岩溶地区灌注桩施工常见事故原因分析及应对措施

齐宗海

【摘要】岩溶地区灌注桩施工，采用普通工艺进行岩溶地带钻进时，漏浆、孔壁坍塌、地面塌陷、卡钻、掉钻、埋钻等钻孔事故频繁发生，本文对钻孔过程中发生的常见事故进行了原因分析，并提出了具体的预防和处理措施。

【关键词】岩溶；桩基；钻孔；漏浆；孔壁坍塌

随着大跨度桥梁越来越多，针对一些特殊的地质条件，桥梁基础多采用钻孔灌注桩形式，在岩溶地质条件下灌注桩施工遇到的困难和问题更多，结合项目对岩溶地质条件下的灌注桩施工遇到的各种事故进行原因分析，并提出预防和应对措施。

1工程概况

京沪高速铁路荆河特大桥位于鲁西南枣庄境内，全长9.8KM，根据地面调查及钻孔揭露，表覆大部分属第四系地层，岩溶属浅～深覆盖型岩溶，覆盖层厚度从20米到60米不等，下伏基岩主要为石灰岩、泥灰岩。岩顶面溶沟、溶槽发育，凹凸起伏不平。石灰岩、泥灰岩中溶洞、孔洞、溶隙、裂隙普遍发育。

2灌注桩施工设备的选用

考虑荆河特大桥的地质情况的复杂性，在施组编制阶段和实际实施阶段，针对各种机械设备组合进行了论证和实施，经过对比各种机械设备组合的优缺点，根据现场工程实践，选用手把式冲击钻机+泥浆循环清渣+气举反循环清孔+泥浆过滤机清渣和乌卡斯钻机+掏渣筒清渣+气举反循环清孔+泥浆过滤机清渣两种方案，覆盖层中钻进采用管式钻头，岩层中钻进采用十字锥钻头。

3常见事故的类型及原因分析

采用普通工艺进行岩溶地带钻进，在未采取特殊处理措施时，漏浆、孔壁坍塌、地面塌陷、卡钻、掉钻、埋钻等钻孔事故的经常发生。钻孔过程中发生的主要事故和原因分析如下：

3.1 漏浆

浆液流失是穿越溶洞地带最经常发生的现象，也是造成孔壁坍塌、孔口坍塌、卡钻、埋钻、掉钻等现象的直接原因。漏浆也导致其他次生灾害频繁发生。

根据不同的漏浆现象，可将其大致分为以下几种情况：

（1）对于无充填、半充填溶洞，若溶洞未贯通，浆液流失到一定程度后，会静止在一个液面上，此时需要回填片石和粘土，并及時补充浆液，防止坍孔。

（2）对于无充填、半充填溶洞，若溶洞已贯通，则浆液瞬间流失后，无法发现液面。此时需要立即采用片石和粘土对溶洞进行回填，回填至砂层以上后，补充浆液复打。

3.2 孔壁坍塌

孔壁坍塌主要是由于护壁浆液流失后，孔壁失去水压力造成的坍塌，根据本区段施工情况，漏浆是造成孔壁坍塌的主要原因。另外施工周期长，覆盖层中所夹深厚砂层的护壁逐渐削弱，在长期锤击振动作用下，液化后造成坍塌。

3.3 地面塌陷

地面塌陷主要是由于护壁泥浆流失，造成覆盖层内所夹砂层坍塌，从而导致地表土体失去支撑而引起。地面塌陷危害极大：首先是安全问题，极易造成人员伤亡和设备损坏等事故；其次是极大的延误了工期，地面塌陷后进行回填，需要静置一段时间，方能重新施工。

3.4 卡钻、掉钻、埋钻

如上覆土层普遍分布有砂砾、中粗砂层，下伏基岩岩溶洞隙强烈发育，覆盖层受冲击振动影响，易产生塌孔，导致埋钻事故；或冲击锤进入岩溶洞隙中，特别是竖向型岩溶洞隙中，洞隙较大，冲击锤倾倒；上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤；或由于泥浆浓度高，冲击过程中产生梅花孔造成卡钻事故等，致使冲击锤不能上提。若发生卡钻、埋钻、掉钻事故，处理难度极大。

3.5 钻孔桩充盈系数偏大，施工成本增大

由于溶洞引起反复漏浆、塌孔，造成桩基扩径，充盈系数较大；粘土片石回填的溶洞或有充填物的溶洞、溶隙在清孔时，常造成回填物或充填物的流失，造成混凝土灌注量增大。充盈系数较大不仅增大了工程成本，而且对成桩质量产生不利影响。

3.6 施工周期长

漏浆、孔壁坍塌、孔口坍塌、掉钻、卡钻、埋钻等情况的出现，延长了成孔时间，特别是遇到超大溶洞，需要反复回填复打，对工期造成了极大的影响。由于在穿越溶洞时成孔效率低，只有加大设备投入和人员投入，方能解决功效低下对工期造成的影响。

4预防及应对措施

经现场反复施工实验，采取了钢护筒跟进、抛填片石粘土、注浆加固的综合处理方案，其主要目的和作用如下：

4.1 钢护筒跟进

荆河特大桥覆盖层深厚，且多以砂层为主，击穿溶洞后，泥浆往往瞬间流失，引起孔内负压，孔壁失去泥浆压力后，导致其他次生灾害的频繁发生。因此必须采用钢护筒跟进措施，保证孔壁稳定，钢护筒必须跟进至基岩面内一定深度，若不能跟进至基岩面，受成孔周期时间长及需要反复回填复打影响，护筒底部周围砂层容易坍塌，造成护筒偏斜。如钢护筒偏斜，摩阻力加大，采用振动锤很难拔出，只有加桩处理。另外钢护筒跟进大大提高了成孔过程中的安全，防止塌孔对人机造成伤害。

4.2 抛填片石粘土

抛填片石、粘土，主要是封堵溶洞，防止漏浆，保持孔壁稳定，保证成孔过程及灌注过程的人机安全，保证桩基质量，降低施工成本。

4.3 注浆加固

注浆加固主要是针对土岩界面的土洞、表层溶洞顶板小于3m的溶洞，目的是为钢护筒建立稳固的根基。受覆盖层深厚影响，钢护筒若采用锤击或振动跟进，只能下设10m以内深度，无法下设到基岩面，因此必须采用钻孔下设，钻孔直径一般比设计桩径大25cm，钢护筒直径比设计桩径大20cm。为防止钻进至土岩界面，遭遇土洞或者击穿顶盖较薄的溶洞后造成的漏浆塌孔，因此必须对土岩界面的土洞或溶洞先进行注浆处理，保证钢护筒的顺利下设。对于深层溶洞，采取注浆方式，耗浆量大，且封堵效果不甚明显。

在工期比较紧张的情况下，对串珠状溶洞、5m以上较大溶洞、贯通性溶洞建议采用预灌高流态塑性混凝土进行封闭，该处理方式造价较高，不建议大面积采用。

5质量控制要点

5.1 采取隔孔施工程序

冲击成孔必须遵循隔孔施工程序，特别是两台或两台以上钻机在一个墩台上同时作业，由于互相振动干扰，表层覆盖层钻进时，容易造成钢护筒尚未跟进的情况，砂层液化坍塌。钻进至溶洞后，避免在同一层溶洞施工，容易造成干扰，甚至埋锤现象的发生。接近成孔时，其它钻机要暂停施工，防止成孔事故发生。

5.2 确保桩身成孔垂直精度

这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钢护筒的中心位置，也可以通过钢丝绳判断成孔的垂直度，成孔后采用探笼测试垂直度和圆度。

5.3 确保桩位、桩顶标高和成孔深度

在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差，并认真检查回填土是否密实，防止钻孔过程中发生漏浆塌陷现象，造成钻机移动影响桩位和标高。

5.4清孔

由于深厚覆盖层地区岩溶桩基长度普遍较长，对于60m以上的长桩，应采用气举反循环清孔。

5.5 混凝土灌注

溶洞内均采用片石粘土造壁，灌注混凝土后，由于压力增大，有可能击穿溶洞护壁，造成混凝土流失，导料管底部脱空后，造成断桩。因此在灌注过程当中，要密切注意泥浆面的变化，出现情况及时提拔导料管，拔出钢筋笼，重新冲击成孔。钢筋笼难以拔除的，可派潜水员割除钢筋笼。

结束语

通过一年多的实际施工实践证明，在岩溶地质地下情况复杂多样情况下，采用钢护筒跟进、抛填片石粘土、注浆加固的综合处理方案，很好的克服了深厚砂层覆盖层、强漏失地区的岩溶强烈发育对桩基施工造成的影响，保证了成桩质量。