岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工与处理

郭 建 红

(古交市永贺房地产开发有限公司，山西 古交 030200)

岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工与处理

郭 建 红

(古交市永贺房地产开发有限公司，山西 古交 030200)

通过分析安基山特大桥的现场实际情况，介绍了岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工的整体思路，并对加强型泥浆护壁、双护筒跟进成孔、偏孔处理等操作要点进行了阐述，为同类工程施工积累了经验。

岩溶地质，冲击钻孔灌注桩，技术，经济

1 工程概况

1.1 设计

安基山特大桥岩溶地质，3号墩台～26号墩台共249根桩位于岩溶地区。根据设计单位中铁第四勘察设计院桥墩台基础展开图(工程地质机动钻孔的勘探资料及现场调查测绘分析)，桥址区下伏基岩中一部分为三叠系(T2)角砾状灰岩及三叠系(T1)灰岩，岩溶较为发育，据钻孔揭露，岩石常见溶隙、溶沟及溶洞。本区属隐伏岩溶区，地表被覆盖，在已钻的202个钻孔中，揭露灰岩钻孔192个，见溶洞总数244个，见溶洞的钻孔110个，最大洞高达20.45 m(JZ-Ⅲ-064-安19-2)，钻孔线溶率10.9%，部分有充填，岩溶充填物主要为淤泥，流塑状粉质粘土，粘土夹碎石。溶洞充填情况，4号墩台～17号墩台溶洞多无充填物或充填物多为浮泥，钻具多自动下坠，18号墩台及23号墩台～上海台溶洞充填物多为粉质粘土或角砾土，角砾为灰岩或强风化闪长斑岩，局部胶结较好，具一定强度。溶洞塌陷情况：桥址区为隐伏岩溶区，地表被覆盖，通过钻孔揭露，15号、18号墩台部分地段第四系直接接触槽洞，覆盖层较薄，且溶洞充填较差，所以易产生溶洞塌陷。根据TB 10027—2001铁路工程不良地质勘察规程中的附录E判定，桥址区4号墩台～14号墩台岩溶强度分级不发育，15号墩台～上海台岩溶强度分级中等发育。

1.2 现场实际

我工区在安基山特大桥岩溶地区冲击钻孔灌注桩施工中，按照设计地质展开图绘制单桩桩基地质参数表(如表1所示)：以实测护筒顶标高为控制基点，作为桩基施工过程控制交底下发到作业班和施工队,施工中单桩每2 m及岩层分界处取碴留样,进入桩底1 m以上留碴取样4次，并经专业监理工程师和设计院地质工程师复核,以指导生产和复核地质情况与设计是否相符。施工的整体思路以设计指导施工，施工复核设计，预防与有效施工，经济处理相结合。2008年4月11日开始钻孔桩施工至2009年1月桩基施工结束，经现场复核：桥址区3号墩台～12号墩台岩溶强度分级不发育，13号墩台～上海台岩溶强度分级中等发育。

2 技术经济比较

方案一：岩溶地区桩基压浆的施工工艺：施工准备→先导孔钻进→注浆前注水试验→注浆→封孔→一般注浆孔钻进→一般注浆孔注浆→注浆效果检测。

施工准备→下护筒→钻孔→清孔、测孔→下钢筋笼→灌注混凝土→质量检查→施工结束。

方案二：岩溶地区桩基冲击成孔改进的施工工艺：施工准备→大护筒跟进→钻孔→加强型泥浆护壁→跟进小护筒→回填粘土、片石→小冲程冲砸→孔内补水、补浆。

投放粘土、片石→小冲程冲击→加大泥浆比重→换浆取碴筒清孔→下钢筋笼、导管→灌注混凝土→观测混凝土沉降→质量检查。

2.1 技术比较

按照京沪公司的纲领性指导文件，岩溶地区的孔桩施工可进行1∶1粘土片石抛填，护筒跟进，岩溶注浆，设计图给出岩溶地区桩基压浆560 m3。现场采用双护筒跟进,粘土片石抛填并辅以有效的加强型护壁泥浆护壁技术和穿越溶洞顶板的冲击成孔技术。岩面检验要点：本工程设计要求桩端须满足设计图入岩深度，并伸入溶洞以下弱风化岩体中2 m。经比较:先进行岩溶注浆,先导孔施工完成后需上报设计院并现场勘孔与设计地质复核后,另行设计出图,中间等待时间长,使工期后延1个月～3个月。其中,注浆工艺与孔桩施工不能平行作业,造成停工，直接进行岩溶地质冲击成孔改进技术则可平行流水作业,其与注浆技术共同点和目的是钻孔前和钻进过程中保持地基稳定,理清岩溶发育和走向,防治结合,将地基与孔桩形成坚实的地基基础。不同点是前者为对岩溶地质直接治理,后者为防治结合。冲击成孔技术灌注混凝土造成混凝土超方,灌注后需等待混凝土沉降稳定，方可拆除导管。

2.2 经济比较

经经理部内部核算，C30水下混凝土综合单价360元/m3，抛填片石60元/m3，粘土15元/m3，岩溶注浆500元/m3，钻孔60元/m。且抛填用片石(直径≤15 cm)、粘土皆可就地取材，有效利用路基开挖或基坑开挖爆破后石方，大大降低成本。直接冲击成孔技术可节省资金125元/m3。

3 施工整体思路总结

1)预防为主，防治结合。根据设计地质展开图做单桩地质柱状图交底书，指导现场施工生产，起到积极的预防作用，同时准备防治材料、补水补浆设备及拖拉设备。施工钻进孔桩时详细记录地质情况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，复核地质情况，理清岩溶地质走向及脉络，确保岩溶地质有效治理和成桩质量。2)冲击钻孔前，钻进过程中及灌注桩完成后以保持岩溶地质稳定为宗旨，结合加强型泥浆护壁技术，双护筒跟进成孔技术，穿越溶洞顶板的冲击成孔技术，岩溶区漏浆、偏孔、卡钻的预防与处理技术，保证有效防治和处理岩溶地质。进行技术经济方案比较，以控制施工成本，节约和有效利用资源，快速，安全，高效完成工程施工。

4 施工过程控制总结

1)加强型泥浆护壁：施工中采用观音土造浆，掺入粘土重量1/8的水泥，或抛填1∶1片石(直径≤15 cm)，钻头反复冲砸，在溶洞壁周边形成牢固的封闭环。

2)双护筒跟进成孔：外层护筒直径1.8 m(桩径1 m)、2 m(桩径1.25 m)/跟进至基岩面，内层护筒直径1.4 m(桩径1 m)、2 m(桩径1.8 m)/跟进至孔底，防止溶洞充填物进入钻孔内以便成桩；避免灌桩混凝土散失到溶洞中，防止断桩，保证成桩。孔口设置十字护桩，根据测量工程师量测数据控制孔位偏差。

3)穿越溶洞顶板的冲击成孔：采用十字钻头，冲击钻进中钻头摆动，或撞击护筒和孔壁，或冲击声音减弱，钻孔接近顶板，停止钻孔，回填1∶1片石粘土块1.5 m，以0.6 m冲程反复冲砸。钻孔穿透顶板时，回填1∶1片石粘土块1.0 m。

4)漏浆的预防及处理：钻孔进入溶洞，护筒底发生漏浆时，复打下沉护筒，先用粘土加固封闭护筒底周围孔隙，再填入1∶1粘土和小片石高出护筒底1 m，小冲程反复冲砸，加固孔底护壁并堵漏。在透水性强的地层，岩层裂隙或有松散填充物的溶洞中，泥浆比重1.5 g/cm3、放慢钻进速度。钻孔击穿溶洞顶板进入空溶洞或有地下水流时，泥浆急剧下沉，立即向孔内补水补浆，保持孔内水头，同时投放整包水泥和1∶1粘土片石，小冲程边投料边冲砸，并在孔桩边打入一圈木桩至基岩面防止孔壁坍塌，结合护筒跟进，重新造壁，并及时向专业监理工程师汇报并拍照，备设计核查，及时确认工程数量。

5)偏孔处理：冲孔进入溶洞，钻头在洞内冲击高低不平的岩面时，或一面有岩，一面悬空时，造成斜孔，回填1∶1粘土片石至斜孔部位以上1 m，小冲程反复回填冲砸。

6)清孔后沉渣厚度控制:冲击钻孔至设计孔底，满足设计要求后，将拌好的新泥浆20 m3～30 m3通过φ75 mm泥浆管伸入孔底循环，使孔中较细钻碴悬浮泥浆中，从孔口排出，较大的钻碴沉入孔底。然后用取碴筒取碴至取不出为止。再通过φ75 mm泥浆管伸入孔底注浆泥浆泵循环约1 h，悬浮的钻碴经护筒口排出返回沉淀池，待钻碴沉淀过滤后，测量孔深，反复循环直到达到沉碴厚度，泥浆比重达到设计及规范要求。

7)冲孔及灌注桩身混凝土前泥浆比重控制：设计要求：冲击钻孔中岩溶地层泥浆比重1.2 g/cm3～1.4 g/cm3，粘度22 s～30 s，含砂率不大于4%；清孔后灌桩前岩溶地层泥浆比重1.1 g/cm3，粘度17 s～20 s，含砂率不大于2%。现场施工中，清孔后灌桩前由于泥浆稀释，易造成塌孔，泥浆比重控制在1.13 g/cm3，并在泥浆循环中徐徐撒入水泥粉末与泥浆融合，泥浆粘度、含砂率达到设计指标。

8)灌注桩身混凝土时导管埋深及拆管：采用储料量不小于1.2 m3(桩径1 m)的料斗，依靠导管及料斗中混凝土自重使孔中管外上返，徐徐提升导管以混凝土顺利流通为准，直到灌装结束，导管埋深控制大于钻孔中实测的溶洞高度，灌注混凝土的速度均匀。随桩身灌注至桩顶的混凝土对护壁压力的不断加大，逐渐放缓灌注速度，以免岩溶处护壁压穿。

9)桩身混凝土灌注完成后，不要急于拆除导管，继续观测及测量桩顶标高，当桩体混凝土未初凝前，由于混凝土压力及岩溶孔隙水的侵蚀，岩溶处护壁内受压力，外受冲刷，护壁容易破裂坍塌，导致刚灌注完桩身混凝土突然流向岩溶区，孔口泥浆面下降，此时需将导管下沉插入混凝土中，继续灌注直到混凝土不再下沉，孔口泥浆面不再下降，稳定为止。

10)施工中使用了高性能混凝土。桩基C30水下高性能混凝土理论配合比(每立方米用料量)：江苏鹤林P.O42.5水泥∶江西赣江中砂∶船山二级配碎石(5 mm～16 mm，16 mm～31.5 mm)∶镇江华源铁厂粉煤灰∶南京梅宝矿粉∶江苏博特外加剂∶拌和站饮用水=185∶844∶1 032∶148∶37∶3.33∶149(单位：kg)。灌注前每车混凝土检测并控制坍落度180 mm～220 mm，灌注中混凝土和易性、流动性良好，能顺利入模。采用高性能混凝土能自密实、抗裂，高工作性、高强度、高耐久性,真正达到百年大计。

5 岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工与处理总结

经比较，岩溶地质冲击钻孔灌注桩采用方案二，即岩溶地质直接冲击成孔施工改进技术是最经济、最有效的施工方法。安基山特大桥钻孔桩全部使用这项冲击钻孔施工方法，成桩快，经中铁第四勘察设计院集团有限公司京沪高速铁路基桩检测项目部进行基桩检测(低应变反射波法、声波投射法)，安基山特大桥根钻孔桩桩身完整，全部为Ⅰ类桩，检测结果满足规范及设计要求。同时大大地降低了施工成本，有效加快了施工进度，提前(比先进行岩溶注浆后冲击钻孔)2个月。经经理部内部核算，节约施工成本约150 000元。顺利，保质、保量、安全、高效地完成桥梁桩基施工任务，进入下道工序施工。该工法在工区岩溶地质桥梁桩基施工中推广和不断完善，取得良好的经济和生产效益。

此总结参考了现场施工及各位前辈、同行的施工经验，还需不断总结，完善，敬请指正，以共同探讨，进步。

[1] TB 10027—2001，铁路工程不良地质勘察规程[S].

[2] 铁建设[2010]241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[3] TB 10752—2010，高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].

[4] 京沪高铁安基山特大桥设计图纸[Z].

The construction and treatment of karst geological impact drilling bored piles

Guo Jianhong

(GujiaoYongheRealEstateDevelopmentLimitedCompany,Gujiao030200,China)

Through the analysis on the actual situation of Anjishan large bridge, this paper introduced the overall train of thought of karst geological impact drilling bored piles construction, and elaborated the enhanced slurry-supported, double liners follow up into a hole, slant hole treatment operations key points, accumulated experience for similar engineering construction.

karst geological, impact drilling bored pile, technology, economy

2015-08-23

郭建红(1980- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)31-0089-02

TU473.13

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