浅析岩溶地区冲击钻施工技术改进的应用

■李树亭，廖 翔，廖作勇 ■江西省核工业地质局二六一大队，江西 南昌 330096

宜春市灰岩发育，地质条件复杂，溶洞给桩基施工带来较大困难。冲击成孔中极易出现漏浆，造成塌孔、卡锤、埋锤等事故，及回填后再钻再漏再塌等现象。

1 工程简况

综合楼位于袁州中路，层高27F、框剪结构，冲孔桩径0.8m，桩端入中风化灰岩2.0m 以上，桩底下卧≥3d 范围内要求无溶洞、溶蚀现象。根据施工阶段“一桩一孔”勘察资料，区内地层厚度主要为:杂填土厚0.4～2.9m、淤泥质粉质粘土厚1.4～2.8m、圆砾厚4.7～14.6m，圆砾中夹有漂(砾)石，最大径＞2.5m;砾质粘土厚1.10～13.3m，局部含大漂石;中风化灰岩单轴抗压强度标准值45.9MPa，岩面起伏大，最高-16.4m，最低-30.4m，高差达14.0m，岩层溶沟、溶槽、溶洞发育，钻探深度内溶洞视高一般0.5～2.0m，局部达4.3m，局部钻孔见7 层串珠状溶洞，多被角砾、漂砾、泥砂充填。

2 成孔工艺改进

本工程圆砾中夹有漂石，灰岩溶沟、溶槽、溶洞发育，岩面不规则，设计穿过溶洞区岩层埋深较大。若采用普通十字形冲击锤头，相邻两支夹角为90°，钻进过程中，钻头旋转摆动角为30°～40°，卡钻的可能性很大，且穿越岩层厚度较大，十字刃极易磨损。经分析研究，将现有冲成孔技术作如下改进:(1)选用六瓣梅花冲击锤头，钻头直径较设计孔径略小2～4cm。(2)采用加焊导向块，形成弧形外壁，倾角15°，以免卡锤。(3)在钻头底面加焊三个支刃，这样在钻进过程中，钻头旋转摆动角达到30°，既达到了整断面钻进效果，又避免了卡钻。(4)为了增强钻头与岩面接触的强度，在钻头每个边壁加焊高强度特制耐磨块，制成高4cm 的“刃头”，用“刃头”冲击破碎岩面，减轻对钻头的磨损。(5)为使成孔铅直，在冲击钻头的下部和上部各焊一个环带，环带直径比钻头小2～3cm，两环相距约为钻头直径的1.5 倍，加上导正环后，增加了钻头的阻力，提高钻头对岩石的冲击力。(6)因岩面起伏不均，在钻头底部加焊导正爪，冲击时导正爪能快速稳定地磕、削孔内垂直线上的岩石，提高钻头磕、削岩能力。

3 改进后成孔工艺的应用

施工中常遇到的问题主要有漏浆、斜孔、塌孔、卡钻等，改进后的冲成孔施工技术在预防和处理上述问题时效果明显。

3.1 处理孔内漏浆措施

由于碎石土和岩溶裂隙透水性强，冲成孔通过圆砾、粘性土中漂石及灰岩中溶沟、溶槽、溶洞、岩溶裂隙时，因孔内泥浆具有一定的水头高度，泥浆便会向孔壁外产生渗漏、渗流，导致孔内泥浆下降，井口出现空孔现象，孔内侧壁压力减小，造成孔口和孔壁坍塌的情况较为普遍。成孔工艺改进后处理措施主要有:(1)采用按一定比例片石和粘土回填及控制冲程的办法处理。其中35#桩在钻进至16.3m 时出现严重漏浆现象，泥浆面下降较快。施工人员发现后立即提钻，迅速将事先备好的泥浆向孔内补充，然后按1∶1 的比例分层抛填粘土和片石，填充至护筒底0.6m 后，采用1.0～1.5m 低冲程反复冲砸，挤压泥石堵塞溶洞，形成坚实的泥石壁，有效地防止了因漏浆产生的塌孔。(2)采用重复回填和适掺外剂、优化浆质处理技术。裙楼5#桩在钻至孔深14.6m 时，发现泥浆面缓缓下降，施工人员采用了35#桩同样的处理方法后，浆面仍会下降，在采用孔内不断补充泥浆稳住孔壁的同时，重复按比例回填粘土和片石，再循环反复冲砸，临时固壁后，又采用“适掺外剂，优化浆质”的方法提高孔壁的稳定性。护壁泥浆选用优质的粘土，并在泥浆中掺入20%的膨润土、0.2%的CMC 羟基纤维素及少量的生石灰等，制成优质泥浆，进行护壁、固壁。该技术在多个类似桩孔中处理效果良好。

3.2 预防、处理斜(歪)孔措施

钻至砾质粘性土时，常会遇到探头石、漂石，土层软硬不均;钻至灰岩岩面时，单孔截面时常会出现“一边硬、一边软”现象，钻头会沿着软的一侧和岩面倾斜面方向钻进，导致斜(歪)孔;其次，钻机基底向某侧发生沉降、倾斜，或产生位移时也会造成斜孔、偏孔的发生。成孔工艺改进后处理措施主要有:(1)回填纠斜法，87#桩钻至孔深6.5～8.0m时发现了偏斜，原因是粘性土中含的探头石、漂石造成土层软硬不均所至。经测量偏斜高达18cm。停钻后回填片石至护筒底0.6m，重新采用1.0～1.5m 低冲程慢速钻进。经过2.5 小时处理，一次性成功纠偏。(2)加焊导正器纠斜法，87#桩在13.2～15.0m 处时，第二次出现斜孔。分析原因可能是灰岩面起伏不均所制。对此，将钻头进行了技术改进，在钻头底部加焊导正爪，冲击时导正爪能快速稳定地磕、削孔内垂直线上的岩石，提高了钻头磕、削岩能力。在周边加焊导正环，增大钻头受阻面积，并采用了回填部分片石后，加强导正，有效预防和避免歪锤现象。采取以上措施后，明显降低了斜(歪)孔的出现。

3.3 预防和处理塌孔措施

造成塌孔的原因主要有漏浆、钻进过快、护壁时间短、泥浆性能差和未根据不同地层及时调整泥浆比重等。本项目预防和处理塌孔的改进技术措施是:采用1.0～1.5m 低冲程开孔，在杂填土上形成坚实、铅直孔壁，对继续钻进起导向作用，进入淤泥质粉质粘土或砂层时，向孔内投入部分小片石和适量粘土，采用低、小冲程冲击，将粘土和片石挤进孔壁加固;若遇有流砂，应增大泥浆比重，提高孔壁内侧压力。进入圆砾、砾质粘性土时，一般采用3.5m 左右的大冲程，破碎漂(砾)石。再根据地质柱状图掌握钻至灰岩的标高，接近顶板0.3～0.5m 时应控制冲程。若遇有溶洞时，可采用分层分次回填粘土及片石至塌方标高以上0.3～0.5m，循环反复冲击成孔，直至重新护壁钻进。

3.4 预防和处理卡钻改进措施

在巨大漂(砾)石、灰岩层中冲击成孔时，经常出现半边石、孤石、不规则斜岩石、溶槽、溶沟挤钻和溶洞中卡、掉钻等现象。预防措施有:(1)开钻前进行技术交底，熟知勘察资料，分析和预测可能会出现卡钻地段、地层。(2)向每台钻机班组详细、清楚地交代施工安全注意事项。(3)学习处理技术，避免不当操作。

处理技术改进措施有:(1)简单打捞法，在圆砾、砾质粘性土中出现卡钻时，一般只须向上勤提、勤动，探头石、半边石松动以后即可提起钻头。(2)采用↓型打捞器打捞法，施工前在锤头上段加焊一道φ25mm 钢筋圈作起吊环，特制打捞器，用小型钢轨焊成↓型钩，遇孤石和中风化灰岩中卡钻后，可用↓型打捞器打捞处理。47#桩钻至孔深19.5m 时，钻头在溶洞中被卡住，用↓型打捞器一次性就顺利打捞起钻头。(3)爆破法打捞，47#桩在继续钻进至21.3m 时，钻头第二次被卡住，但钢丝绳放松后，钻头仍可下去0.5m 左右，采用打捞器处理，效果不理想。经分析，锤头掉入一侧的溶洞中，决定采用爆破法打捞，仔细探测卡钻部位，确定爆破面，清理干净锤头上沉渣，将炸药安放到指定位置引爆，利用引爆后瞬间冲击力，破碎岩石，松动钻头，处理卡钻、掉锤。(4)人工开挖打捞法，条件允许，有时也采用人工开挖法处理。

4 效果评述

经过冲击钻施工技术改进的应用，工期如期完成，经桩身自反力平衡静荷载试验，及大、小应变和动测、钻孔取芯验桩等多种检测手段检测，没有发现任何质量问题，施工质量符合规程、设计要求。实践证明，针对本工程复杂地质条件特征，科学、合理地进行冲击成孔法施工技术改进的应用，不仅积累了在复杂岩溶地区进行深基础施工经验，同时亦为类似地区高层建筑桩基工程设计、施工探索出一条新路，有广泛的借鉴价值。