橋梁課題6-巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

1、武廣客運(yùn)專線橋梁課題研究之六巖溶地區(qū)鉆孔樁施工技術(shù)一、前言巖溶地區(qū)鉆孔樁施工成功的例子很多，例如，在桂林市雉山公路大橋施工中克服了重重困難，成功地在巖溶發(fā)育地區(qū)建成鉆孔樁基礎(chǔ)，采用了鋼護(hù)筒跟進(jìn)沖擊成樁工法；衡廣復(fù)線北鄉(xiāng)大橋樁基施工，在沖擊鉆的沖擊作用下，將粘土塊和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，完成護(hù)壁和成孔工作；京九鐵路吉安贛江特大橋處于巖溶發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶發(fā)育程度高、規(guī)模大，溶洞成串出現(xiàn)，暗河縱橫交錯(cuò)，該橋鉆孔樁施工采用了單護(hù)筒及雙護(hù)筒跟進(jìn)、回填沖鉆、泥漿護(hù)壁等綜合施工工法。武廣客運(yùn)專線第1、5標(biāo)段橋梁數(shù)量眾多，所占比例大，大多橋位處存在溶洞，溶洞形狀各異，錯(cuò)落無序，有的溶洞發(fā)育規(guī)模

2、大，部分上下分布有23層溶洞。為摸清溶洞的分布、大小、填充情況、漏水情況等，以指導(dǎo)施工，在全面鋪開樁基礎(chǔ)施工前，除根據(jù)設(shè)計(jì)提供的初勘、施勘地質(zhì)資料外，還應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)勘、電磁波層析CT探測(cè)等多層次勘察。根據(jù)溶洞的不同特點(diǎn),采取沖擊鉆機(jī)成孔并配合相應(yīng)的施工方案，確保成孔、成樁的可靠性。二、施工工藝（一）關(guān)鍵技術(shù)巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證成孔過程中不漏漿、或雖漏漿但不發(fā)生坍孔，保證樁孔順利成孔、成樁并滿足承載力要求。（二）施工方法1、對(duì)溶蝕發(fā)育輕微、空洞不大、施工時(shí)漏漿量小的樁基施工采取正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)，反復(fù)投入黃土和片石，利用鉆頭沖擊將黃土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，

3、還可摻入水泥、燒堿和鋸末，增大孔壁的自穩(wěn)能力。（1）工藝程序施工準(zhǔn)備埋設(shè)護(hù)筒移動(dòng)鉆機(jī)、定位護(hù)筒內(nèi)投入土、片石、水鉆孔抽碴吸泥清碴。（2）施工要點(diǎn) 開孔時(shí)用小沖程沖擊鉆孔，要打得準(zhǔn)、打得穩(wěn)，間斷沖擊，少抽碴，使開口圓順。 加入小于15cm片石，反復(fù)沖擊2-4次，擠密護(hù)筒底部周圍土層。 密切注意觀察鉆機(jī)工作情況、周圍地表沉降和護(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情況發(fā)生。 根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，在接近溶洞時(shí)勤觀察、勤檢查，憑手握沖擊主繩的手感，鉆頭沖擊巖層的響聲，抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。 接近巖溶時(shí)主繩松繩量應(yīng)為1-2cm，防止擊穿巖殼時(shí)卡鉆。 鉆穿巖溶地層上殼時(shí)一旦漏漿，要及時(shí)投放粘土塊、片石并補(bǔ)水，保

4、持孔內(nèi)水位高度。2、空洞較大且充填物為軟塑狀的單層溶洞條件下的樁基施工采取振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒到基巖，然后沖擊鉆孔至溶洞頂板，利用沖擊鉆穿溶洞頂板后，灌注低標(biāo)號(hào)砼，使砼面高于溶洞頂面，砼灌注時(shí)采取間歇方式。待砼達(dá)到一定強(qiáng)度后再繼續(xù)鉆孔，穿過低標(biāo)號(hào)砼成孔。（1）工藝流程空洞較大的單層溶洞條件下鉆孔樁施工工藝流程圖施工準(zhǔn)備鉆機(jī)就位灌注水下砼震動(dòng)下沉鋼護(hù)筒沖擊鉆孔通過溶洞頂板灌注砼填充溶洞清孔安放鋼筋籠、導(dǎo)管隨鉆進(jìn)隨檢孔加工鋼護(hù)筒、樁帽等投入粘土測(cè)量定位沖擊鉆孔至樁底二次清孔測(cè)量沉碴厚度（2）施工要點(diǎn)反循環(huán)沖擊鉆孔：采取沖擊成孔時(shí)，為防止沖擊振動(dòng)使鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注的砼凝固，待鄰孔砼灌注完畢24

5、h后開鉆。鋼護(hù)筒下到巖面以后，即開始對(duì)覆蓋層和頂板進(jìn)行沖鉆。在覆蓋層中可采用正反循環(huán)鉆進(jìn)，沖鉆方法與一般沖擊鉆孔相同；在巖石地層中以十字型鉆頭沖擊基巖成孔，鉆進(jìn)方式為泵吸反循環(huán)。巖層中鉆進(jìn)時(shí)，泥漿濃度控制在1.151.20。當(dāng)鉆穿巖溶頂板時(shí)暫停鉆孔，拆移鉆頭，進(jìn)行溶洞區(qū)水下砼的灌注，砼采取低標(biāo)號(hào)砼，砼配合比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，保證每批砼坍落范圍在3米左右。砼灌注采取間歇灌注方法（以免砼流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)），直至到達(dá)溶洞頂面以上1.0米，待砼達(dá)到強(qiáng)度后繼續(xù)鉆孔，鉆孔穿過低標(biāo)號(hào)砼成孔。3、充填物為流塑狀或空洞較大的多層溶洞條件下的樁基施工采用雙護(hù)筒跟進(jìn)方式?jīng)_擊成孔。（1）工藝流程空洞較大的多層溶洞條件下

6、鉆孔樁施工工藝流程圖施工準(zhǔn)備鉆機(jī)就位灌注水下砼震動(dòng)下沉鋼護(hù)筒沖擊鉆孔通過溶洞頂板下沉內(nèi)護(hù)筒清孔安放鋼筋籠、導(dǎo)管隨鉆進(jìn)隨檢孔加工鋼護(hù)筒、樁帽等投入粘土測(cè)量定位沖擊鉆孔至樁底二次清孔測(cè)量沉碴厚度（2）施工要點(diǎn) 外護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大20cm，內(nèi)護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大5cm。 施工程序：根據(jù)地質(zhì)鉆探資料提供的溶洞分布情況，按照先短后長，先易后難，先外后內(nèi)的原則確定各樁施工順序。 外護(hù)筒下到巖面以后，即開始對(duì)覆蓋層和頂板進(jìn)行沖鉆，其鉆孔方法與傳統(tǒng)的沖擊鉆孔方法相同，但成孔的樁徑比設(shè)計(jì)樁徑大7cm，以便內(nèi)護(hù)筒順利通過頂板。護(hù)筒跟進(jìn)示意如下圖： 當(dāng)鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過溶洞到下一層巖面時(shí)，為使開孔堅(jiān)

7、實(shí)、豎直、圓順和對(duì)繼續(xù)鉆孔起導(dǎo)向作用，應(yīng)在鉆孔前拋0.5-1.0m3的小片石和適量粘土，借鉆頭沖擊力把泥漿、石塊擠向孔壁，以加固護(hù)筒刃腳。 當(dāng)內(nèi)護(hù)筒下沉到位后，在內(nèi)外護(hù)筒間進(jìn)行拋石壓漿處理，以增加護(hù)筒的整體剛度。之后進(jìn)行內(nèi)護(hù)筒的排泥和穩(wěn)固巖面的鉆孔。 雙護(hù)筒沖擊鉆孔采用吸泥法清孔。為使鉆孔樁砼與孔底巖體粘接良好，灌注水下砼之前需用高壓水沖射排除殘碴。（3）護(hù)筒刃腳固結(jié)處理當(dāng)鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過溶洞到下一層巖面時(shí)，鋼護(hù)筒周邊不可能與巖面完全接觸，加上巖面巖面一般較為傾斜，內(nèi)護(hù)筒與巖面之間一般往往會(huì)形成較大間隙，若不加以固結(jié)，在入巖沖進(jìn)過程中會(huì)成為樁孔與樁外的通道，極易造成埋鉆和過護(hù)筒腳時(shí)產(chǎn)

8、生偏孔或斜孔，留下質(zhì)量隱患。在施工中采取的方法如圖所示。利用沖擊成孔時(shí)對(duì)孔壁會(huì)產(chǎn)生擠壓的特點(diǎn)，在鋼護(hù)筒刃腳范圍內(nèi)拋填塊石、粘土，用2-4m沖程進(jìn)行沖壓，使其密實(shí)造壁，反復(fù)多次，直至孔底平整才可以向下沖進(jìn)，處理同時(shí)可以沖平參差不齊的巖面。4、溶洞發(fā)育且對(duì)墩臺(tái)樁基有影響的樁基施工（在試驗(yàn)段投標(biāo)中有此方法）在樁基施工前進(jìn)行石粉加水泥壓漿堆填處理,使溶洞封閉,鉆孔過程中不漏漿。（1）壓漿工藝詳見“巖溶樁基壓漿工藝流程圖”。（2）施工要點(diǎn) 鉆注漿孔根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置鉆注漿孔，通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情況。鉆孔施工方法如下：鉆機(jī)采用XU-600型地質(zhì)鉆機(jī)。開孔采用108mm巖芯管

9、開孔，鉆進(jìn)分層采樣，直至鉆入基巖面0.5m以下后，下108mm套管，并嵌入基巖；套管露出地表0.20.5m。用75號(hào)水泥砂漿固結(jié)套管，并將孔口套管四周搗巖溶樁基壓漿工藝流程圖施工準(zhǔn)備 鉆機(jī)就位 鉆 進(jìn) 清 孔 拆卸鉆桿安放壓漿管和漿液制作 壓 漿 壓漿效果檢驗(yàn)漿液配合比選定 鉆機(jī)選型 續(xù)接鉆桿 成 孔實(shí)封閉，防止?jié){液從套管周圍串出，影響注漿效果。待固結(jié)套管水泥初凝后，繼續(xù)鉆進(jìn)，循環(huán)水采用清水。根據(jù)取出的巖芯確定巖溶發(fā)育特征。洗孔后按要求做注水試驗(yàn)，擰上孔口蓋。 壓漿壓漿設(shè)備主要為JS350型攪拌機(jī)、KBY-30/120型注漿泵。在壓漿前先進(jìn)行注水試驗(yàn)，確定單位長度吸水量。漿液選用石粉水泥漿,用

10、32.5級(jí)水泥,石粉水泥漿配合比為水水泥:石粉=110.8。壓漿時(shí)注漿壓力不宜太大，控制在0.51.0MPa范圍,具體壓力值由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)，采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的單位注漿量、注漿壓力控制值為止。注完一個(gè)孔后,繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿,后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場(chǎng)自行掌握。注漿完后采用鉆孔檢查，檢查孔數(shù)為5%，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果。注漿完成等漿液凝固到一定強(qiáng)度后即進(jìn)行鉆孔樁的施工，施工按常規(guī)鉆孔樁施工方法。 在經(jīng)過處理后的巖溶處成孔時(shí)，成孔方法基本上與普通石質(zhì)地層成孔方法相同。

11、成孔時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： A成孔必須待注漿凝固、強(qiáng)度達(dá)到要求才能進(jìn)行，巖溶注漿處理一般等待時(shí)間為10左右。 B為防止意外,沖孔前應(yīng)有備用措施。備好材料，一旦泥漿泄露，及時(shí)向孔內(nèi)投放粘土，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成粘土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使沖鉆順利進(jìn)行。 C接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿濃度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。三、常見事故的處理1、卡錘（1）原因：在基巖段成孔時(shí)由于樁錘磨損未及時(shí)修補(bǔ)；在沖擊時(shí)發(fā)生掉物、掉石；鋼絲繩沖放過多，致樁錘傾倒頂住孔壁；溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞。（2）處理措施：慢試法：鉆頭卡在中間任何部位時(shí)，應(yīng)將主繩徐放收緊徐放收緊，反復(fù)進(jìn)行使鉆頭旋轉(zhuǎn)從原位槽道提出；

12、沖擊法：將主繩放松3-5m，用鉆頭副繩吊一重物向下沖擊鉆頭，使之產(chǎn)生松動(dòng)，主繩重復(fù)慢試法；輔助提升法：用吊機(jī)、千斤頂或鉆機(jī)副繩穿滑車組加力提升；水下松動(dòng)爆破法：測(cè)準(zhǔn)鉆頭被卡高度后，迅速將乳化防水炸藥捆成兩組，加配重對(duì)稱放入鉆頭刃腳部位，之后將鉆機(jī)主繩帶緊或以吊機(jī)輔助緊提，采用電雷管起爆；確實(shí)無法取錘時(shí)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。2、掉錘（1）原因：錘體質(zhì)量有問題，造成錘體斷裂；鋼絲繩斷裂；進(jìn)尺時(shí)遇到大溶洞，且填充物為軟塑性土質(zhì)或空洞時(shí)，因?yàn)榭刂七M(jìn)尺，沖錘一下進(jìn)尺數(shù)米，引起掉錘。（2）處理措施：選用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具將錘體撈起；確實(shí)無法撈起時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。3、塌孔埋鉆

13、（1）原因：施工時(shí)由于碰到溶洞或與樁位外溶洞相通的裂隙，引起突然間大量泥漿漏失。（2）處理措施：發(fā)生漏漿時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿補(bǔ)水，維持孔內(nèi)水頭，防止孔內(nèi)外產(chǎn)生過大的水頭差，并迅速堵漏。4、其它事故因地質(zhì)條件復(fù)雜，在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)，出現(xiàn)了掉鉆現(xiàn)象。在鉆孔樁施工中，一旦碰到鉆探時(shí)留下的鉆桿、鉆頭等，將用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具進(jìn)行打撈，確實(shí)無法撈起而又影響鉆孔樁鉆進(jìn)時(shí)，則請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。四、機(jī)具設(shè)備 1、沖擊鉆機(jī)，YKC30、CZ30型2、震動(dòng)錘，BMI-1500型3、起重機(jī)，25t4、空壓機(jī)，12m3/min5、潛水泵6、吸泥機(jī)五、質(zhì)量控制措施 1、施工組織管理方面的措施

14、（1）邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、監(jiān)理、科研和大專院校等單位專家參加技術(shù)攻關(guān)研討會(huì)，制訂切實(shí)可行的施工方案。（2）對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，使施工人員有章可循，強(qiáng)化組織指揮，建立必要的獎(jiǎng)懲制度。（3）組織技術(shù)革新、質(zhì)量管理和科技攻關(guān)組。2、施工技術(shù)對(duì)策溶洞地質(zhì)同一般地質(zhì)相比較，其特點(diǎn)表現(xiàn)在它的非均質(zhì)性和非密實(shí)性，反映在鉆孔施工中的形式為：A空隙漏漿造成塌孔；B難以形成符合設(shè)計(jì)樁徑的標(biāo)準(zhǔn)圓孔；C水下砼灌注流失無法估量，容易造成斷樁。（1）漏漿、坍孔的技術(shù)對(duì)策 要求司鉆人員隨時(shí)對(duì)照地質(zhì)鉆探資料檢查孔內(nèi)水頭高度、泥漿稠度和鉆頭負(fù)荷是否正常。 長護(hù)筒跟進(jìn)。 進(jìn)行散拋填。將堅(jiān)硬片石、粘土及水泥作成混合物

15、，視漏漿程度反復(fù)拋填沖擊。（2）偏孔的技術(shù)對(duì)策 溶溝、溶槽、巖面起伏不平。在鉆孔穿過覆蓋層或溶洞填充物接觸溶洞頂板時(shí)，鉆孔速度會(huì)明顯降低，主繩擺動(dòng)大，遇此情況應(yīng)馬上提出鉆頭，拋入堅(jiān)硬片石、碎石和塊狀黃土，以小沖程沖擊，待沖到原位后第二次拋入相同配備的混合物以大沖程沖擊，反復(fù)進(jìn)行，直到不偏孔為止。 溶洞側(cè)壁侵入孔徑。以加入大塊片石為主，并適當(dāng)降低泥漿比重，回填后以小沖程鉆進(jìn)，鉆頭平穩(wěn)后再加大沖程造孔。（3）卡鉆的技術(shù)對(duì)策 司鉆人員隨時(shí)觀察鉆機(jī)負(fù)荷和主繩擺動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)卡鉆征兆及時(shí)提起鉆頭進(jìn)行拋填處理。 在距溶洞頂板以上30-50cm處改變鉆孔沖程和沖擊次數(shù)，采用慢打輕擊，進(jìn)入溶洞后反復(fù)拋填片石、黃土及水泥。 改變鉆頭形式。在原十字形鉆頭上焊圈，把十字形連接起來，使之減慢鉆進(jìn)速度，一次成孔并圓順。（4）掉鉆的技術(shù)對(duì)策 鉆頭龍門與鉆體區(qū)段間加工成圓弧過渡，防止斷面尺寸突變，形成薄弱部位引起應(yīng)力集中而斷裂。 在鉆孔過程中要經(jīng)常檢查鉆具、鋼絲繩、鉆頭直徑磨損程度，發(fā)現(xiàn)超限應(yīng)及時(shí)更換。（5）樁底嵌入巖層深度的保證措施 鉆頭應(yīng)用優(yōu)質(zhì)45號(hào)鑄鋼制造，幾何形狀要能避免鑄造時(shí)產(chǎn)生熱拉應(yīng)力和使用時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊以履帶板、鋼軌頭做補(bǔ)焊材料，用鑄鋼焊條堆焊，