岩溶地段桩基施工

'3.3岩溶地区钻孔桩基础施工在岩溶地区从事钻孔桩施工，由于地下溶洞、溶沟的复杂性和不可见性，给钻孔灌注桩施工带来巨大困难，如何以最低的成本处理溶洞，通过对武广客专XXTJⅡ标段新店河特大桥钻孔桩施工实践，从诸多的施工方法中筛选出一种最常用、工艺最成熟的施工方法———抛填片石法和护筒跟进法进行介绍。以新店河特大桥为例。3.3.1工程概况新店河特大桥是武广客运专线一座控制性桥梁，共有1177根灌注桩。主要为摩擦桩和嵌岩桩，此桥所处地段岩溶强烈发育，岩面起伏较大，高程突变；基岩呈薄层状，层间裂隙发育，部分泥质充填；石灰岩顶面埋藏相对较浅。部分地段溶洞顶板厚度与洞跨比值小，存在切割的悬挂岩块，并且多数溶洞为半充填，部分为空洞。工程地质条件极其复杂，对桩基础的施工带来了一定困难。由于普通旋转钻机不能处理溶洞，且对洞底坚硬灰岩层钻进困难，极易损坏钻头，经综合考虑，选择冲击钻成孔。岩溶地区钻孔桩施工常见问题有：钻机倾倒、塌孔、漏浆、斜孔、卡钻等，岩溶地区的钻孔桩施工与普通地区的钻孔桩施工唯一的区别就是解决钻孔桩成孔问题，也就是如何解决溶洞位置钻孔护壁问题。该护壁的质量要求，不但要保证钻孔作业时泥浆不流入溶洞，还要能保证水下混凝土灌注顺利进行。施工初期围绕钻孔桩溶洞问题多次召开技术论证会，也采用过较多的施工方法，如岩溶注浆法、护筒跟进法、抛填片石法经过实践，最后将抛填片石法做为我标段最常用的溶洞处理方法。抛填片石法在实践中，由于操作简单，成本低廉，而且效果明显被广泛应用。下面就抛填片石法的施工工艺进行详细介绍。3.3.2施工工艺流程岩溶地区钻孔桩施工，除要执行3.2节工艺流程外，还需执行以下工序。 施工准备预处理及钻孔击穿溶洞顶板溶洞抛填片石或护筒钻进穿透溶洞，钻至设计标高岩溶地区钻孔桩基础施工工艺流程后续工序见3.2节3.3.3施工关键工序及技术要点在采用抛填片石法前在岩溶极其发育地段都采用在施工前先钻孔，往孔内注浆，能有效的加固地表并在溶洞内注入适量的水泥浆，能在一定程度上防止钻入溶洞时发生突然塌孔。当溶洞顶板被击穿后，孔内泥浆面肯定下降，且速度很快，为保证孔内水头，必须迅速对孔内补水，同时使用装载机将片石和黏土投入孔内进行堵漏孔内浆面稳定后，钻机重新开钻，反复几次后，片石和黏土在溶洞内形成挡土墙，完成堵漏护壁工作这种方法称为“抛填片石法”。具体工艺步骤和注意事项如下：（1）施工前准备工作备足片石和黏土，此项计算在施工备料中是一个重要环节。一般情况黏土可以就近取土，片石则需要购买，因为备料不足发生溶洞塌空孔的现象时有发生。片石和黏土比例为1∶1，其数量可按重力式挡土墙抗倾覆计算。准备充足的水源、直径10cm以上的水管和水泵，用于向孔内及时补水。准备小型装载机一台，用于向孔内投放土石用。（2）预处理措施岩溶地区的预处理措施主要采用的是岩溶注浆，根据设计地质柱桩图所反应的地质情况，选定溶洞及裂隙发育的钻孔桩进行打孔注浆，封堵裂隙及溶　洞，待等强后开钻钻孔，钻孔过程中配以其它的处理措施（投粘土、片石等），来保证成孔。注浆主要通过地质钻机钻孔至溶洞顶面（如有串珠状溶洞，钻至最低溶洞顶面），然后进行孔内注浆，如果溶洞无充填物，还要向孔内投入砂浆及粉煤灰先回填空洞后进行岩溶注浆。新店河特大桥76号墩、78号墩等多个墩位在钻孔过程中均采用了注浆的预处理措施，但注浆的效果并不是十分的明显，钻孔过程中溶洞坍孔还是时有出现，还是要靠投粘土、片石、水泥等办法来处理溶洞。 （3）钻孔一般情况下以正常速度钻孔，当到达溶洞顶板岩层后和在溶洞处理过程中以小冲程继续钻进。（4）击穿溶洞顶板这是溶洞处理的一个关键工序，存在着地面塌陷，钻机倾覆和人员伤亡的安全隐患。首先，击穿溶洞顶板后，孔内水位迅速下降，钻机司机应提起钻头，置放在距离钻孔4～5m的地面上，离开钻机；同时另一人将大水管放入孔口，对孔内补水，保持孔内水头高度；装载机向孔内填土石，土石的比例是1∶1,即1斗片石和1斗黏土填入，回填高度超出溶洞顶不小于3m，若此时仍在漏水继续回填土石，高度超出溶洞顶5m左右，等待2h观察地面有无塌陷迹象，若无安全隐患开始下步工作。第二步，钻机重新冲孔直至漏水止，开始第二轮回填，如此反复多次直到溶洞内的挡土墙不漏水为止，进入下步工作。第三步，挡土墙不漏水不能说明它能承受混凝土灌注时产生的压力。实践中发生过2次这种现象，一次是当水下混凝土灌注完成后，混凝土面下沉3.5m，一次是混凝土灌注中，混凝土面急速下降5m，造成断桩，必须重新钻孔施工。实践说明：当完成第二步堵漏工作后，必须反复回填土石，冲孔3次以上，提高挡土墙的抗倾覆能力，满足灌注混凝土时的压力。（5）穿越溶洞后，按正常速度继续钻孔直到设计桩底护筒跟进法成孔该方法原理是随钻头的进尺，钢护筒跟进直到穿越溶洞,这种用钢护筒作护壁的方法称之谓“护筒跟进法”。以孔径1.5m钻孔桩为例，护筒跟进法施工步骤：下沉大护筒至基岩，目的是防止覆盖层的砂土因溶洞漏水发生孔壁坍塌。选择护筒直径的根据是：内径大于钻头直径10cm，护筒直径级差10cm。直径1.6m的钻头，由于扩孔的原因，形成的孔可以安装外径1.6m的护筒。关于小溶洞填片石、黏土处理的问题，目的是为了节约成本，减少一级护筒。采用护筒跟进的钻孔桩，溶洞一般都有4层以上，对于洞高小于3m的溶洞，直接填片石黏土处理，节省一级护筒。 由于岩层倾斜，护筒刃脚处有可能与岩石接触不严密，施工时须尽量下沉护筒，直到不能下沉为止。钻孔至岩面的时候，为防止岩面倾斜导致偏孔，须抛填片石找平岩面，小冲程锤击，一般情况抛填0.5～1.0m片石，冲程1m以内。抛填片石法和钢护筒跟进法施工对比以孔径1.0m的钻孔桩为例，对抛填片石法和钢护筒跟进法施工进行对比，钢板原材料和加工费4600元/t，片石60元/m3。抛填片石法和钢护筒跟进法施工对比项目使用范围平均造价(元/m)检桩结果安全隐患抛填片石法单层溶洞;洞高7m以内或2～3层溶洞,洞高3m以内110100%合格无钢护筒跟进法理论上适合任何溶洞,本桥采用单层溶洞洞高7m以上或多层溶洞,洞高3m以内2721100%合格无岩溶地区钻孔桩施工由于地质复杂和有许多不确定性，为钻孔带来许多难度因此要求事先多钻孔，做到每根桩都钻，绘制每根桩的地质剖面图了解溶洞走向，为确定施工方案提供依据；溶洞的处理方法不是一成不变的，应根据覆盖层地质情况、溶洞填充情况等选择适合本地区的方法。（6）嵌岩及终孔的检验岩面检验要点：按设计要求桩端须进入新鲜完整基岩（承载力800kp）不小于2.5米～3米，工序中增加了一般地质条件下灌注桩施工所没有的全岩面检验。地质资料及实际施工表明,本地区属岩溶强烈发育区,岩面起伏、倾角陡,沟槽、裂隙纵横,因此,全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的关键。影响全岩面判定的因素较多,而现有的桩基技术规范、规程等均未列出统一的判定标准,受地质条件复杂的影响,全岩面的判断往往意见不一,成为质量控制的一大难题。实际施工中,根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及工程特点,经过试桩检验,主要从四个方面来进行全岩面的综合判断。①设计钻孔柱状图揭示的岩面高程在实际施工过程中仅作参考，岩面检测应以桩孔实际见岩面高程开始，进行全岩面检验。②查阅机台施工记录,可将基岩进尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作为进入全岩面的控制速度。 ③观察井口钢丝绳的摆动情况,锤头触岩面时会出现轻微反弹。④使用细目筛网捞取岩渣,岩屑含量56%～78%,且含泥、含砂量小于3%时,认为入岩。如出现特殊情况或判断标志不明显，意见分歧较大时，则采用工勘钻探揭露的办法来判断出全岩面。（7）后续工序及相关工序后续工序及相关工序如钢筋、混凝土施工见第3.2节。3.3.4施工中易出现的事故及防治措施（1）漏浆漏浆是溶洞地区钻孔桩施工常见的问题之一，钻孔前应准备足够的水源、水泵、粘土、片石、水泥、稻草。穿透溶洞是，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，向孔内补浆或补水，保持住孔内水头压力并投入粘土、片石、水泥混合物，然后查明原因进行处理。当钢护筒底发生漏浆时，采取复打下压钢护筒，用粘土加固护筒周围缝隙，防止地表水渗入孔内，并往孔内抛填粘土、片石至高出钢护筒底1.0m左右，用小冲程反复冲砸，加固钢护筒底口孔壁，达到堵漏的目的。当漏浆发生在透水性强或岩溶裂隙部位时，应加大泥浆比重，改善泥浆性能和控制钻进速度等措施进行处理。通过松散地层发生漏浆时，将泥浆比重增大1.5倍以上，并使用加强性泥浆。当钻头击穿顶板进入溶洞时，要提前准备足够的粘土、片石、水泥、稻草等堵漏混合材料，并配备足够的补浆设施，分层向孔内投入混合堵漏材料。此时，若能保持孔内水头，就继续投入混合堵漏材料直到高出顶板底2.0m，然后用小冲程反复冲砸，形成新造孔壁。若保持不了水头，空洞较大或空洞与其他处连通，此时应先撤离钻孔随即跟进内护筒，投放堵漏材料，按护筒底发生漏浆时方法处理。（2）卡钻卡钻可能是冲击钻进时冲坏孔壁、孔壁不圆，或形成了梅花孔，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，以及其它原因停钻后重新开钻时，冲程过大造成卡钻，如右11#-2孔在孔深12.95 米时出现卡钻。另一个原因是穿越溶洞顶板时，冲程过大，一下砸穿顶板，钻头旋转不能提钻。预防的方法是应及时补焊钻头或更换新钻头，并回填片石，以小冲程钻进一段时间，逐渐加大到正常冲程，转入正常钻孔。在即将击穿溶洞时改用小冲程钻进，并注意旋转钻头，如左6#-1孔。若卡钻，需及时用卷扬机及吊车配合提起。在此种方法无效时，需在孔内钻头下方爆破震动冲击钻头，然后用上述方法即可将钻头提出，此方法在右11#-2孔出现卡钻时采用。（3）埋钻漏浆塌孔是造成埋钻原因之一。埋钻的另一个可能原因是穿越顶板较薄、埋深不深的溶洞时，冲程过大，砸跨溶洞顶板造成溶洞坍塌，地表下陷，掩埋钻头。预防的方法是发现漏浆时应及时提出钻头，向孔内补水补浆，保持水头压力，采取相应措施，堵住漏浆。穿越溶洞时应改用小冲程钻进，防止砸跨溶洞顶板，并准备好拖拉设施，系好滑车钢丝绳，做好钻机撤离准备。（4）漏混凝土灌注水下砼漏砼的原因通常是由于砼的比重大于泥浆比重，灌注水下砼时孔壁压力增大，冲破已形成的片石粘土孔壁封闭环孔产生砼泄漏。预防的方法，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，并超过溶洞顶板底一定高度，重新成孔以增加孔壁的厚度和强度。对于高度大无充填物的溶洞，应采用钢护筒变径跟进法处理。先采用比设计桩径大的钻头钻穿溶洞，下对应于设计桩径的钢护筒至溶洞底，更换对应于设计桩径的钻头继续钻孔至设计标高，灌注水下砼。3.3.5岩溶桥梁基础施工注意事项（1）进行必要的水文、工程地质调查，研究墩台处岩溶发育情况，根据不同的地质条件遵循相应的处理原则，做好溶洞处理的准备工作，在施工中不可盲目完全依赖地质资料。（2）每个墩台最好只用一台钻机施工。如果在施工中发生坍孔事故，这些桩孔可能要报废回填重钻，损失很大，又延误工期。主要原因是为了缩短工期加快进度，在每个墩台用两台钻机同时施工，由于桩孔设计间距在同一个墩台都很近，很难避免相互间不发生震动影响，这种强烈的打桩震动，对本来就很薄弱的溶洞范围的泥浆护壁，是一个很不利的破坏因素，所以今后如无特殊原因应尽量避免在同一个墩台安两台钻机.（3）合理规定施工顺序。 先安排外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工。先外后内，大洞处先开孔，长桩处先开孔，桩位之间交叉开孔，步步包围，隔开和封闭的原则。按这种顺序施工，在中间桩冲击成孔时，漏浆现象明显减少、减弱，使得工效得以提高。在岩溶发育的地区，钻孔桩在同一个墩台内，每根桩因所含岩溶程度不同，其桩长往往十分悬殊。要先施工基岩面较低、桩较长的桩。如先施工较短的桩，再施工较长桩时，一旦发生塌孔，容易使已完成的较浅桩周围土层松动，桩底岩面变动，造成桩体沉陷报废或降低承载力。如果钻孔施工顺序安排不当，将极易发生坍孔、断桩等事故。桥墩岩溶复杂，溶洞变化很大，而且可能有溶洞使桩孔相互间连通。因此很难避免地下的相互干扰和影响。施工宜根据所含溶洞的情况，由深到浅、由多到少、由大到小的原则安排钻孔桩的钻孔顺序。这样做可以及时封闭和堵塞各桩孔间的岩溶孔洞和通道，使施工顺利进行。（4）应重视溶洞的桩孔护壁方法按照常规，桩孔护壁方法是采用粘土泥浆护壁，如果溶洞较大也可采用“草袋粘土包”抛填的方法进行护壁。建议：凡溶洞大小超过lm、埋藏深度超过5m的溶洞地段，桩孔护壁应改用片石与粘土混填的方法，向溶洞地段大量抛填片石和干粘土。因为干抛片石的比重为1.8～1.9，与混凝土比重接近，这样处理后，桩孔护壁就不容易被挤破。容易保证施工的顺利进行。（5）冲击成孔灌注桩终孔后，冲击破碎的冲渣，部分和泥浆一起被挤入孔壁，大部分经掏渣筒或管锤取出，当冲渣太厚，泥浆不能将其全部悬浮上来，沉淀于孔底易形成沉渣。沉渣是桩基工程严格控制指标之一，桩底沉渣的厚度，直接关系到桩基沉降量大小的问题，而且影响混凝土与桩底胶结程度。因此，必须对孔内冲渣进行清除。桩基成孔后的清孔过程中,既要注意清孔的质量,保证孔底沉渣厚度在规范设计图允许范围之内,又不能拖延时间,要及时灌筑混凝土,以防在换浆清孔过程中,溶洞内的填充物再次涌入孔内,特别有水流动的溶洞区。对较深桩,从冲孔到灌筑混凝土时间间隔较长的桩沉淀较厚,清孔方法一般应采用掏渣法、换浆法、喷射法3种方法配合清孔。首先,用掏渣法粗略清孔,然后,用换浆法清孔,钢筋笼下放完毕再用喷射法清孔。较浅桩,钢筋笼下放时间短,仅用换浆法清孔就可以了。检验清孔效果的简易方法是采用测绳下拴钢筋头放到孔底试探。如拉测绳比较重,表明清孔不太彻底,直到拉测绳下部与上部感觉一样为止, 并且能清楚地感觉到钢筋头碰桩底岩石。（6）地质资料不详的柱桩，桩孔在达到设计标高后，仍需用地质钻从桩底再钻入基岩3～5m确认没有溶洞后才进行最后清孔，下钢筋笼，灌注水下混凝土。如发现桩底以下还有溶洞，就必须穿过溶洞，使桩底到达稳定岩面。（7）在岩溶极发育、地下水极丰富的地区,第一层护筒都应穿过砂层卵石层,以防突遇溶洞漏浆,造成孔口坍塌。（8）针对岩溶地区特点，还要注意混凝土原材料的备料要充足，保证灌注桩的混凝土用量。终孔清渣后灌注水下混凝土，除注意混凝土配合比、灌注时间及拌和机械外，针对岩溶地区特点，还要注意混凝土原材料的备料要充足，保证灌注桩的混凝土用量。在成孔过程中，孔壁周围或孔底都有可能有土洞、溶槽、裂隙，成孔时这些空间被泥浆充填，而在灌注水下混凝土时，容重较大的混凝土将容重较小的泥浆从土洞、溶槽、裂隙中置换出来，占据了这些空间，从而增加了混凝土体积，有时溶洞中的填充物密度比混凝土小，由于混凝土进人溶洞破坏了原来的平衡，使得成孔时并未发现的溶洞在灌注混凝土时却多用成倍的混凝土。就是这个原因，在灌注混凝土前备料一定要留有余地，防止发生因无料停工而断桩。'