岩溶地质钻孔灌注桩施工探讨

石城祥

（贵州建工集团有限公司，贵州 贵阳 550002）

0 引言

岩溶地貌在我国分布面积广，其地质及水文地质构造极为复杂，形成了许多诸如石林、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需要架设桥梁跨越沟谷，当桥梁采用钻孔灌注桩基础时，需要在岩溶地层中成孔，本文将就该技术加以探讨。

1 工程概况

富源南路设计Ⅱ标段，桩号为K2＋330～K4＋750。路线途径摆郎村，上跨谷南线、贵阳油库铁路、龙南线，下穿至牛郎关立交南侧，道路路线全长约为2 420m。

道路沿线有立交桥一座，为摆郎立交。立交范围内跨线桥4座，分别为NW匝道桥、A匝的道桥、SW匝道桥、WS匝道桥。主线跨线桥4座，分别为主线上跨摆郎立交A匝道桥、主线上跨谷南线桥、主线上跨水塘桥、主线上跨龙南线桥。此外还有人行天桥2座，梯道桥4座。主线及匝道桥中共有6处桥梁跨越铁路。图1为富源南路设计II标段桥梁示意图。

图1 富源南路设计Ⅱ标段桥梁示意图

2 岩溶地质钻孔灌浆桩施工技术

2.1 钻孔施工准备

根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制订钻孔施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。备足粘土块、片石和水泥等材料。钻孔施工前，测设墩台中心线，按设计图纸正确测定桩孔中心线，并设置护桩。

2.2 埋设护筒

护筒内径比桩径大200～400mm，采用5mm厚钢板卷制而成。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。旱地、筑岛处护筒采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实。护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面高度的要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度为2～4m，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注砼的顺利进行。护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、耐压，不漏水，不变形。

2.3 钻孔施工

钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心。冲击钻孔一般采用钻头冲击造浆。冲击造浆时，在护筒内投入优质粘土块和不大于150mm片石并注水，用钻头把粘土冲击成粘稠状泥浆，存放在泥浆池内备用。取样测试泥浆各项指标，泥浆的性能指标应满足表1要求。

表1 泥浆的性能指标

开孔时用小冲程钻孔，低锤轻打，确保钻孔开孔圆顺，防止坍孔。钻进至护筒底2～3m后加大冲程，主绳放长量为3～5cm。同时加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。

2.4 换浆、清碴

随着孔内钻碴增多，泥浆变得粘稠，粘滞性逐渐增大，钻孔速度逐渐下降，必须进行换浆清抽碴。清碴可采用抽碴法、换浆法进行，一般情况下每钻进0.6～0.8m清碴一次，向孔内压入新鲜泥浆，同时将孔内粘稠泥浆置换出来。桩孔钻至设计标高后，及时请监理工程师和设计单位对孔深、孔径、孔的倾斜及孔位偏差进行实测检查、签证，合格后进行清孔。钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径进行检查，符合有关规定后方可清孔。在吊入钢筋骨架后，灌注水下砼之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下砼。清孔的注意事项有：a）清孔必须采用砂石泵进行反循环抽渣；b）在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔；c）清孔后应从孔中提出泥浆试样，进行性能指标试验，试验结果应符合有关规定；d）不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。

2.5 吊放钢筋笼

钢筋笼在钢筋加工厂制作，钢筋笼较长时可分段加工、制作，然后分段运输到现场吊装、接长。在地下水或地表水具有腐蚀性的地方，钢筋要按设计要求进行防腐处理。钢筋笼制作完成后，运到现场，利用钻架或汽车吊及时吊放钢筋笼，并按规范要求进行焊接接长。

2.6 安装导管

导管用φ300mm无缝钢管制作，每节长2.0～5.0m，配1～2节长0.5～1.5m短管，丝扣连接。使用前对导管进行水密、承压和接头抗拉试验，保证导管不漏水。导管安装后，其底部距孔底留250～400mm的空间。砼浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置砼漏斗。接着进行第二次清孔。

2.7 灌注混凝土

混凝土施工前编制钻孔灌注桩混凝土施工细则，严格按规范操作，确保混凝土质量满足强度和耐久性要求。混凝土在拌合站采用自动计量的强制式拌合机拌合，原材料检验合格。混凝土采用搅拌运输车运输，防止运输途中出现离析、造成塌落度损失。桩基水下混凝土采用导管法灌注施工。灌注开始后，应连续地进行，严禁中途停灌。当混凝土面升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应尽量减缓混凝土灌注速度，减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。导管提升时，要保持位置居中，根据导管埋置深度确定提升高度，提升后导管埋升不得小于1m。桩顶灌注标高应比设计标高超灌0.5m以上。施工用的钢护筒，在灌注结束后，混凝土初凝前拔出。

3 钻孔过程中出现溶洞的处理方法

3.1 片石回填

对正常的成孔施工方法进行利用，一旦钻穿溶洞漏浆，就将片石和黄土进行反复的投入，对钻头冲击进行利用，将片石和黄土挤入岩溶裂缝和溶洞中，还可以加入一些锯末、烧碱和水泥等物质，以此增大孔壁的自稳能力。

3.1.1 掺加比例

为了对片石进行有效利用，应将粘土和片石的比例设置为7∶3，参加比例为每米2包，掺加锯末时，掺加比例为粘土的10%。

3.1.2 掺加方法

片石采用强度≥30MPa的花岗岩或石灰岩，石块粒径最好为15～50cm。掺加粘土时采用水泥袋包装后投放会取得更好的效果。水泥投放方法以整袋投放为佳。

掺加方法为：片石、粘土袋和水泥或锯末（如果掺加）分层间隔掺加，回填高度为溶洞顶板以上1m处。

3.1.3 施工注意事项

对转机的工作情况、护筒内水位的变化以及周围地表沉降等进行密切的注意和观察，对不正常的情况进行阻止，一旦出现漏浆现象，就立刻进行处理。

以地质柱状图为依据，接近溶洞时要勤于检查和观察，以手握冲击主绳的手感为依据，并且以抽样的岩样和钻头冲击岩层的响声为依据来对是否接近岩溶地层进行判断。

3.2 素混凝土回填

采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔。

3.2.1 混凝土标号及配合比

混凝土标号通常采用C20贫混凝土，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，应在混凝土中掺加一定的早强剂，提高贫混凝土的早期强度。

3.2.2 掺加方法

对于倾斜岩面，为校正孔位，回填贫混凝土应与倾斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm。

3.2.3 施工注意事项

回填48h后，回填混凝土强度达到70%时方可重新开钻。

4 坍孔的处理措施

4.1 坍孔原因

坍孔原因主要有土质松散，泥浆护壁不良，遇有溶洞、裂缝，护筒内水位过高，钻进速度过快，空钻时间过长，成孔后灌注时间过长等。

4.2 预防措施

为了预防坍孔原因，须严格根据设计要求及桩位的水文地质情况选择适当的钻进方法，若地下水位不明、不稳时，则应先做试桩。根据钻孔的工程地质情况、空位、钻机性能、泥浆材料等选择合适的泥浆，在钻进过程中增加取样次数，时刻判明地质及泥浆护壁情况，并做好记录。成孔后，待灌时间一般不大于3h。吊装及焊接的过程中要对准孔位并尽量缩短时间，在灌注过程中保持施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。

4.3 处理方案

一旦发生坍孔，应认真分析原因和查明位置，然后应立即采取相应措施。坍孔不严重时，可回填片石或土到坍孔位以上，采取改善泥浆性能，加高水头，深埋护筒等措施，继续钻进。在坍孔较严重时，则应将钻孔全部回填，待回填稳定后方可重钻。

5 结语

从上述研究可知，岩溶地区的钻孔灌注桩施工之所以比较困难，主要是因为其地质条件比较复杂，而且在施工过程中有很多未知因素。因此，在前期勘测时，首先要掌握溶洞情况。以不同溶洞的发育情况为依据，选择不同的施工方法。鉴于溶洞钻孔桩施工事故频繁发生，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。另外，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。

[1]石名磊，蒋振雄，吴凯，等.公路桥梁大型钻孔灌注桩静载荷试验实录[J].重庆交通学院学报，2000，（1）：34-35.

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