浅谈岩溶发育地区钻孔桩的施工

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　　提要：本文主要结合岩溶发育地区的钻孔桩施工的实际，从施工工艺、施工方法、施工操作及常见事故等方面，分别对在岩溶地区常见的诸如斜面、裂隙、融洞、地下河、等复杂地形中的钻孔桩施工进行了说明。
　　 关键词：岩溶发育钻孔桩施工
　　
　　我国地形地貌复杂多样，尤其是西南地区的喀斯特地貌，其地质及水文地质构造极为复杂，形成了诸如石林、石笋、钟乳石、溶洞、暗河、悬泉、瀑布以及隐藏于地层中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景观和地质构造。在这些地区进行道路建设常常会需要修建桥梁跨越沟谷，当桥梁桩基础采用钻孔灌注桩时，需要在岩溶地层中钻孔施工。
　　岩溶地区钻孔桩施工的难点
　　1. 成孔过程中漏水、漏浆
　　由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料反映不可能十分准确，施工过程中往往出现一些意外情况，在钻进过程中因孔壁突然漏水、漏浆导致孔内水头迅速下降，造成护筒挤压变形或塌孔、埋钻，甚至地面大范围沉降等重大安全事故2. 成孔事故多
　　由于岩溶地区地质构造复杂，且现有的地勘手段无法完全摸清岩溶地层中的地质情况。在施工过程中可能会遇到大溶洞、多层溶洞或孔内有石笋、溶沟、孤石、岩面呈斜面、陡坎、异形等复杂情况，在成孔过程中塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏斜、移位、弯孔等事故较为普遍。3. 清孔难度大
　　当采用冲击钻机冲击成孔时，特别是大直径桩成孔后，怎样清孔，使沉渣厚度及泥浆性能同时符合规范要求，是非常关键的环节。有时换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低，粘度下降，又会重新发生渗漏、塌孔事故。
　　4. 孔内涌砂
　　当岩面倾斜较大，加之因溶蚀产生溶槽、溶沟或有大块孤石等情况，钢护筒没有完全着岩，在成孔时，由于冲击锤的上下起落引起孔内水位波动，会发生孔壁砂向孔内涌流的情况。
　　5. 混凝土灌注难度大
　　由于岩溶地区桩身较长，混凝土灌注方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。而且通过溶洞段时，还易发生混凝土压力过大引起孔壁坍塌造成混凝土流失、断桩、钢筋笼上浮。所以必须精确计算、精心组织，控制好混凝土坍落度、灌注速度以及封底混凝土的方量。
　　岩溶地区钻孔桩施工的工艺及方法
　　 在岩溶地区进行钻孔桩施工时，针对岩溶地区不同地质情况，采取不同的施工方法。常见的施工方法主要有抛投片石粘土法、注浆法、护筒跟进法。根据已完工项目的施工经验，对于体积较小的溶洞主要采用抛填片石粘土法施工，洞体较大的空洞或半填充溶洞主要采用钢护筒跟进法施工，多层溶洞主要采用注浆填充法施工。
　　1. 抛投片石粘土法
　　 在钻进过程中发现孔内水位下降时要及时的对孔内补浆，并向孔内抛投片石粘土，然后钻头小冲程反复冲砸，钻进0.5m，再次用粘土和小片石混合物回填；再次用低冲程反复冲砸、密打；按上述方法，反复冲砸三次，逐渐加深，使孔的周边逐渐形成一圈紧密坚固的“石壁”。孔面“石壁”形成后，应停钻测量，认真检查孔位偏差，在排除形成斜孔的可能后方可正常钻进，否则应回填片石、粘土块的混合物重新开钻。
　　 石料应选用硬质岩石，强度在30～60Mpa范围之内，节理裂隙不发育，尺寸不大于40cm，自然级配。粘土应装入编织袋内备用（或制作成泥球），必要时准备水泥。土石的体积比宜为0.5：1～1：1（水泥按每米两包）。
　　2. 注浆法
　　注浆法是在施工前期进行，目的是为了加固溶洞的填充物、填满溶洞的空间，并达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。
　　采用注浆法时利用设计院提供的原有地质资料对其进行补堪，以确定注浆孔的布置、数量及注浆孔的钻孔深度。
　　注浆的顺序应从外向内进行，加压注浆前应进行封孔，封孔宜采用水泥砂浆且封孔深度不宜小于3m。多层溶洞应从下层向上层注浆，注浆是公共应按注浆量和注浆压力进行双控。注浆时若出现注浆的速率不减、压力不升高等情况时应采用间歇反复注浆。
　　3. 护筒跟进法
　　护筒跟进法适用于溶洞规模较大、层数较多、溶洞内填充物性能较差等大型溶洞钻孔施工。一般情况下护筒跟进至覆盖层底部，当孔内水位突然下降时，减小覆盖层发生坍塌的可能。对于多层溶洞且溶洞规模较大时可以采取双层护筒跟进或多层护筒跟进的方法进行施工。
　　
　　
　　
　　钻孔施工前根据设计地质资料确定护筒层数，长度及其内径（相邻内外层护筒内外径相差宜在5-10cm左右）。护筒下沉至各层溶洞顶板处时，宜改用0.5-1.0m的小冲程进行钻进，且钻进前及钻进过程中应多次抛填适量的小片石和粘土，以便加固护筒底脚附近的孔壁，防止发生斜孔、踏孔、卡钻、漏浆。
　　影响岩溶地区钻孔桩施工的主要因素
　　根据已完工项目的施工经验，影响岩溶地区钻孔桩施工的主要因素有以下几点：
　　 施工准备工作充足
　　 岩溶地区钻孔桩施工前要准备工作要充分。首先对各墩台的各桩地质资料进行综合分析，对溶洞分布的位置、高度、填充物、开放型或封闭情况、连通性等必须提前掌握，并通过掌握的地质资料选择合理的施工方法或施工工艺。
　　 其次在施工前应进行详细的技术交底，使钻机操作人员、技术人员、作业队长等都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方法和措施。同时编制相应的应急预案，以确保施工安全。再次施工前要备足成孔用水、粘土、片石、速凝剂等材料，确保溶洞击穿时迅速补水、补浆预防坍孔，并及时抛填粘土片石，以恢复正常钻孔作业。 准备好处理施工故障的备用机具设备，如运输、起重、打捞、急救设备以及不同性能的其他钻机、钻具等。
　　 合理施工方法、机械的选取
　　由于岩溶地区的地质情况不可预见性较大，且岩溶地区的地质情况复杂多变，这就给钻孔施工带来了较大的困难。因此在岩溶地区钻孔桩的施工选择合理的施工方法和施工机械显得至关重要。当覆盖层主要是砂层和粘土层时，为保证钻进成孔，可采用全护筒跟进的施工方法，以保证钻进中覆盖层不塌落而造成塌孔事故。岩面起伏、倾斜较大。在回转钻进中，因滚刀钻头受力不均而令钻机晃动严重，钻杆受扭力而易受损，因此可采用冲击钻进行施钻。 施工操作
　　操作人员的施工操作是关系到成桩的又一重要因素，因此在操作人员的选取上尽量优先考虑有经验的操作人员，特别是机长应选取有实际操作经验，处事不惊的人来担任。每道工序的施工，操作人员应认真对待，现场技术人员应严格要求。
　　处理突发性问题要及时果断，发现孔内水位降低，要及时的补水补浆，回填片石粘土。发现孔位中心便宜超过允许值应及时的纠正。
　　常见问题及其处理方法1. 卡钻、掉钻
　　在遇到探头石、落石、岩溶层的溶沟、溶槽或击穿溶洞顶板时，极易发生卡钻，卡钻事故发生的主要原因是击穿溶洞顶板过猛，钻头突然进入溶洞，造成孔形不圆顺或掉入大空洞中而卡钻。遇到卡钻时，应仔细分析原因，不可妄动，以免造成越卡越紧或掉钻事故，当钻头可活动时，可上下提动钻头，并使钻头转动一个角度，反复尝试，有可能提出，或用吊车配合钻机，同时或交替提动，有时能将锤头提出。用小冲锤(以圆钢或钢轨焊接)在桩孔一侧冲击，并配合高压空气或高压水冲射，使卡点松动后提出钻头。必要时可试用水下爆破法，震松锤，吊车配合提出钻头。掉钻的原因主要是大锤的老化破断，或大绳与锤头连接不好，钻孔中应时常检查机具设备防止掉钻。2. 漏浆

　　漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象。漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔内压力，孔内水头急剧下降，外部地下水渗透水压过高而产生水压力，引起孔壁坍塌，造成泥浆严重流失。遇到漏浆时应立即提出钻头，向孔内补浆或补水，保持住孔内浆(水)面高度，如浆面仍不断下降，应及时进行散抛填，将片石、粘土及水泥制成混合物，视漏浆程度反复抛填，每次应达到1-3 m，直到不漏浆为止。当漏浆太快，散填难以达到目的时，应采用集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等集中在短时间内大量填入。对于溶洞较发育地区，如抛填措施无效时，可采用全护筒跟进方法，并使其长度跟进至岩溶底部岩层。3. 斜孔
　　由于钻机钻孔时产生位移、局部下沉或倾斜，或在倾斜的岩面上钻孔、岩质软硬不均时容易造成斜孔和偏孔。遇到钻孔偏斜时，可采取下列预防补救措施：①在入岩部位、溶洞处理部位要时刻观察钢绳在冲击过程中的摆动情况，校正钢绳与桩孔中心的偏差。②如遇到探头石引起，可用小型钻机对探头石打眼爆破。也可回填片石、卵石，用冲击锤打掉探头后，或将钻架略移向探头石一侧，用冲击锤高锤猛击，斩断探头石。③当发生孔斜时，应立即进行修孔，对于高度小于lm 的斜孔段，用小冲程修孔，在倾斜的岩面上冲击出一个台阶，再采用较大冲程冲击。对于斜孔段高度在1m以时，应采用填石修孔法。4. 塌孔
　　塌孔主要是由于漏浆严重，补水来不及造成的。常用的处理方法：及时补足泥浆，保持孔内水头高度，同时加粘土、片石混合料，采用小冲程冲孔固壁，防止塌孔扩大；若塌孔扩大，导致地表塌陷时，其处理方法是：小面积塌陷护筒无位移时，应及时回填粘土并用袋装粘土加固护筒后再重钻；若护筒口有较大横向位移并且无法纠偏时，拔出刚护筒，回填塌孔，重新压入护筒再钻。5. 断桩
　　岩溶地区桩基断桩产生的主要原因是由于溶洞相互沟通，灌注时难以测出混凝土数量，水下混凝土流失严重，造成断桩。预防断桩的措施有：①要通过计算，算出首盘封底混凝土的方量。②施工过程严密监测混凝土面上升速度，要保证导管的埋深，同时要减少对下部混凝土的扰动。
　　 浮笼
　　钢筋笼浮笼主要是由于在混凝土灌注时灌注的速度较快，混凝土相对对钢筋笼的摩擦力大于钢筋笼的重力而造成的。遇到浮笼时应立即停止灌注混凝土，并通过适当的提升导管使钢筋笼缓慢下降，同时对吊筋进行加焊加固，并降低后续混凝土的灌注速度直至钢筋笼不上浮为止。
　　结束语
　　岩溶地区钻孔桩施工的难点主要在于地质条件的复杂性和施工中不可预见的因素太多。因此，在前期勘测中要准确掌握溶洞情况，并根据不同的溶洞发育情况，选择不同的钻机和施工方案。溶洞钻孔桩施工的事故频繁发生，对可能发生的问题合理预测和有效控制可以将损失降到最小。拥有富有经验、熟练的操作人员以及进行严密的施工组织与管理也是施工成败的关键。
　　【参考文献】：
　　[1]张忠亭等.钻孔灌注桩设计与施工.中国建筑工业出版社.2007.2.[2]王靖涛等.桩基础设计与检测――21世纪高等学校教学用书.华中科技大学出版社.2005.9.
　　[3]南钦铁路《XX特大桥的施工组织设计》及《岩溶地区钻孔桩施工方案》
　　

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