞处应适当把导管埋深加大，并随时观察混凝土下落速度、孔内泥
12、浆面及泥浆溢出量。当混凝土面接近钢筋骨架时，使导管保持稍大的埋深，并放慢浇注速度；当井孔砼面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使 钢 筋骨架在砼中有一定的埋深， 稳定钢筋笼，防止钢筋笼上浮。为确保桩顶质量，砼浇筑至桩顶设计标高 1.0m 以上。五、溶洞的判断主要通过以下方法进行判断：1、准确的地质资料图；、听声音，看气泡：如遇岩溶空洞时能听到咚咚的声音，并能看到有大量气泡往上冒；、孔内水位突然下降；、与其相邻的孔内水位下降至同一个水平面：下部岩溶已连成一体形成空洞。、钻孔钻进速度，遇有溶洞 时钻进速度较快。6、当击穿面超过中心面，钻头突然倾斜、突然下落。7、地面沉降、塌方。六、溶洞处理穿越
13、溶洞时先在洞顶回填部分小片石，然后采取小冲程击破洞顶。击破洞顶后及时回填补浆，视溶洞揭示情况采用不同的处理方法，溶洞处理主要采用以下几种方法：、抽浆补浆：钻孔时，击穿溶洞 顶板后，泥 浆会急速下漏，此时要及时补浆，以防坍孔。另外抽浆补浆也可处 理缓慢漏浆或机械回填不及时如裂隙漏浆等；、回填粘土、片石：回填粘土适合于处理较小的空溶洞或有松散填充物的溶洞。回填的粘土必须装袋或采用机械加水拌和成块状往孔内回填，如是松散粘土只会形成造浆，起不到溶洞堵塞作用；片石的粒径不易大于孔径的 1/2，回填片石和粘土时，应叠层回填。、回填片石：对于填充物为软土的溶洞钻进时，容易糊钻，并容易缩孔，需要回填片石，冲击
14、挤入孔壁四周，防止糊钻和缩孔；、回填水泥和粘土混合料：适合于处理成孔困难时或极松散填充物的溶洞，水泥的掺入量在 5-10%之间，回填后需静置 12 小时以上方可钻进；6、岩溶注浆：对于较大的无填充物的溶洞在有准确的地质资料的情况下，可事先对溶洞超前注浆。先选择一个合适的孔位，放入并固定钢套管，将注砂（碎石）管与 钢套管相连接，在注浆前灌砂（碎石）。根据成桩直径、 围护体积的最小直径及堆积体成形规律， 计算填砂（碎石）量。用压风机将干砂压入， 为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它孔作为减压孔。待达到 计算的填充体积， 压力稳 定时，即可停止。灌入碎石 时钢管上置碎石料斗，碎石粒径不大于 2，投料 时
15、振 动钢管，以防止堵塞，填充量控制与填砂控制方法相同。用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在 0.51.0范围，具体 压力值由现场试验确定。速度为 15 20/min，其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石) ，然后固 结，渗透最小直径定 为 3.0，以保 证 冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。 浆 液选用水泥浆，用 32.5 级水泥，水泥浆配合比为水水泥=0.8 1.0。若需用水泥砂 浆 ，则配合比采用水水泥 砂=110.8，需要用双液浆时 ，水玻璃的含量根据现场试验确
16、定。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液与砂子(或碎石 )初步达到胶 结后再注 浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。注浆完成后 10 天后方可开始冲孔钻进。6、钢护筒跟进：适合于溶洞上方为卵石土层时， 为击穿溶洞顶板后浆液补充不及时，卵石土层坍塌埋钻，可采用钢护筒跟进的方法穿越溶洞，但此方案代价 较大。溶洞处理方法：由简到繁，必要时以上几种方法混合采用。但是必须遵循上层溶洞没有彻底处理好后，不能盲目进尺。否 则，钻进到下面 时，上面的溶洞漏浆，仍需要回填到溶洞标高处理。七、超长钻孔桩施工及常见故障处理超长钻孔桩在施工中需对对桩径、桩长、 桩位
17、偏差及桩倾斜度进行严格控制。在施工中要随时对桩位进行测量，检查护桩。 对发现有偏孔的应及时进行处理。钻孔桩常见故障及处理如下：、地表塌孔：应查明原因和位置， 进行分析处理。坍孔不 严重时，可采用加大泥浆比重、加高水头、加深护筒等措施后继续钻进；坍孔 严重时，先用片石 挤压夯填后再进行钻孔，必要时回填重新 钻孔。、斜孔、弯孔、梅花孔：主要是遇有较大突石、孤石，钻头滑偏或钻架移动。可提升钻头重新调整钻架并进行固定后再钻孔，将钻头提起到偏斜处进行反复扫孔，直到钻孔正直。如发生严重斜孔、梅花孔、探 头石时， 应采用小片石或卵石与黏土混合物回填到偏斜处，待填料沉实 后再重新钻孔纠偏。、扩孔、塌孔、缩孔：
18、可采用抛填片石（加黄泥）、护 筒跟进（如护筒卡住可再做较7小的套筒）、迅速补水、混凝土围圈法、注 浆法等进 行处理。、卡钻：主要是因为钻头磨损严重、探 头石未冲碎、砂 砾层较厚、孔内掉下物件、粘土层中冲击深度太大等原因造成。不应强提钻头，应采取晃动大绳以及其他措施，使钻头松动后再提起。先分析原因对应进行处理。、卡钻、埋钻：主要是塌孔、钻头停钻时间过长、孔壁落石及钻头磨损严重未更换而未拔出、泥浆抽浆太快。先分析原因对应进行处 理，可采用 边左右晃动大绳边提升钻头、高 压风机进行沉渣翻 动进行处理，必要 时可采用孔底小药量爆破冲击钻头。发生卡钻、掉钻、埋钻时严禁人员进入没有护筒或其他防护设施的钻孔内。必 须进入有防护设施的钻孔时，应确 认钻孔内无有害气体和备齐防毒、防溺、防埋等保 证的安全措施后方可进入，并应有 专人负责现场指挥。
