岩溶区桥梁冲击钻孔事故处理方法

朱鑫 中铁柳州市三桥一路工程指挥部工程部 545001

岩溶区桥梁冲击钻孔事故处理方法

朱鑫 中铁柳州市三桥一路工程指挥部工程部 545001

通过对柳州市广雅大桥岩溶区桩基施工实例，对岩溶形成过程、岩溶地区冲击钻孔施工中发生的梅花孔、偏孔、卡锥、泥漏浆渗、坍孔等现象进行了分析，总结了相应的处置方法。

岩溶区；桥梁；钻孔；事故；处理

karst area; bridges; drilling; accidents; treatment

我国岩溶发育地区的分布十分广阔，西南的云南、贵州、四川，华南的湖南、广西，东北的辽宁等省都有大面积的岩溶地层。岩溶是经过漫长的地质年代，石灰岩中碳酸钙受水和二氧化碳的作用转化为微溶性的碳酸氢钙。当温度升高、水分蒸发或压强减少时，溶解有碳酸氢钙的水会由于二氧化碳溶解度的减小而逸出，使碳酸钙沉淀下来。经过长期和多次的上述反应，就形成了地质及水文地质构造极为复杂的诸如石林、石笋、钟乳石、溶洞、暗河以及隐藏于地层中的溶沟、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景观和地质构造。在这类地层中，往往还蕴含着丰富的地下水、地表水和不同类型的风化与残积土层。在这种地层上利用冲击钻实施桥梁的桩基施工时，常常会发生冲击成孔事故，这些事故主要有梅花孔（冲成的孔不圆[1]，这种事故从冲击锥上下冲击时转动灵活与否就可以感觉出来）、偏斜孔（冲成的孔不直[1]）、卡锥（冲锥卡在孔内提不起来[1]）、漏浆、坍孔等。本文通过对柳州市广雅大桥溶洞地区钻孔桩施工事故发生的原因进行分析，总结了溶洞地区钻孔桩施工事故的处理方法和预防措施。

1、工程概况

柳州市广雅大桥近似呈东西走向。大桥东岸上跨雅儒路，接广雅路，通往市中心；西岸接河西路和磨滩路，与西环线相连，广雅大桥桥址桩号为K0+249.722～K1+307.662，桥长约1058m，主桥宽36m，引桥宽30m和25m，主桥为（63+2× 210+63）海鸥式钢箱拱桥，西岸引桥为（4×30+5×30+4×34）m连续箱梁桥，东岸引桥为（3×30）m连续箱梁桥。

根据桩位处各岩土层的成因、成分及力学强度的不同，可将其划分如下：素填土①、耕土②、淤泥质土③、粘土④、粉质粘土⑤、卵石⑥、强风化白云质灰岩⑦1、中风化白云质灰岩⑦2、溶蚀裂隙破碎带⑦3、微风化白云质灰岩⑦4、溶洞⑦5。

2、溶洞地区钻孔桩冲击成孔事故原因、处理及预防措施

2.1 梅花孔

当钻进到中风化白云质灰岩及溶蚀裂隙破碎带时，常出现梅花孔事故，其原因主要是这类地层是非匀质地层，易出现探头石,造成局部孔壁凸进，成孔不圆。

出现梅花孔后，通过用片、卵石混合粘土回填钻孔，重新冲击的方法，顺利通过了此类易出现梅花孔事故的地层。

2.2 钻孔偏斜

当钻进到强风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶洞地层时，有时出现钻孔偏斜事故，其原因主要是由于岩层中灰质含量不一，受到侵蚀的程度也不同，岩层软硬不均、岩面倾斜、有溶槽、溶沟和不规则的空洞、土洞，造成冲击钻底部受力不均等。

在钻孔过程中遇到软硬不均的地层时，冲击钢丝绳会有规律地向一侧摆动，这时可向孔内倾斜方向抛填片石或混凝土块，小冲程冲击，当冲击绳没有大的摆动，垂直上下时即可正常钻孔。

若岩面倾斜较缓或钻面有部分溶洞，可向冲击钢丝绳倾倒方向一侧填小片石，小冲程逐渐修正倾斜面，直至全部钻面孔位修正到同一平面改为正常冲程。如果上述效果不好，可反复回填冲击纠偏或清孔后及时灌注80cm～100cm高度的混凝土，待24h后再重新钻孔，可纠偏成功，这种处理方法需要在停止钻孔至重新钻孔期间密切注意孔内泥浆变化情况，及时补充泥浆。

若岩面倾斜坡度陡或钻面溶洞面较大时,可向冲击钢丝绳倾斜一侧回填较大尺寸的片石和粘土，用小冲程来冲砸回填混合物，逐渐纠正倾斜。

若岩层倾斜面太陡，岩层较硬，纠偏不成功时，可采用水下爆破或利用地质钻机密排钻孔再改为上述方法冲击纠偏。

广雅大桥的预防方法是根据详勘地质资料，在倾斜的岩面上回填30cm～50cm厚的片、卵石，然后冲击成孔，成功的避免了钻孔偏斜事故的发生。

2.3 卡锥

当钻进到粘土层、中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽地层时，经常发生卡锥事故，分析原因主要有：在粘土层中冲击的冲程太高，泥浆太稠，以致冲锥被吸住；溶沟、溶槽卡锥；钻孔形成梅花形，冲锥被狭窄部位卡住；孔口掉下石块或其他物件，卡住冲锥。

处理和预防卡锥应先弄清情况，针对卡锥原因进行处理和预防。处理时宜待冲锥有松动后方可用力上提，不可盲动，以免造成越卡越紧或造成坍孔、埋钻[1]。

通常用打捞钩、活套进行打捞或用千斤顶协助提锤；当卡钻部位为较坚实的岩层时，可用低浓度的泥浆置换高浓度的泥浆，清理孔中的泥渣，利用爆破法、上下反复顶撞卡点岩块、或辅以其它工具等松动钻头周边的岩体，将钻头提出，再用片石回填至卡钻部位以上1m，采用短冲程穿越该地层。

2.4 漏浆

当钻进到中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽、溶洞地层时，经常发生漏浆事故，分析原因主要是溶洞漏浆或基岩内有裂隙存在。

钻孔前预先在孔口准备足够的粘土、片石和适当数量的袋装水泥，设置2个容量较大的泥浆池，保证桩孔一旦出现漏浆，能及时补浆和回填桩孔。

根据地质勘察报告，在中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽地层时发生漏浆，采用回填粘土、片石混合物（重量比1：1），采用小冲程冲击投下的混合物，待孔内泥浆稳定后，继续冲孔；在溶洞地层施工时，在在接近溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时安排专人观察孔内泥浆面的的变化，发现孔内泥浆面下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填粘土、片石和袋装水泥（重量比1：1：0.2），停置一段时间（一般为一天），在停置期间若孔内泥浆继续下降，应随时补充泥浆和回填混合物，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，采用小冲程冲击投下的混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道。在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，都要及时提起冲锤，补充泥浆和回填粘土、片石，并停止冲孔一天，待稳定后继续冲孔，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，顺利穿越溶洞。穿越溶洞进入中风化白云质灰岩或溶蚀裂隙破碎带，冲击时冲程不宜过大，以免振坍溶洞已固结的护壁。

2.5 坍孔

柳州市广雅大桥西岸引桥11#墩4#桩设计为嵌岩桩，桩径为1.8m，桩长为40.36m，地质情况为：0～1.3m为素填土；1.3～19.8m为粉质粘土；19.8～30.9m为卵石；30.9～31.2m为强风化白云岩；31.2～33.5m为中风化白云岩；33.5～36. 1m为充填溶洞（粘性土、砂质及岩屑充填）；36.1～38.5m为溶蚀裂隙破碎带；38.5～40.1m为中风化白云岩；40.1～45. 6m为溶蚀裂隙破碎带；45.6～46.1m为中风化白云岩；46.1～47.2m为溶蚀裂隙破碎带；47.2～59.8m为中风化白云岩。当冲孔冲到37.6m时，泥浆急剧下泄14.8m，护筒及周边的地面下陷7.6m，钻机落入坑中只露出钻架顶，周围下陷范围大约15m。

处理方法是用粘土回填基坑，在护筒周围用挖掘机小心掏挖，用大型吊车将钻机吊出，然后向孔中回填黄泥、片石。稳定1星期后，重新放样、埋置护筒，用冲击钻冲孔时却再次塌孔，随后将设备撤出工作区,用黄泥、片石回填至原地面，稳定1星期。在测量放样、护筒埋设完毕，在护筒周围以30cm的间距布设φ28螺纹钢，钢筋起弯后以桩位为中心焊在钢护筒外侧，向四周延伸2.0m呈发散状均匀分布，其上浇筑h=0.8m的C25混凝土，在混凝土中加入适量的早强剂，养护1星期后冲孔。冲孔过程中，仍然发生了 3次小规模的泥浆渗漏现象，采用投入泥块、片石处理,最后顺利成孔。

本桩施工中发生大面积沉陷，分析原因主要是溶洞较大且覆盖层松散，在冲击钻冲击力、机架自重、外界水压力作用下，原来趋于稳定的回填材料失稳使孔中泥浆严重泄漏，造成大范围坍塌。为预防发生坍孔，如地质钻探资料表明岩层以上为松散或易坍塌的岩土时，通过采用加长护筒穿越覆盖层，将工作场地周围超前加固,安全地完成了类似地层的钻孔施工，没有再发生坍孔事故。

3、总结

岩溶地区的特殊地质构造，使得在冲击钻孔施工中，更容易发生梅花孔、偏孔、卡锥、泥漏浆渗、坍孔等钻孔事故，因此，在此类地层中进行冲击钻孔施工前，应专门组织有关技术人员研究学习有关钻孔事故的处理和预防措施，并且成立钻孔处理应急小组。尽量不要在出现问题后再想办法处理，以降低处理成本，保证施工进度；施工现场派技术人员分两班或三班在工地24h轮流值班，发现问题及时上报处理。

由于钻孔施工是一项技术性、经验性很强的工作，钻孔作业人员、特别是钻机操作人员和现场管理人员，必须具有较强的实际施工能力，在施工过程中，要能对发生的问题进行及时的判断和处理，因此施工前还应组织桩基队钻机机长学习钻孔事故的处理和预防知识，使他们对岩溶地区钻孔事故的处理方法和预防措施做到心中有数。

因岩溶区地质情况复杂，无规律可循，在施工过程中应详细记录和观察钻孔情况和地质情况，发现地质情况变化时，应根据具体情况调整施工方法，采取有针对性的施工方案，尽量避免不利于施工的情况发生，以保证施工质量、安全和进度。

在广雅大桥的施工过程中，根据该桥具体复杂的地质情况而制定的施工方案，具备一定的针对性，有效地解决了在岩溶地区桥梁冲击钻孔施工中易出现的梅花孔、钻孔偏斜、卡锥、漏浆、坍孔等一系列施工技术难题，为确保大桥整体施工进度创造了十分有利的条件，取得了良好的社会效益和经济效益。

[1]交通部第一公路工程总公司.公路施工手册桥涵[M].第1版.北京:人民交通出版社.2000;624-631

Karst Area Bridges drilling accident shock treatment methods

Zhu Xin

The karst area of Liuzhou Guangya Bridge Pile Foundation Construction instance, on the karst formation, karst areas occur in the impact of the plum Drilling holes, partial hole, the card cone, mud slurry leakage permeability, slump holes and other phenomena of the analysis, summarized the corresponding treatment method.

朱鑫，出生于1967年1月；性别，男；学位，硕士；职称，工程师；目前在柳州市三桥一路工程中负责技术管理工作。