深水岩溶桩基快速施工技术研究

周 平

1 工程概况

1.1 工程简介

新建向莆铁路沙溪特大桥位于三明市沙县境内，全长1799.28 m，设计中心里程DK349+092.24，桥梁设计范围:DK348+192.600～DK349+991.885。全桥均为钻孔桩基础。该桥跨越沙县境内的沙溪河，河面宽度为362 m，水深4.2 m～9.8 m。其中39号墩～45号墩位于水中，跨河部分为悬臂灌注连续梁，跨度为48 m+80 m+80 m+48 m。本桥桩径分别为125 cm，150 cm。

1.2 水文特征

地表水主要为沙溪河水，水位随季节降水的变化而变化。根据沙县水文站提供的水文资料，沙溪河十年一遇洪水位为107.92 m，由于沙溪河的水位高低主要取决于上游和下游水电站，根据降雨量调节水位高低，本桥水中墩围堰施工时间为枯水季节，水位在103.0 m。地下水主要类型为第四系空隙潜水，基岩裂隙水和岩溶水，空隙潜水主要赋存于第四系砂砾卵石层中，属孔隙承压水，水量较丰富，基岩裂隙水主要赋存于粉砂岩裂隙硅质岩、炭质页岩，属裂隙潜水，含水量较弱。岩溶水主要赋存于灰岩溶洞中，水量丰富，地下水主要受大气降水和沙溪河地表水体补给。

1.3 不良地质和特殊地质

桥址区岩溶发育，根据地质勘探资料，39号墩～45号墩下均存在溶洞，其中最大溶洞高为32 m，最小溶洞高为0.3 m，且溶洞与溶洞彼此相通，呈珠串状，溶洞内按其充填状态分为空溶洞、全充填溶洞。充填物又分为粉质粘土、粉质粘土夹碎石及角砾、细角砾土等，充填物大部分呈软塑或流塑状，对桥梁基础有较大影响。桥梁部分基础位置处，河床覆盖层较薄或无覆盖层，为裸露状坚硬岩层，给桥梁基础施工带来很大困难。

2 整体实施内容

利用钢管桩及贝雷梁搭设施工栈桥及钻孔施工平台，先行施工钻孔桩基础。在施工钻孔桩基础时，针对不同的岩溶地质情况，采用回填土石混合料、钢护筒跟进等不同措施及时处理钻进过程中的问题以及利用泥浆除砂器进行清孔作业，加快钻孔桩的成桩质量及效率。

3 深水岩溶桩基快速施工技术

3.1 钢护筒制作和埋设

由于桩基直径为1.5 m，钢护筒直径选定1.8 m，采用δ=10 mm钢板现场卷制，每节钢护筒长度为1.5 m，在安装孔口钢护筒前将单节钢护筒3节～4节组焊成长节，以利钢护筒下放。

下放钢护筒前在施工平台上的桩基位置处留有用[16a槽钢围成的矩形井字孔洞，孔洞的尺寸较钢护筒直径大5 cm～10 cm，并在离水面50 cm处同样焊接井字架，与平台孔洞对齐，并在井字架四边的中心处焊接钢护筒的限位钢板，保证上下垂直，制作好的钢护筒沿此限位钢板下放，保证钢护筒垂直。

钢护筒在桩位处采用汽车吊吊起，第一节下放到上口高出平台50 cm左右时与平台焊接固定，再吊装第二节，与第一节对齐焊接接长，然后继续下放，直至河床面。然后采用90 kW振动锤将钢护筒振动下沉到河床面以下。直到每分钟下沉量小于1 cm时，停止振动，割除高出平台较多的钢护筒(留30 cm)，钢护筒安装完成。

3.2 钻孔、灌注施工

3.2.1 有充填物的较小溶洞钻孔施工(溶洞高度小于6 m)

1)钻机刚开始钻进时，必须在护筒内回填大量的粘土掺加少量的片石(土石比例4∶1)，一来可以造浆，二来可以将护筒底部的砂层与土石拌和形成较稳的孔壁;开孔钻机的钻进冲程必须较小，一般不超过1 m，保证土石与砂层的充分拌和，并使钻锤垂直钻进，防止钻锤偏斜挂擦护筒。钻进深度达到5 m～6 m后，可用较大冲程(2 m)正常钻进。因钢护筒底部初期是支撑在砂层上的，在不断钻进过程中会出现护筒底部漏浆现象，为避免此现象发生，可在钻进2 m～3 m时接长钢护筒，采用振动锤振动下沉直至较为稳定的粘土层或全风化粉砂岩土，此时就可正常钻进。

2)钻进过程中在孔位附近备大量粘土、片石和适当数量的袋装水泥，设置两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。

3)在接近溶洞顶板1 m左右时，加大泥浆比重(泥浆比重为1.3 g/cm3～1.4 g/cm3)，小冲程冲击(0.5 m ～1 m)，逐渐击穿顶板，同时加强对孔内泥浆面变化的监测，发现孔内泥浆面明显下降，立即提起钻锤，及时回填粘土、片石和袋装水泥(重量比为2∶1∶0.2)，停置一段时间(一般12 h～24 h)。在停置期间，若孔内泥浆继续下降，应随时补充回填混合物和泥浆，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。

4)在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，都要及时提起钻锤，加填粘土、片石，并停止冲孔1 d，待稳定后继续冲孔。如此循环反复，直到桩孔不再漏浆穿越溶洞为止。

5)穿越溶洞进入的岩层为弱风化石灰岩，冲程不宜过大，以免振坍溶洞已固结的护壁。

3.2.2 无充填物或较大溶洞的钻孔施工(溶洞高度大于6 m)

1)在这种情况下采用内套护筒跟进的方法施工。2)根据溶洞的层数提前确定采用几层护筒，一般方法如下:有一层溶洞时外护筒直径采用1.9 m，内护筒采用1.7 m。两层溶洞时外护筒直径采用2.1 m，第二层护筒直径采用1.9 m，第三层护筒直径采用1.7 m，以此类推。3)每层溶洞钻进时采用较大直径的钻锤(一般比护筒直径大10 cm)。4)根据地质钻探资料当钻孔施工接近溶洞顶部时，采用小冲程(50 cm)，轻锤慢打，将孔壁钻的比较圆滑，防止下护筒时卡碰，当溶洞顶被打穿后，来回提升钻锤检查孔壁的圆滑度，如果无明显卡碰，说明孔壁较圆滑。方可将提前制作好的护筒采用吊车吊装下放，下放过程中临时固定接长，继续下放，直至孔底，然后采用振动锤辅助下沉，直到溶洞底部。此时可继续钻进。

3.2.3 清孔

清孔是保证混凝土灌注质量的关键工序，清孔好坏会直接影响桩基质量，为此引进了泥浆专用的除砂设备，清孔时间由常规孔换浆方法所需时间的3 d缩短到5 h，并避免了在清孔过程中由于时间过长出现坍孔的危险。

3.2.4 下放钢筋笼及二次清孔

下放钢筋笼同一般钻孔灌注桩施工方法，钢筋笼下放完成后，利用专用的除砂设备进行二次清孔，保证含砂率小于2%，泥浆比重在1.2 g/cm3左右，适当加大泥浆比重可以防止缩孔和坍孔现象发生。

3.2.5 灌注混凝土

灌注水下混凝土与常规灌注不同的是，在灌注过程中根据钻孔记录和地质资料，随时掌握溶洞的标高，在混凝土面接近溶洞时开始加快混凝土的灌注速度，保证在最短的时间内超过溶洞顶面，此时的导管尽量不要拆除，适当的加大导管埋深(可根据溶洞的大小确定导管埋深，一般为10 m～15 m)，这样可以避免因溶洞处孔壁不够坚实而产生的漏混凝土导致导管高出混凝土面发生断桩的可能。但是要随时利用钻机上下活动导管，保持导管的上下自由。混凝土面高出溶洞后适当放慢灌注速度，并密切观察泥浆面的高度变化，如发现泥浆面有下沉现象必须加快灌注(不能提升和拆除导管)，待泥浆面稳定后，方可拆除导管，按正常速度灌注。

4 结语

本施工技术根据溶洞的不同类型确定合理的钻孔工艺，主要通过控制护筒的尺寸、不同施工阶段采用的泥浆比重和砂率、溶洞回填物的合理比例、不同地层及部位的冲程参数等，确保了成桩质量，同时采用先进的泥浆除砂设备，大大缩短了清孔时间，有效防止了孔壁坍塌，为类似的深水岩溶孔桩施工提供参考。

[1]苏洪雯.在复杂地质条件下嵌岩钻孔灌注桩施工[J].上海公路，2003(2):76-77.

[2]陈志伟，丁年富.梅子凹大桥岩溶地质钻孔桩施工技术[J].土工基础，2006(4):32-35.

[3]吴晓红，常淑清.新建铁路岩溶非常发育地段钻孔施工技术[J].铁道建筑，2011(8):16-18.

[4]王 平.变电站岩溶地基处理技术研究[J].山西建筑，2011，37(14):71-72.