钢护筒跟进技术在老中铁路岩溶地区桩基工程中的应用

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(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都，610072)

1　工程概况

新建铁路磨丁至万象线北起中老边境口岸磨丁，向南经老挝北部的南塔省、乌多姆赛省、琅勃拉邦省、万象省后到达老挝人民民主共和国首都万象市，线路全长414.332km。

朋松楠松河特大桥位于万象省万荣县，起于DK291+877.901，先跨13号公路，再跨楠松河后于DK294+638.964接万荣隧道，中心桩号为DK293+257，桥梁全长2761.973m，上部结构为预应力混凝土简支T梁，下部结构为单线流线型实体墩柱，T柱桥台，钻孔灌注桩基础。

朋松楠松河特大桥钻孔灌注桩设计桩径为φ1.0m和φ1.25m，设计墩台数计86个、钻孔桩353根，其中，直径φ1.0m钻孔桩313根，直径φ1.25m钻孔桩40根。最小设计桩长6m，最大设计桩长47m，设计工程量为5636m。

2　工程水文地质

地表上覆第四系全新人工填土(Q4ml)粉质粘土，冲洪积层(Q4al+pl)粉质黏土、松软土、细沙、粗圆砾土、卵石土、破残积层(Q4dl+el)粉质黏土，溶洞充填物(Q4ca)；下伏基岩为三叠系(T)砂岩、泥岩、页岩夹煤线；二叠层(P)灰岩夹页岩、白云质灰岩、岩溶化灰岩。

桥址区地表水体主要为楠松河的河水，该流域5～9月为雨季，年平均降水量为608mm～620mm，年最大降水量为901mm～986mm，水渠宽约3.00m～6.00m，雨季水流均较缓，旱季无水。

3　施工工艺说明

朋松楠松河特大桥属于岩溶发育地区，地层十分复杂，开工至今在施工过程中常遇漏浆、塌孔(7m～10m处)现象。其共性为7m～10m处为覆盖层与基岩接触段，此段常遇漏浆和塌孔现象；下至基岩段常遇溶洞、填充溶洞及空腔现象。目前及起初钻孔灌注桩的施工流程如下：

(1)目前朋松楠松河特大桥岩溶发育区施工流程

测量放线→护桩埋设→护筒埋设→钻机就位→孔位校正→开孔钻进→接触段挤压(挤压2次)→钢护筒跟进至挤压段底部→继续钻进→基岩段溶洞回填、挤压→继续钻进→终孔→清孔→清孔验收→钢筋笼验收→下设钢筋笼→第二次清孔验收→混凝土浇筑→拔设孔内护筒→导管拆除。

(2)起初朋松楠松河特大桥岩溶发育区施工流程

测量放线→护桩埋设→护筒埋设→钻机就位→孔位校正→开孔钻进→接触段挤压(挤压数次)→继续钻进→挤压段小面积塌孔、漏浆→回填粘土片石继续挤压2次→继续钻进→挤压段小面积塌孔、漏浆→回填粘土片石挤压2次(此过程直至钻孔下至基岩不漏浆为止)→继续钻进→基岩段溶洞回填、挤压→继续钻进→终孔→清孔→清孔验收→钢筋笼验收→下设钢筋笼→第二次清孔验收→混凝土浇筑→导管拆除。

从两个施工方法的流程看，起初接触段粘土片石挤压施工的重复性和频繁性，而且结合现场实际情况看，采用粘土片石挤压处理的效果甚微。为了有效、节省成本、加快施工进度，我部便制定了凡遇到接触段漏浆、塌孔时，先挤压再护筒跟进的方法施工，其结果论证了施工中钢护筒跟进的有效性。

4　钢护筒跟进技术

我部于2017年3月8日施工的朋松楠松河特大桥钻孔灌注桩，施工过程中发现7m处有丰富地下流动水扰动，且此段存在严重漏浆、塌孔的现象。为此，我部便采取常规的处理方法，采用粘土加块石挤压，待浆液面升至孔口时接着钻进。钻进下至基岩部位，加之钻头反复震动，上部挤压的粘土片石开始小面积掉落，最终形成裂隙(通道)，从而导致浆液流失，瞬间浆液下沉至7m处。为了防止塌孔，施工人员又采用常规的处理方法，向孔内抛填粘土片石至孔口，再进行挤压钻进，钻进至原有基岩部位又出现类似的问题。随后经四方商定，向孔内抛填粘土和块石的混合物至孔口处，接着钻进，反复挤压4次，最终效果甚微。同时施工的5个承台其共性均为7m～10m处存在漏浆、塌孔的现象。于是我部便召开会议讨论，讨论结果是上部覆盖层与岩石中间长久经过地下水冲刷形成断层(通道)或者暗河，深入基岩浆液下降为空腔，结合设计勘探剖面图，最终针对岩溶发育地区孔故处理分两步施工。具体处理方法如下：

(1)钻孔深度穿过覆盖层与岩石接触段下至2m处，采用粘土片石回填，重复挤压2次，再钢护筒跟进至底部，方可正常钻进，其目的是预防挤压粘土片石小面积掉落导致漏浆、塌孔；

(2)钻孔深度穿过岩石空腔(溶洞)时，发现浆液面下降，采用粘土片石回填，因岩石溶洞(空腔)未经地下水扰动形不成塌孔，其目的是预防浇筑时混凝土超量。

此方法首次尝试，结合现场实际情况分析，证明了此次钢护筒跟进的有效性和可行性，具体操作方法如下，可供类似工程参考。

4.1　覆盖层与岩石接触段挤压法

对照地质图，当钻孔深度穿过覆盖层与岩石接触段下约2m时，停止钻孔，迅速提起钻头，同时在钻孔桩基旁边准备足够数量的片石和黏土，和一台大型挖掘机(1m3)供回填挤压使用。挤压效果如图1所示。

4.2　覆盖层与岩石接触段钢护筒跟进法

挤压完成后，方可下设钢护筒，护筒连接处需搭接牢固，以防护筒掉入孔内，护筒采取施压法下设，下设至挤压钻孔底部高程。具体操作如下：

(1)提前加工好钢护筒：每节高度1.5m，护筒内直径比设计桩径+10cm。钢护筒的加工尺寸必须严格控制，护筒上下节的连接缝除焊接外，还在接缝处焊5cm宽的加强钢带，护筒水平接缝所成平面与护筒竖向垂直，使整个钢护筒的垂直度符合要求，振动锤与护筒顶面焊接牢固，无松动；并要求振动锤位居护筒顶面中，各节下沉的护筒必须严格控制垂直度；

(2)扩大钻机钻头直径，设计桩径1.00m，采用1.20m钻头成孔；设计1.25m桩，采用1.4m钻头成孔；

(3)护筒的沉放：下放长护筒时，其位置必须准确，下放完成后，检查其高程、垂直、护筒顶面水平度。当冲击穿过粘土片石挤压段时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻，说明顶部已成孔并且圆滑垂直，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机(或桩机自生重量)把护筒放入沉至孔底，必要时用振动锤下沉。用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉；

(4)护筒跟进至挤压段底部时，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。如果冲击钻在坚硬岩石中的扩孔系数较小，不能满足钢护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。钢护筒跟进效果如图2所示。

图2　钢护筒跟进效果

4.3　孔内钢护筒的重复利用

为了节省成本，减少钢护筒用量，拔出孔内钢护筒需注意以下事项：

(1)钢护筒拔设需安排专业的技术人员旁站，以防导管掉落、短桩等；

(2)混凝土浇筑即将完成时，保证导管的埋深，做到导管在混凝土内“只上不下”；

(3)浇筑至设计高程时，停止浇筑，导管埋设混凝土内未动；

(4)采用冲击钻冲击力提升护筒，护筒提升完毕，立即测混凝土顶面高程；

(5)如混凝土面未动，或者下降50cm之内，方可拆除导管；

(6)如混凝土面下降数米，立刻还原浇筑程序，继续浇筑，直至达到设计高程(此条为预备方案，经我部施工至今未出现过此类现象)。

4.4　功效分析

钢护筒跟进法是我部施工老中铁路岩溶发育地区较为成熟、有效的孔故处理方法。表1为我部起初施工与目前施工的功效对比。

表1钢护筒跟进法与粘土片石挤压法施工功效对照

上表中77#承台位于朋松楠松河特大桥DK294+369.234处，设计桩长8m，设计孔深11.8m，现场施工中钻孔至7m处有丰富的地下水扰动，此处出现大量的漏浆、塌孔现象。下入基岩，基岩属灰岩、白云质灰岩。

由表1分析，钻孔灌注桩77#-1采用粘土片石挤压法施工，其接触段施工6d，基岩段施工4d；钻孔灌注桩77#-4采用钢护筒跟进法施工，其接触段施工3d，基岩段施工4d。两孔接触段采用不同的施工方法，产生的结果为钢护筒跟进法比粘土片石挤压法功效提前72h。

表2朋松楠松河特大桥77#-1和77#-4灌注桩施工成本核算表

说明：

(1)此表为77#承台基础灌注桩施工成本核算，其地质、孔深均相同，唯施工工艺不同；

(2)此表中中国人工资按500元/d；辅助工按100元/d；螺纹钢按4000元/t；C30混凝土按450元/m3；粘土片石按40元/m3；钢护筒按5000元/m3计算；

(3)77#-4成本核算时，加入了钢护筒费用，因为钢护筒为周转性材料，所以在成本核算时应扣除钢护筒费用(5644元)；

(4)粘土片石挤压施工法成本费用为27052元。钢护筒跟进施工法成本应为25186-5644=19542元，两种施工方法成本金额差7510元；

(5)本次施工成本核算表内未计算电费、机械使用费、燃油费、设备租赁费等消耗性材料费。

4.5　经济分析

根据77#-1采用的粘土片石挤压法成孔，77#-4采用护筒跟进法成孔。两孔不同处是77#-1接触段采用挤压数次直至终孔，77#-4接触段采用护筒跟进法终孔。其钻孔功效如表1所示，其成本如表2所示。

5　结语

结合表1、表2，钢护筒跟进施工法无论在时间上还是在成本上，优越于粘土片石挤压法。经施工结果论证了钢护筒跟进处理方法的可靠性和经济性。因此，作者将岩溶发育地区钻孔灌注桩施工时采用的两种有效的处理方法做一对比分析，供以后类似工程参考。