高铁岩溶地段钻孔桩施工技术

赵 锐

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

岩溶地区伴有持续性的溶蚀作用，随时间的延长而逐步扩大溶洞的规模，加之地质条件的不确定性，于该处组织桥梁桩基建设工作时难度较大，易出现卡钻、塌孔等特殊情况。针对此问题，必须以岩溶发育地区的地质条件为立足点，加强技术优化，以业内主流技术为依托，制定完善的溶洞处治方案，有效推动工程的开展。

1 工程概况

贵阳枢纽小碧经清镇东至白云联络线站前施工4 标段：翁井（含）至白云（不含），起讫里程D4K50+700～D1K73+613.438，长22.684 km。受沿线地形、地势影响，桥隧比较高，建设特大桥11 座共14 142.16 m、大桥6 座共1 967.86 m、中桥2 座共116.1 m。地层分布有大量碳酸盐岩可溶盐，对施工技术水平提出较高的要求。

2 岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术应用要点

由于施工现场地下岩溶高度发育，因此地表处存在较明显的溶蚀洼地。对此，施工单位以实际施工条件为立足点，确定使用桩基施工方法，即利用冲击钻向待施工区域钻进成孔，抛填片石等材料，再辅以注浆、钢护筒跟进等措施。

2.1 施工准备

1）确定钻孔作业范围，清理该处的杂物，平整压实，使施工现场保持洁净且稳定的状态。

2）以孔位为依据依次确定所在区域的地质柱状图，信息包含溶洞的规格、填充情况、顶板厚度等。同时，以现有的地质勘察资料为主要依据，采取适用于各桩实际情况的溶洞处理方法。

3）钻进作业的主要要求有：按先长桩、后短桩的顺序依次施工；加强对设计钻孔柱状图的核查，若存在不当之处，需及时将实际情况报设计单位，以便在最短时间内做出调整；遇钻孔深度不达标的情况时，应当展开深入的分析，查明桩基地下岩溶的实际发育情况，再采取处理措施；待钻孔作业完成且施工质量达标后，可下放预制成型的钢筋笼，再组织混凝土的灌注作业[1]。

2.2 测量放样

以全站仪为主要设备，根据设计要求测放桩位中心；埋设护筒，经检测后确定其高程情况，从而严格控制钻孔深度；经过测放作业后，有必要复核桩位，直至误差在许可范围内为止。

2.3 埋设护筒

为给后续钻孔作业创设良好的条件，提前埋设稳定且密封性良好的孔口护筒，其内径略大于钻头直径40 cm。以施工水位为参照基准，要求护筒顶面高程超出2 m。关于护筒的埋设作业，见图1。

图1 护筒的埋设

2.4 钻机就位及钻孔

钻架安装到位后，施工单位要检查实际情况，合理纠正偏差。另外，还要安装起吊系统，吊起钻头，再将其以缓慢的方式下放至护筒内。钻孔初期宜采取小冲程开孔的方式，随钻进作业的持续推进，待实际钻进深度达到钻头全高与正常冲程的总和后，可恢复至正常作业状态，适当提升速度。

在钻孔期间，施工单位要做到勤松绳，但需严格控制单次松绳量。勤抽碴，以保证钻头可持续冲击新鲜地层，有效向下钻进。综合考虑所遇地质情况、钻头规格（类型、重量等），合理调整单次松绳量，通常以3 m～8 cm 为宜。其中，吊钻头的钢丝绳安全系数至少达到12，否则易发生断丝等质量问题。不仅如此，施工单位还要在钢丝绳和钻头间配套转向装置，以提高其灵活性，施工期间要加强检查，察看其是否存在转动失灵、滞后等问题。

由于钻孔地质环境复杂，易出现钻头受损的情况，因此，为了确保在出现问题后可及时换新，施工单位需要准备备用钻头。若钻头直径磨损量达到15 mm 以上，则采取换新措施，否则后续钻孔的孔径将难以满足要求。

因为在钻孔期间会出现明显的冲击振动现象，所以在其作用下，易影响已成型的邻孔，从而发生塌孔等异常现象。鉴于此，施工单位要将邻孔混凝土的实际成型效果作为是否开钻的依据，待其抗压强度达到2.5 MPa 后方可钻进。

遇倾斜的岩层时，较为适宜的是小冲程低速钻进方法，并提前准备足量的片石，必要时可用于回填。若存在卡钻现象，不可强制提升钻头，而是需由技术人员分析具体成因，以判断钻头所处的位置及周边的地质情况，并在通过晃大绳等方法使钻头逐步松动后，再缓慢向上提钻。钻孔施工（见图2）。

图2 钻孔施工

2.5 一般溶洞的处理方法

钻进过程中若遇空洞或溶洞现象，施工单位需密切关注失浆量及失浆速度，并以此为依据判断空洞或溶洞的实际范围，若规模较小，宜采取填充压实的方法。主要考虑如下几方面。

1）对于溶沟、溶槽，可以向其中抛填袋装水泥或片石等，以达到有效堵塞的效果。

2）对于已经完成预处理的溶洞，当钻进至溶洞顶部约1 m 的位置时，出于维持安全性的目的，可采取小冲程的方式钻进，直至击穿洞顶为止。

3）遇无填充或半填充的溶洞时，应在击穿前密切分析护筒内泥浆面的实际情况，若泥浆面在短时间内大幅度下降，需及时补浆、补水。以溶洞的规模为依据，合理搭配使用黄泥、片石、水泥，经过多次冲击挤压后提高其密实性[2]。

4）填充物以淤泥等稳定性较差的土质居多时，可向溶洞内填入黄泥和片石混合物，再给予多次冲击处理，达到护壁的效果。

2.6 护筒跟进的技术要点

桥梁桩基设计桩长70 m，根据地质勘察资料可知，孔深42 m～65 m 范围内的地质条件特殊，含丰富的溶腔及裂隙，随冲孔作业的持续开展，当达到42 m 时将明显加大成孔难度，塌孔、泥浆流失等异常状况的发生概率随之加大，虽然组织多次黏土和片石的回填作业，但实际效果依然有限。经技术分析后，改为双层钢护筒跟进的处理方法。

1）施工前：全面落实准备工作，核查地质资料，从中发掘具有参考价值的信息，由此确定护筒的工艺参数，包含深度、直径等。以设计桩径为参照基准，最后一层辅助护筒的直径在该值的基础上增加5 cm～10 cm。

2）施工中：用振动锤敲击外护筒，通过外力的作用使其下沉至指定位置，期间加强对倾斜度和锤击贯入度的检测，加强防护，以免因护筒下沉受阻而出现偏斜的情况。待钻头穿过溶洞顶板后，随即暂停钻孔作业，将内护筒打入岩溶段，再跟孔钻进施工，直至其达到稳定岩面以下0.5 m 位置为止，再转为正常钻进状态。为保证内、外护筒的稳定性，于中间注入砂浆，固结封口。

2.7 低标号混凝土填充

根据地勘资料可知，在某桩基深度约30 m 的周边区域存在较大规模的无填充物溶洞，且裂隙较为发育，冲孔施工期间虽然采取回填片石和黏土的方式，但所带来的效果欠佳，存在较明显的泥浆流失现象，引发孔壁坍塌事故。结合现场作业情况，推断地下存在较发育的暗河。对此，采取水下灌注低标号混凝土的方式，实现对溶洞的有效填充，从而稳定孔壁。

水下灌注混凝土施工期间，加强对混凝土入孔速度的检测与控制，以溶洞顶部所处位置为基准，若混凝土面高出该处1 m 以上，可结束浇筑作业。混凝土实测强度满足要求后，可组织冲击作业，后续的施工条件良好，成孔效率较高，且能够有效避免水下桩基混凝土超方的情况。

3 施工注意事项

3.1 斜孔、弯孔的防治

对基岩冲击时，应充分考虑到基岩埋深、溶沟、溶槽等特殊地质的实际情况，适当放慢冲击速度，合理调整冲击频率，全程维持低频率、小落距的状态。在向斜孔和弯孔处回填硬质片石时，可采取低锤密击的方法，目的在于避免偏锤孔斜现象。若斜孔或弯孔的纠偏难度较大，可配制适量低标号混凝土并向其中回填，随着混凝土强度的提高，符合作业要求后方可再次冲击，直至孔位偏差完全被纠正为止。

3.2 埋锤、卡锤的防治

以地层实际情况为准，动态化调整冲程和冲击速度；保证泥浆浓度具有合理性，否则易加大塌孔的发生概率；钻进至岩溶洞隙时，需向其中填入块石和碎石，再密集冲击，保证洞隙可处于密实的状态。溶洞施工区域内不可打松锤，要求钢丝绳全程紧绷，以小冲程的方式击打。穿越溶洞时的作业条件较为特殊，需密切关注钢丝绳的实际情况，由此判断是否存在斜孔问题[3]。

因某些原因而出现埋锤、卡锤、掉锤事故时，不可盲目提拔，施工单位需准确分析成因，采取针对性的处理措施。若卡锤现象发生于砂砾层中，则需通过冲、吸等方法加以处理，从而使冲锤周边的冲碴可从紧固转变为松动的状态，再顺利提锤。需要注意的是，在部分情况下，当易遇到严重的塌孔埋锤现象时，施工单位可配备更大直径的冲击锤，并在其作用下清理原锤周边的土、石，随后再用空心锤冲击，直至原锤与孔壁可完全分离为止。除此之外，在打捞期间必须持续搅拌泥浆，以避免沉淀埋锤。

4 结语

综上所述，对于施工条件苛刻的岩溶地区，采用钻孔桩施工技术可在一定程度地保障相关工程项目的顺利进行。对此，施工单位需对钻孔桩施工技术展开探讨，通过详细分析其技术难点与要点，提出对应的解决措施，以进一步提高工程项目的安全质量与各项效益。