桥梁工程施工中岩溶桩基施工技术探析

'桥梁工程施工中岩溶桩基施工技术探析　　摘要：本文首先分析了岩溶区桩基施工方法，然后探讨了桩基施工常遇问题的处理措施，最后研究了桩基施工的难点及其解决办法，具有较强的意义和价值，供参考。关键词：桥梁工程；岩溶；桩基；施工技术中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：一、引言岩溶（又称喀斯特），是指水对可溶岩石（碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物盐等），进行以化学溶蚀作用为主要特征（包括水的机械侵蚀以及物质的运移与再沉淀）的综合地质作用，以及由此产生的各种现象的总称。随着越来越多的工程兴建在岩溶地区，岩溶地基问题就成为工程建设中的突出问题，加强岩溶地基稳定性分析评价，采用合理、经济的地基处理措施，有着重大的技术价值和经济意义。二、岩溶区桩基施工方法钻孔灌注桩施工方法有反循环钻成孔法，正循环钻成孔法和潜水钻成孔灌注法。岩溶区的桥梁桩基多采用钻孔灌注桩施工，且以反循环钻进成孔较为常见，基桩穿越溶洞时的施工是岩溶地区桩基施工的难点与关键。9 冲（钻）成孔法施工在穿越溶洞前，应根据地质资料显示的溶洞大小，准备好黄泥包、片石及充足泥浆以便发现漏浆时能及时有效地处理。当冲孔到溶洞位置时，一旦发现孔内泥浆液面下降，立即用大片石和泥包回填桩孔，并从储浆池向孔内补浆，直到孔内泥浆面稳定后再继续冲孔，溶洞位置要反复回填，反复冲孔，以使黄泥、片石能封堵溶洞，防止漏浆及浇注混凝土时混凝土流失。若溶洞规模较大，可采用C20混凝土或水泥砂浆封堵（加速凝剂）。封堵时向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0m处，上部回填粘土并注入冲洗液至孔口，待混凝土初凝后继续钻进。在岩溶地层中钻进应注意下列事项：（1）冲击钻头操作要平稳，尽可能少碰撞孔壁；（2）选用圆形钻头钻进，冲程宜小不宜大，加大钻头重量，悬距不宜过大；（3）遇裂隙漏失时，可投入粘土，冲击数次后，再边投粘土边冲击，直至穿过裂隙；（4）遇溶洞时，应减小冲程和悬距，慢慢穿过，必要时可边冲边向孔内投放小片石或碎石，以冲挤到溶洞充填物中作骨架，稳定充填物；（5）遇无充填物的小溶洞时，如果施工需要，可投入粘土加石块，形成人造孔壁；9 （6）遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块，将孔底填平，用十字形钻头小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，逐渐增大冲程和冲击频率，形成一定深度的桩孔后，再进行正常冲击。三、桩基施工常遇问题的处理措施1．坍孔钢护筒过短，没有穿透砂砾和卵石层落在不透水层上，当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，砂砾和卵石层失去稳定，形成漏斗状的坍孔。坍孔的处理办法：（1）当成孔深度不大时，可全孔回填粘土和片石，在暂停一段时间后，再深埋钢护筒至不透水层方可重新钻孔；（2）当成孔深度较大时，可将钢护筒一直座落在坍孔的喇叭口下缘的不透水层上，护筒周围回填干粘土，挤实后，再重新钻孔。坍孔后，由于回填土的密实度低于原来土体的密实度，致使桩周摩阻降低，对于摩擦桩应适当增加桩长以满足设计要求。2．漏浆漏浆是岩溶地层钻孔桩施工常见故障之一，主要是由于岩溶裂隙透水、桩孔与溶洞突然贯通，或钢护筒底部漏浆等原因所造成的。其预防措施有：（1）穿透溶洞时，应密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降漏浆，应立即提出钻头，向孔内补充泥浆或注水，保持住孔内水头压力并投入粘土和片石混合物；9 （2）当岩溶裂隙较大，因透水性强而发生漏浆时，应采取加大泥浆比重，改善泥浆稠度和控制钻进速度等措施进行处理；（3）当钻头击穿顶板进入溶洞时，若能保持桩孔内水压力，可向桩孔内抛填封堵漏浆的混合料，经小冲程反复冲砸后，形成新的造孔壁；（4）当钢护筒底部漏浆后，可继续下沉钢护筒，并用粘土封闭护筒周围缝隙，防止地表水继续渗入，然后向孔内填掷粘土块和碎石，填筑高度以高出钢护筒底lm为宜，最后用小冲程反复冲砸，达到加固钢护筒底部孔壁与堵漏的目的；（5）若不能保持水压力，表明空溶洞较大或其他溶洞连通，此时应先停止钻孔，加大堵漏混合物的抛填，再按钢护筒底部漏浆处理措施进行封堵。3．卡钻使用冲击钻钻孔时，由于钻头的抖动往往会有冲破孔壁，致使孔壁不圆，或形成梅花孔现象；此外，由于钻头磨损未及时补焊，钻孔直径逐渐变小，新钻头或补焊后钻头直径过大，以及在施钻过程中，由于冲程过大，突然击穿溶洞顶板，使钻头旋转不能提钻等均可导致卡钻。预防措施有：（1）及时更换或补焊钻头，并向桩孔中回填片石，在钻进面先用小冲程钻进，然后逐渐加大到正常冲程，转入正常钻孔；9 （2）在溶洞顶板施钻时应先用小冲程开孔，并注意旋转钻头，溶洞开口后，要及时抛填片石和粘土块填筑，逐渐进入正常钻孔。4．埋钻埋钻是钻孔中常见的而不易处理的故障，主要是由于孔壁塌陷造成的。在岩溶地层钻孔，钻孔穿越的溶洞顶板较薄、埋深较浅时，由于冲程过大，砸击溶洞顶板就可能出现溶洞坍塌，地表下陷，施工不慎便会发生掩埋钻头的情况。预防措施有：（1）发现漏浆应及时提起钻头，向孔内补水注浆，保持水压力，采取相应措施，堵住漏浆；（2）穿越溶洞时应改用小冲程钻进，防止击垮溶洞顶板，并准备好拖拉设施，系好滑车钢丝绳，做好钻机撤离准备。5．漏混凝土钻孔桩基础出现灌注混凝土泄漏的原因通常是由于混凝土的密度大于泥浆的密度。这是由于灌注水下混凝土时孔壁侧压力增大，冲破己形成的片石粘土孔壁封闭环而产生混凝土泄漏。预防措施有：（1）对高度比较小的溶洞，在按照上述方法形成孔壁封闭环后，再次抛入粘土和片石混合物，并超过溶洞顶板底面一定的高度，重新成孔以增加孔壁的厚度和强度；9 （2）对高度大且无充填物的空溶洞，应采用钢护筒跟进，并把不小于设计桩径的钢护筒要跟进至溶洞底，在确保钢护筒与溶洞的下层坚硬围岩密接后，继续钻孔至设计标高。6．孤石处理冲击成孔过程中，若遇到孤石，可抛填硬度相近的片石或卵石，将钻机稍移向孤石一侧，然后用高冲程冲击，或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。若孤石非常坚硬，也可采用孔内爆破法〔侧。一般可采用孤石表面爆破（简称贴爆）和定向聚能爆破两种方法：遇一般性孤石，将炸药包吊放在孤石表面引爆，震裂孤石，以利钻进；遇坚硬孤石，采用定向聚能爆破的方式，根据孤石的大小及坚硬程度确定用药量，只要药量控制适当，不会影响孔壁及施工平台的安全。三、桩基施工的难点及其解决办法1．防止桩孔偏斜与卡钻岩溶地貌的岩面特征是存在许多石芽、溶沟、溶槽等不良地质现象。冲孔至岩层表面时，如果存在陡峭岩面，而陡峭岩面两侧岩上强度相差悬殊，冲孔的重锤会自然偏向软的一侧，因而导致桩孔偏斜。在同一部位，如石芽、溶沟、溶槽侧面间距狭窄时，还容易发生卡钻事故。还应当指出由于地层层位变化很大，当不同地层软硬差别很大时，也可能出现桩孔倾斜。为防止这类事故发生，施工中采取了以下措施：9 （1）孔口导向，在表土层埋设长约3m的钢护筒，起导向作用，也在一定程度上起防止孔口坍塌的作用。（2）控制冲程和浆液比重，原则上对较软的土用小的冲程和比重低的泥浆，对坚硬的岩土用大的冲程和粘度高的泥浆。（3）回填硬质片石或块石，当出现偏锤或卡钻迹象时，回填石料，以求冲斗的作业而强度趋于均匀，且坚持采用低锤密击的作业方式，即可减少或防止偏锤孔斜和卡钻事故的发生。2．防止因漏浆引起的孔壁坍塌当冲孔至钙质砾岩裂隙溶洞带时，如遇空洞或充填较差的溶洞时，将出现孔内泥浆大部份或全部漏失。这时孔壁上层内外的压力不平衡，将导致孔壁坍塌等事故发生，严重时甚至出现地表孔口坍塌，危及人身安全。此外，也可能由于溶洞或裂隙水流入孔内，稀释了泥浆，使泥浆重度减少或变成清水，孔底沉渣变厚，无法返浆，更不能钻进。为解决这类问题，采取了下列措施：（1）合理规定施工顺序，先外围桩而后中间桩。9 （2）防坍孔措施，发生塌孔危险性最大的土层是基岩面以上的土层。为保证该段孔壁稳定，开孔施工时采用比设计桩径大100mm的钻头，冲击成孔至基岩面，然后下入钢套筒。在套筒外侧用黄土填实或填注按高强度级别配制的砂浆。这样即使孔内泥浆全部流失，也不致造成塌孔。（3）堵漏防渗措施，自桩孔往外漏浆和自裂隙往孔中渗水都是由于存在渗水通道，所以应及时堵塞通道。在穿越钙质砾岩裂隙发育带时，采用掷粘土球，再低锤慢击，反复进行多次，直至漏浆不影响正常施工为止。在穿越溶洞段时，除投掷大量粘上球外，还投入袋装水泥，墙漏效果更好。对个别渗漏严重的桩孔，灌注C20速凝水下混凝土进行封堵。这种方法，不但很有效，而且往往比采用钢护筒更经济。以上用于堵漏的方法原则上也可用于防止往孔内渗水。（4）控制泥浆性能，一般冲、钻孔桩施工都应控制泥浆的质量与它的物理指标。泥浆的比重等指标还可能是渗漏问题出现的信号。当大理清水渗流入孔时，泥浆稀释，重度下隆。当泥浆漏失，但流速不大时，往往泥浆趋浓。无论出现变稀或变浓现象，均会影响正常施工，甚至导致事故。所以密切注意监控泥浆的重度变化，并及时采取措施，才能确保顺利成孔。四、结语在岩溶区建桥应加强地质勘探，注意施工方法，并根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、精心组织设计与施工，并加强检测，确保桥梁安全。参考文献9 [1]母进伟．岩溶路基病害与处置技术国内外研究现状[J]．中国岩溶，2005（2）[2]高大钊．桩基础的设计方法与施工技术[M．北京：机械工业出版社，20099'