岩溶地区钻孔灌注桩施工关键技术

刘红明，隋 艺

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

本文结合广东玉湛高速公路岩溶地区钻孔灌注桩施工实例，探索和总结在岩溶地区灌注桩施工方法，结合施工过程中出现的问题分析原因制定应对措施，总结出施工过程关键控制点。为类似项目提供参考资料。

1 工程概况

广东玉湛高速公路工程路线长100.932 km。桥梁29 876 m，共计135座，其中：特大桥7 556 m，4座；大桥17 605 m，62座；中小桥4 715 m，69座。本工程位于华南加里东褶皱系粤西隆起带内，大地构造位置上处于区域性四会-吴川大断裂带西段，次级断裂主要是廉江-信宜断裂带、遂溪断裂。

全线隐伏岩溶主要以中风化灰岩、白云质灰岩、炭质灰岩为主，位于第四系松散层或帽子峰或帽子峰组砂岩层之下，形态不一，岩溶的埋藏深度变化较大，规模大小不一，洞高3.2～6.9 m不等，一般都有充填物，充填物为砂层、软塑粉质粘土、卵石土等。经地质勘探，钻孔探测遇洞率大于10 %，线岩溶率大于30 %，岩溶发育程度极强。

2 溶洞的分类及常用的处理方法

根据项目地质勘查资料显示的溶洞情况，分为三种类型：第一种小溶洞，高度小于3 m；第二种中溶洞，高度 3～10 m；第三种大溶洞，高度大于10 m。钻孔灌注桩施工溶洞处理方法主要有充填法、钢护筒跟进方法等。

2.1 充填法

对于第一种小溶洞，通常采用充填法，根据地勘资料确定填充物，如果溶洞内无充填物基本为空洞，可以充填干沙或碎石，如果溶洞内有部分填充物，填充物松散或者呈软塑状，通常采用充填片石土的方式，片石与粘土的比例一般为 1：2，回填高度为溶洞顶板以上1 m处。粘土装进水泥袋后投入效果更好。回填以后再重新开始钻孔施工。

小溶洞施工过程中，接近溶洞顶部的时候，要减小油门和冲程，减慢冲击速率，并认真观察泥浆情况，溶洞一旦击穿就会发生漏浆现象，观察泥浆面如果泥浆面出现下降但下降速率较慢，此时，马上补充泥浆保持泥浆面稳定，然后按方案的比例回填片块石和粘土的混合物，待回填材料稳定后再继续施工。如果发现泥浆面下降较快，及时补充泥浆的同时，可以回填混凝土等胶体材料进行封堵，稳定后再施工。

2.2 钢护筒跟进法

钢护筒跟进就是在经过溶洞地层时，采用钢护筒作为护壁，避免漏浆和塌孔，钢护筒一般采用振动锤进行振沉。

中溶洞和大溶洞通常采用钢护筒跟进施工法。如果一层钢护筒不够，较大溶洞采用多层钢护筒进行施工保护。

2.3 施工工艺

1）桩基内护筒跟进的施工工艺流程：

场地平整、定位、埋设外钢护筒、冲孔至溶洞顶（回填片石或 C20混凝土）、溶洞顶部处理、下放内钢护筒、正常成孔至桩底高程（终孔）。

2）钢护筒制作，钢护筒壁厚δ=12～18 mm的钢板，孔深10 m以下时采用12 mm厚的钢板，孔深10 m以上时采用14～18 mm厚的钢板，在厂家用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为 4.5～7.5 m，制作内钢护筒的内径D′=d+20 cm（d为设计桩径），外钢护筒的内直径为D=d+40 cm，制作好后运至施工现场。

以直径1.6 m的桩为例，将φ1.6 m的钻头扩大至φ1.8 m，正常钻进至溶洞上方约1 m处，采用25 t汽车吊辅助20 t振动锤，先将内钢护筒分节打入土层中至岩面，再进行回钻成孔。在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，牢固的焊在内钢护筒顶部，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成护筒产生偏斜。同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的 1/200，力求钢护筒垂直入土。若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态中。

内护筒沉入岩面后，先采用冲锤进行成孔一定深度后（1.5～2 m），及时采用25 t汽车吊辅助振动锤将内护筒下沉至进尺岩面高程处；然后再进行冲孔、下内刚护筒；与之循环反复进行至桩底设计高程处；同样，在施工过程中严格测量、控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200。

多层护筒施工，每一级外侧的护筒内径要大0.2 m左右，最小一级钢护筒要大于灌注桩直径0.2 m，振沉钢护筒时，按从大到小的顺序进行施工。

对于岩溶地区钻孔灌注桩施工，必须要进行逐桩超前钻，施工前，要认真研究地质勘察报告、超前钻探资料，逐桩分析桩径范围内溶洞的具体情况，掌握溶洞的分布、大小、深度、填充状态等。结合地勘资料，编制有针对性的应急处理措施，并根据溶洞情况逐桩制定施工方案。合理配置设备，做好设备选型，按照预案提前准备好溶洞处理所用黏土、片石等相关材料，便于出现问题及时处理。

3 施工过程中遇到的问题及处理措施

3.1 漏浆

钻孔施工过程中，要认真观察泥浆情况，进入溶洞时会发生漏浆现象，泥浆会流进溶洞空隙。发生漏浆时，继续钻进很容易塌孔。

处理措施：

1）发现漏浆时，应立即停止冲孔，马上补充泥浆防止塌孔，并根据地勘资料和预案措施进行处理。

2）如果漏浆速度较慢，可以按方案的比例回填粘土与片块石的混合物，填充物应填至溶洞以上1 m左右，稳定后继续施工，此时要采用小冲程。

3）如果溶洞侧向空洞较大，回填粘土与片块石的混合物效果不理想时，可以采用回填素混凝土的方法，待混凝土初凝后继续施工。

4）必要时，要采用全钢护筒跟进的方法进行处理。

3.2 偏孔

偏孔在溶洞地区钻进过程中经常出现，且处理起来费时费力，对成本和工期影响较大。

处理措施：

1）如果偏孔不严重，可以改用小冲程，在偏孔位置反复提锤冲击直到孔位恢复正常。

2）如果偏孔较为严重，用提锤反复冲击的方法无法正孔时，可以先少量回填土石混合物再继续施工。

3）如果偏孔极为严重，前两种方法无效时，一般还可以采用孔底爆破法，但操作太复杂，很少采用。

3.3 坍孔

施工时，溶洞一旦被击穿，泥浆会马上流入溶洞内，如果溶洞内无填充且空间较大，漏浆速度必然很快，如果此时不能马上补充新的泥浆，桩孔就会因为失去泥浆保护而坍塌；另外，如果钻头击穿溶洞，可能导致钻头倾斜碰撞孔壁而坍塌。

处理措施：

1）如果坍孔不严重，可以按比例回填粘土块石混合料，一般填至坍塌位置以上2 m左右，等回填料稳定后再继续施工。

2）如果坍孔较为严重，可以把桩孔全部回填，稳定后继续施工，必要时采用钢护筒跟进施工。

3）当坍孔非常严重时应立即对孔口周围进行封闭，以防发生危险，并将坍塌处填满，需要过一段时间，回填料自然沉积密实以后再继续施工，必要时护筒跟进施工。

3.4 卡钻

当冲击钻击穿溶洞后，如果溶洞比桩径小或者倾斜时，桩锤进入溶洞后很容易卡住，或者溶洞局部坍塌将桩锤埋住也会造成卡钻。

处理措施：

1）如果卡的不是很结实，钻进无法提升时，可以用吊机帮助提升钻头。

2）如果卡的非常结实，吊机等设备也无法取出，就只能抽干泥浆，位置较浅时直接挖出，位置较深时，下方钢护筒人工取出。

4 施工关键点控制

4.1 施工前控制要点

1）岩溶地区钻孔灌注桩施工必须进行逐桩超前钻，掌握溶洞具体情况并制定好应急处理措施。

2）岩溶地区灌注桩施工一般冲击钻，冲击钻具有提锤速度快的特点，冲机冲锤穿过溶洞顶板时，可以快速提锤避免埋锤事故。

3）材料准备要充足，备足泥浆、泥包和片块石，以便在击穿溶洞漏浆时补充泥浆和堵塞溶洞。

4）钻机就位，铺设较长的钢板桩，增大受力面积，并对钻机底座进行加固，能有效地防止塌孔导致钻机倾倒。

4.2 施工过程中控制要点

1）研究超前钻探资料，接近溶洞顶板时减小冲击速度和冲程，防止突然击穿大量失浆，并加大泥浆容重。

2）施工人员应注意观察孔内泥浆面的变化，发现漏浆应立即提锤停止施工，并立即补充泥浆，避免泥浆面下降过快导致塌孔，并向孔内按比例投放事先准备好的黏土和片块石的混合物等，泥浆面稳定后，改用小冲程继续施工。

3）如果塌孔应马上停止施工，根据塌孔情况进行处理，塌孔严重时，要确保人员设备的安全再进行处理。

5 结 语

岩溶地区钻孔灌注桩施工控制复杂，突发情况较多，在岩溶地区施工必须要有详细的地勘资料，针对每根桩制定专门的施工方案和应对措施，预案要有针对性，过程处置要灵活，同时应加强施工过程监控，出现问题及时分析处理，达到保证成孔质量降低施工成本的目的。