岩溶地区冲击钻进桩基施工中常见问题及处理措施

'第38卷第1期铁道技术监督研究与交流、01．38NO．1}{All、、(¨AlIr、(：()T}{(1lSr【l1Y、、1)((1、{、1lNl(：ATIOS岩溶地区冲击钻进桩基施工中常见问题及处理措施崔艳(中铁十八局集团隧道公司，天津河西300222)摘要：岩溶区特殊的地质构造给桩基础施工带来较大困难。论述岩溶区不同地质条件下冲击钻进桩基施工技术，结合冲击钻进中常见的问题，如钻孔偏斜、泥浆漏失、塌孔、锤头被卡、脱落、锤翼崩落等进行分析，提出钻进事故防治措施。关键词：_T=程地质条件；岩溶；桩基础；冲击钻进中图分类号：TU473．1文献标识码：B文章编号：1006-9178(2010)01-0035-03碳酸盐岩地区因受地层岩性、地质构造、水文型：①赋存于冲洪积及残积层的孔隙水，渗透性地质条件的影响，溶沟、溶槽、石芽、鹰咀、溶强；②赋存于下伏溶洞、溶蚀裂隙及暗河中的岩洞、土洞等岩溶现象十分发育，基岩面起伏大。这溶裂隙水，连通性好，水量丰富；③赋存于构造些特点给桩基础施T带来很大困难。断裂带中的裂隙水，连通性强。1工程地质特征2冲击钻进技术1．1地层分布(1)根据岩溶地层(碳酸盐岩)岩性硬、脆、灰岩地区地层大致分布有4层：①人工填土研磨性相对较差的特点，为提高冲击钻进效率，冲层；②冲洪积层，分布有粉质粘土、粉土、砂、砾锤底刃硬质合金采用长度为5(3I／1左右，问距为等，呈软塑至可塑状态，孔隙潜水量大，渗透性能30em，呈梳齿状交错排列，以减少钻头底刃与孔好；③残积层，由灰岩风化残积而成，一般为湿～底的接触面积．提高钻头单位面积冲击力，增强对饱和、流塑至可塑状态，与基岩的接触带部分由于岩石的破碎效果，提高钻进效率。潜水影响呈流塑状态；④岩层，为灰岩、断层、裂(2)孔口护简埋设稳固，根据不同地层特点，隙、岩溶发育，基岩面溶沟、溶槽等溶蚀现象严采取相应的护壁措施。在土层中钻进时，向孔内投重。入少量碎石，防止糊钻；采用小冲程冲击钻进，使1．2岩溶发育特征碎石挤入土层增强孔壁稳定能力，提高护壁效果：(1)自上而下，南强变弱；基岩面上分布着溶在岩层中钻进时，根据地层情况，钻进时采取向孔沟、溶槽，浅部基岩岩溶发育较强，有的甚至呈串内投入优质粘土等相应钻进措施，冲击造浆排渣，珠状自上而下分布，深部为古老溶洞，分布较少，维持孔壁稳固；在对严重破碎地层、砂卵石等地层暗河为古老溶洞连通而成。中钻进，可投入粘土和水泥等材料，用冲锤将粘土(2)浅部溶洞充填物多．深部充填物少。充填和水泥等材料挤入严重破碎地层、砂卵石等地层物呈全充填～半充填～无充填，一般呈流塑～软塑状中，形成胶结，稳固孔壁，防止泥浆漏失、孑L壁掉态。块与坍落。(3)构造裂隙发育，地下水活动频繁地方溶洞(3)确保钻孔垂直度，钻进过程中要经常校核较发育。桩孔的垂直度。1．3地下水特征(4)遇溶洞时，应根据溶洞大小及特点，按岩灰岩地区地下水按其赋存介质可分为3种类溶处理技术采取相应的钻进措施。对于小溶洞，可向孑L内抛入粘土、碎石、片石后钻进；对于直径大收稿日期：2009—08—04的溶洞，冲击钻进时易引起钻头被夹、卡或歪斜，作者简介：崔艳，程师 研究与交流地I冲钻进桩基施l中常见f_Jj题及处理措施钻穿溶洞顶板后，向溶洞内填入块石、碎石、粘通．泥浆沿裂隙通道漏失。土(溶)洞相互连通，土、水泥等材料，采用小冲程冲击，形成人工稳定遇洞后泥浆漏失，遇无充填的土(溶)洞时，泥浆孔壁后钻进，必要时下钢护筒至溶洞底扳，用钢筒快速漏失。遇透水性强的砂层、砂砾层、卵石层等护壁钻进。若采用常规措施处理无效时，可在相应孔隙较大地层泥浆沿孔隙漏失。孔段灌入混凝土，利用混凝土来改善、调节地层的3．2．2漏浆预防措施稳定性和均匀性，待混凝土凝固后再进行钻进。开孔前将孔口护筒埋设稳固以防地表水渗人。(5)采用反循环清孔、排渣，确保工程质量。遇人工填土等松散土层时，向钻孔内投入粘土与少量碎石，小冲程冲击挤密，以增加孔壁土体强3施工中常见问题分析及防治措施度降低土体渗透性；遇砂、卵石层时，投人适当优3．1钻孔偏斜原因分析及防治措施质粘土．低程反复冲击将粘土挤入以防止渗漏，增3．1．1原因分析加泥浆中的固相含量，加大泥浆的比重和粘度，保桩孔倾斜的主要原因为岩面起伏大，石笋持孑L壁稳定：在岩层中钻进时，向孔内投人含砂量(芽)、溶沟、溶槽发育，冲锤穿越土层进入基岩时较低的粘土，通过冲击将粘土挤入基岩裂隙中，防冲顶倾斜岩面下滑，导致钻孑L倾斜；溶洞顶底板止浆液漏失，维持泥浆浓度；钻遇破碎严重地层、不平，锤头中心与钻孔中心线不重合；穿越较大土土(溶)洞、基岩面时，向孔内投入粘土、碎石、(溶)洞时，因充填物强度低，冲击钻进时冲锤摆片石、水泥等混合物，用冲锤挤压，对孔壁起到较动较大导致钻孔倾斜。好的胶结和稳固作用，堵塞漏浆通道。3．1．2预防措施3．3钻孔塌孔原因分析及防治措施依据工勘资料，掌握灰岩和溶洞埋深，冲击钻3．3．1塌孑L原因分析进至基岩面和溶洞顶面时采用小冲程施工，减少锤当钻头冲穿无填充物或仅有少量填充物的溶头顺倾斜岩面下滑趋势，待在倾斜的岩石面上冲击(土)洞顶板时，钻孔内泥浆液面急剧下降，孑L壁出台阶后，随台阶截面的增大逐渐提高锤头冲击钻失去护壁压力，外部地下水渗透压力过高，引起孔进行程，防止钻孔顺倾层岩面倾斜。壁坍塌。冲击钻进过程中，如发现钢丝绳偏摆严重，说钻孔内泥浆漏失，泥浆液面下降，孔壁失去护明孔底不平或软硬不均。钻头歪斜严重，此时应立即壁压力或护壁泥浆液压小于地下水侧向压力时，孔停钻，向孔内投入抗压强度大于灰岩的岩石，在孔内壁受力失去平衡而坍塌。创造均质截面，并采用“低程勤击”方法冲击钻进，冲入土(溶)洞时钻孔内快速涌水、突水，导致以减少锤头倾倒量，防止钻孔倾斜。填石高度一般以孔内泥浆比重下降，护壁压力降低，导致孔壁坍塌。高出引起钻孔倾斜界面以上为宜。如冲至原位后钢丝钻遇溶(土)洞时，洞中的流～软塑状充填物绳仍偏摆严重，应继续填石纠偏直到钻进平稳。涌人孔内，引起土洞破坏或土洞进一步发展而导致钻进过程中每钻进2～4m应检查钻孔垂直状坍塌，有时甚至引起大面积地面塌陷。况。发现钻孔倾斜应提出钻头，向孔内抛入1m冲穿承压含水层时．外部地下水涌入孔内．护厚片石，以小冲程冲击钻进方法校正钻孔；如遇多壁泥浆变稀，孔内压力失衡而引起坍孔。次抛填片石小冲程钻进仍难纠偏时，需清孑L后在孑L地下水位上升，外部地下水、地表水涌入孑L斜段以水下混凝土灌注方式灌注高强度混凝土，待内，导致孑L内泥浆比重下降，孔内压力失衡而引起混凝土凝固后再进行冲击钻进。坍孑L。钻孔倾斜严重时，为避免在原光滑孔壁和基岩3．3．2塌孔预防措施面上重复冲击影响纠偏效果，可将桩位往与钻孔倾提高泥浆对孔壁的侧压力，即提高泥浆比重，斜方向相反方向移动后重新冲孑L，在倾斜的岩石层增加泥浆的固相含量，泥浆比重一般应大于1-3。面冲击出台阶后逐步移至设计桩位钻进。保持泥浆液柱高度，根据钻探资料预计可能漏3．2钻孔泥浆漏失原因分析及防治措施浆位置，采取相应措施。施工时认真检查孔内泥浆3．2．1漏浆原因分析液面高度、泥浆稠度、泥浆比重和孔外水位变化情岩体裂隙发育且与溶沟、溶槽、溶洞相互连况，及时取渣分析，如出现漏浆．立即向孔内抛入·36· 铁道技术监督第38卷第1期优质粘土等止漏材料后低程冲击，将粘土挤入裂当钻进接近灰岩面或溶洞底板时，减小锤头行隙、孔隙，堵塞裂隙、孔隙等漏浆通道。保持泥浆程，以降低锤头冲击力。密度与稠度；如泥浆漏失强度大时，向孔内投入块冲遇陡倾角基岩面、溶洞底板和石芽时，向孔石、片石、砂袋和袋装粘土。采用低程冲击方法把内抛人片石等材料，创造人工均质截面，使锤头底投入物挤入溶(土)洞或大裂隙中，待泥浆液面上部受力均匀。升至孔口且不再漏浆后，在高于漏失带1m处，3．4．5锤头脱落原因分析提出锤头，向孔内投入适量整包水泥后再冲击，使当锤头冲穿溶(土)洞顶板进入溶(土)洞水泥与石块、粘土和砂结合，形成人工稳定孔壁，时，未采取有效预防措施，在制动刹把的瞬间，锤防止浆液漏失。头仍惯性下行，引起钢丝绳受力过大被拉断，导致孔壁出现局部坍塌时，立即填入优质粘土，以锤头脱落。提高泥浆比重与稠度，进而提高泥浆护壁能力，防冲遇倾斜基岩面、溶洞底板时，锤头顺倾斜岩止坍塌进一步发展。面下滑，引起钻孔倾斜导致提锤困难，引起钢丝绳当孔口坍塌不太严重时，在孔口重新埋置大于或锤销被拉断，造成锤头脱落。设计孔径一级的护筒．周围用水泥碎石固定，待水3．4．6锤头脱落预防措施泥凝结后再施工；当孔壁、孔口坍塌严重时，用优熟悉地层情况。掌握灰岩和溶洞的埋深，根据质粘土(必要时加入水泥)回填至孔口并压实，经不同地质条件选取合理施工T艺参数。夯实后，采用小冲程重新钻进，必要时回填压实后检查锤头和提引系统状况，如不符合要求应及直接下人钢护筒护壁施工。时更换。3-4锤头被卡、锤翼崩落、锤头脱落原因分析及因岩溶或基岩面倾斜导致锤头歪倒时，孔内抛防治措施人片石等材料，创造人工均质截面。减小锤头歪倒3．4．1锤头被卡原因分析量。由于岩溶区溶沟、溶槽、石芽、孤石发育，基施工时出现卡锤、埋锤等事故后，经常规处理岩起伏岩面倾斜，溶洞顶板厚度不均易引起钻孔倾无效时，可振打人钢护筒到卡锤、埋锤位置，以钢斜而导致挤钻、卡钻；孔壁存在“探头石”，岩石筒为护壁，人工挖出冲锤。碎块掉入孔内导致锤头被卡；冲进溶洞后冲锤滑4结语动，锤头被溶洞顶板卡住。3．4．2锤头被卡预防措施岩溶地区冲击钻进桩基施工前，应认真查明场定期修补锤头，保持锤头直径，保证孔壁光地的地层结构，岩土特性，岩溶发育程度规律，基滑。．岩埋藏条件、起伏程度，溶洞的发育程度、埋藏条在岩溶发育孔段施工时采用小冲程冲击钻进，件、充填状况，含水层的富水性及各含水层之间的以减少或消除“探头石”。水力联系，制定相应的桩基施工工艺方法；根据地冲遇溶洞底板或基岩面时，采用小冲程慢速冲质条件和钻进情况，采用向孔内抛人片石、粘土等击钻进，并向孔内抛人片石等材料．以减少锤头歪材料创造人工均质冲击钻进截面，人工稳定与防漏倒量，防止钻孔倾斜。孔壁可防止钻孔倾斜、泥浆漏失、塌孔等钻进事保证泥浆质量，护壁稳定，防止孔壁石块掉人故，保证施工顺利进行。孑L内。3．4．3锤翼崩落原因分析参考文献基岩面起伏强烈或溶洞底板倾斜较大。孔底岩『1]铁道部经济规划研究院．铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S]．北京：中国铁道出版礼，2006．体质地不均。导致冲击钻进时锤头底面承受岩体的『2]中国铁道科学研究院．Tz21O一2oo5铁路混凝土工程施工技术反作用力不均，质硬一侧锤翼受力过大而导致锤翼指南[s]．北京：中国铁道出版秆，2006．崩坏、脱落。[3]姚燕，王玲．高性能混凝土[M]．北京：化学工业出版社，3．4．4锤翼崩落预防措施2oo6．经常检查锤头、锤翼，发现裂痕及时补强。[4]铁建设[2004]157号，京沪高速铁路设计暂行规定[s]．·37·'