岩溶地区桥梁桩基钻孔施工技术

党云岗 （中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

1 工程概况及地质特点

武九客运专线新合特大桥位于江西省九江县新合镇及城门乡境内，全长3217.9m。桥梁桩基均采用钻孔桩基础，全桥均为柱桩，采用φ1.0m、φ1.25m 桩径。本桥址岩溶发育属于中等发育。基岩地层为三叠系灰岩，基岩面起伏较大，岩溶发育，溶沟溶槽发育，局部上部覆盖层内发育土洞，溶洞大小不一，埋深差异较大。内部包含的溶洞形式主要有：无充填型溶洞、半充填型溶洞以及充填型溶洞等3种。本桥桩基底部为灰岩，地基承载力σ0＝1200kPa，95%的钻孔桩地层存在溶洞。桥址区域存在较多的冲洪积物，地下水位相对较高，施工的时候很容易发生地面塌陷，所以施工时需要采取有效措施避免塌陷类事故的发生。针对桥桩基岩溶，在处理过程中采用了抛填粘土、片石、注浆、钢护筒跟进、回填混凝土等方法。

2 冲击钻机钻孔施工

钻孔前，需要做好以下工作：准备充足的粘土、碎石以及袋装水泥；另外，所有的施工机械设备都应该准备就位，如起重机、水泵、吸泥机以及空气压缩机等。综合考虑溶洞漏水的补给要求确定泥浆池及沉淀池的容量。为了避免地表水渗入到地下，需要对施工场地、泥浆池以及排水沟做好地表防渗处理。根据地质钻探资料，钻孔工作人员需要绘制出每个孔位的地质柱状图，该图形需包含溶洞的所有信息。选用十字型冲击钻头，按照先短后长的施工顺序开展施工。

①对溶蚀发育轻微、溶沟、溶槽、小溶洞、施工时漏浆量小的桩基施工。采取正常成孔方法施工。当钻穿溶洞漏浆时，反复抛填袋装水泥、粘土、碎石等混合料进行堵塞，充分利用钻头的冲击作用，将相应的材料挤入到岩溶裂隙以及溶洞中去，进一步提高孔壁的稳定性。

②如果遇到的单层溶洞充填物为流塑状的或者溶洞面积较大，在实际施工时，一般需要应用振动锤夯击钢护筒，保证其可以到达基岩，然后利用冲击钻钻穿溶洞顶板。这时，为了保证填充高度，需要将片石、袋装水泥等填充溶洞，控制溶洞的填充高度至少高出溶洞顶面2.5m，然后夯击投下的混合物，通过反复的操作，将其挤入到溶洞或者裂隙的内部，通过多次操作，增加溶洞壁的强度，很大程度地降低了灌注桩施工过程中混凝土的流失量。

③对于溶洞面积较大的多层溶洞，在冲击成孔时，需应用到双护筒跟进方式。合理控制外护筒直径与内护筒直径应大于设计桩径。

在开展冲击成孔时，当钢护筒打穿溶洞，为了提高孔的坚实度，通常需要提前抛填小片石和适量粘土块，然后充分利用石块以及泥浆的作用，提高孔壁的稳定性，达到加固护筒刃脚的作用。

下放内护筒达到设定位置后，需要采用抛石压浆处理的方法对内外护筒进行处理，进而提高护筒的整体刚度。

在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土块，以2～4m冲程进行冲压，反复多次，保证造壁的密实度，通过观察，发现孔底处于平整状态后，就可以向下冲进，在处理的过程中，需对高度不齐的岩面进行冲平处理。

在清孔的过程中，一般采用的清孔方法为吸泥法。混凝土灌注施工之前必须采取有效的方法提高孔底岩体和钻孔桩混凝土之间的粘结性，然后利用高压水彻底的将残渣排除。

④在钻孔施工的过程中，如果遇到斜面岩石，钻头可能会沿着岩层发生倾斜，最终导致偏孔的出现，针对这种情况，可以采用以下措施进行处理。

回填片石：提钻，然后向孔内投入片石2～3m，在冲击的时候，以小冲程进行反复地冲砸，保证孔底可以形成一个稳定性较好的平台，保证钻孔冲击的过程中，不再出现偏孔现象。若一次不成可反复数次。

回填混凝土：应用回填片石的方法进行纠偏，如果纠偏效果不够理想，可以改用回填混凝土的方法进行处理。提钻后进行清孔，然后将混凝土灌注到溶洞内部。待混凝土强度达到70%以上后再冲击成孔。

3 旋挖钻机钻孔施工

施工过程中用的施工设备为XR360旋挖钻机。整机重量（标配钻杆、不含钻头）90t。动力头马达为电控马达，配置有电控马达动力头可以实现入岩模式。底盘结构具有较高的强度，采用重型液压可伸缩履带，便于运输，具有超强稳定性。显示器中文人机界面操作简便，可直接显示桅杆垂直度及孔位深度，并自动实时检测显示记录，作业过程故障自动记录。

3.1 场地平整、定位

施工前平整场地，场地用挖掘机填筑平整并压实，保证施工场地地基承载力满足旋挖钻机施工。放样出桥墩钻孔桩中心位置，并根据孔位中心放出护桩点，作为钻机钻孔使用过程中控制孔位偏差的依据。

3.2 护筒的制作和埋设

护筒用厚度8mm钢板制作而成，每3m/节，埋设护筒时，需要控制护筒的埋设高度高出施工地面0.5m，为了提高钢护筒的稳定性，需要在钢护筒底部及四周填筑粘土，分层夯实填筑。

3.3 钻机就位及钻孔

①对场地进行整平，保证场地的压实度和平整度，然后调整主机的左右履带板，保证其处于同一个水平面，并保证履带板的方向可以和动力头的施工方向保持平行，控制旋挖钻机的固定钻杆的卡机和起重滑轮在同一垂直线上。开钻前，需要对机身的水平度做好调整。

②旋挖钻机采用筒式钻斗。开钻前需要定位好桩位，然后利用自动控制系统对设备的垂直度进行调整，钻机就位。

③钻孔前，按施工要求准备好钻孔记录表，测量人员对护筒顶面标高交底。

④对护筒内部的进行注浆，下降钻头，当钻头下降到预定的深度后，就可以施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土放置到指定地点，继续开挖。桩的深度达到了设计要求，就需要对桩径、泥浆厚度、桩位偏差等进行检查，只有这些参数合格后，方可以进行清孔。

⑤钻孔过程中，填写钻孔记录表，并注明地层变化，每隔2m左右捞取渣样进行保存。在钻机钻进过程中不应发生钻机摇晃。配备一台挖掘机清理钻渣，避免因钻渣过多造成泥浆外溢现象。

⑥当溶洞顶板被击穿后，孔内的泥浆面会快速下降，且速度较快，应用C20素混凝土对溶洞进行填充，待混凝土达到初凝后，方可继续钻进施工。

⑦若岩溶溶洞有填充物，孔内泥浆下沉不明显，先不处理，继续钻进。待终孔后，溶洞处采用加大导管埋深用桩身混凝土回填溶洞部分，直至混凝土面灌注到桩顶。

⑧若在施工过程中出现混凝土浇注到距离桩顶还差几米时，混凝土面突然下降，导管悬空，造成断桩情况，要及时将钢筋笼拔出，待混凝土初凝后，钻机重新钻进，成孔后再浇注桩身混凝土。钢筋笼不能拔出时，要用冲击钻机在原位重新钻孔施工。

4 成孔检测

4.1 孔深及孔底沉渣检测

用标准测锤检测孔深及孔底沉渣厚度，测锤采用锥形锤，上系φ3mm钢丝绳并附刻度标识，锤直径5cm，高度15cm，质量5kg。

4.2 孔径、孔形测量

按照高速铁路钢筋笼的标准加工探孔器，探孔器总长度6m，主筋、加强箍筋采用HPB300Φ16钢筋制作，外径与设计孔径相等。检测过程中，首先吊起探孔器，然后将探孔器缓慢放入到孔内，下放过程中必须保证下放畅通无阻。

4.3 倾斜度测量

采用圆球检测法测量。在孔口沿钻孔直径方向设一标尺，标尺中点与桩孔中心吻合，将球系于测绳上，量出滑轮到标尺中点的距离。圆球放入孔底，待测绳静止不动后，读得测绳在标尺上的偏距，计算出倾斜度，符合规范要求。

4.4 清孔

孔径、孔倾斜度与孔深检查均合格后开始清孔工作。清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆比重、含砂率及粘度指标符合规范要求。采用泥浆泵换浆清孔，在吊装钢筋笼前进行一次清孔，在安装导管完成后实测沉渣厚度达不到要求时进行二次清孔。

①换浆法清孔：采用正循环钻机钻孔时，以适当的速度将较纯泥浆压入，然后置换出钻孔内悬浮钻碴较多的泥浆，直到孔底的钻碴被彻底地清除干净。

②清孔应达到以下标准：控制孔内排出的泥浆比重必须＜1.1，含砂率≤2%，粘度17～20s。另外，清孔的过程中，严格禁止应用加深钻孔深度的方法代替清孔。

5 结束语

本文通过岩溶区桩基钻孔的施工实践证明，岩溶区钻孔可以采用旋挖钻机施工，且施工效率高，保证了工期要求。岩溶地区桥梁钻孔桩施工采用旋挖钻和冲击钻2种施工工艺均符合施工规范对桥梁成桩的质量要求，但无论旋挖钻还是冲击钻施工，孔桩施工的沉渣厚度均能满足≤5cm的要求，能确保桩基检测合格。