岩溶地区超长钻孔灌注桩施工技术

岩溶地区超长钻孔灌注桩施工技术

张壮壮 张俊 刘凯旋

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要：随着中国经济的发展，城市高架桥越来越多，大直径超长钻孔灌注桩也得到广泛应用。桥梁在施工过程中经常会穿越复杂的岩溶地层。由于岩溶地区具有冲沟、漏斗、陷坑和溶蚀等特点，岩溶地区桩基的变形和受力机理尚未得到明确的研究。岩溶地区大直径超长钻孔灌注桩施工容易出现井斜、地面塌陷、断桩等风险。此外，不规则岩溶形态的影响和难以查明的真空范围使得混凝土浇筑无法估算，容易造成资源的极大浪费和经济损失。

关键词：桩基施工，岩溶地区，大直径超长桩，施工技术；

以在复杂岩溶地区冲击钻孔灌注桩施工为例，从岩溶地基处置、斜岩处理、沉渣厚度控制、成桩控制等关键技术环节，详细分析了大直径超长钻孔灌注桩在岩溶地区的施工技术，并针对在施工过程中典型问题提出解决方案，对于类似工程具有一定的参考意义。

一、岩溶地区桩基施工特性

由于地下水较丰富,且溶洞内填充物稳定性较差,不宜采用挖孔桩施工,且灰岩硬度较高,建议采用冲击钻孔施工,钻孔设备建议采用冲程可控的冲击钻机。同时由于岩溶、斜岩、流沙(卵石土)、淤泥等不良地质相互影响,在钻孔过程中,极易造成坍孔、卡钻、掉钻等事故;在混凝土灌筑过程中也容易造成混凝土流失、桩基夹泥等事故。给钻孔桩施工带来了极大的困难。

二、总体方案概述

1.工艺方法确定。成孔工艺选择及运用是保证成孔质量的重要因素，桩基成孔的方法决定了岩溶地质条件下钻孔灌注桩施工的成败，是施工工艺的基础及核心。冲击钻成孔的特点有:受地质条件限制小、冲击力大、成孔速度慢。对于土层而言，旋挖钻成孔相较于冲击钻成孔，具有成孔速度快、护壁效果好、相对更经济的特点，但却受限制因素及存在问题很多，在强岩溶地区施工十分困难，没有任何优势。根据某大桥1号墩桩基地质资料结合现场调查，我部决定桩基全部采用冲击钻成孔施工。

2.桩基钻孔顺序确定。本墩桩基施工前需对钻孔顺序仔细研究确定。基本原则为采用跳桩法施工。对于桩基基础下有溶洞的桩基，结合施工经验先施工溶洞底板较低的桩，先施工这类基桩有利于在处置回填过程中更有效的填充溶洞，对于施工附近底板相对于较高的基桩来说，因前期先施工底板较低的基桩，充填加固了附近地基，有利于成桩。

三、关键环节施工技术

1.溶洞处理。1号墩溶洞底板埋深大，且溶洞范围较大，地下水较丰富，前期采用岩溶导管预注浆预处理或采用钢护筒护壁灌桩，施工成本较巨大，综合分析不是有效解决方案。最终决定采用边回填造壁结合钢护筒跟进(L≤20 m)配合施工，最终达到预期效果。1)回填造壁法施工。冲击钻底部标高距离溶洞顶板1 m左右时，为防止卡钻，需调小冲孔进程，同时加大泥浆配合比，加大排渣力度，多次测量钻孔深度，缓慢将底板击穿，最终达到预期成孔效果。击穿溶洞顶板后，增加泥浆供应，并及时抛填片石粘土混合料，片石比例占70%，片石粘土混合料应回填至超过溶洞顶板，继续钻进，继而回填片石粘土混合料，反复填冲，对溶洞位置进行封堵。2)钢护筒跟进施工。击穿溶洞顶板后出现漏浆时，除采用抛填片石粘土混合料的方式或浇筑素混凝土外，同时进行钢护筒跟进。钢护筒比桩径大20 cm，壁厚1．2 cm，每4 m一节，两两焊接接长。护筒口加边包圈保证护筒的刚度以防止变形过大，钢护筒跟进至溶洞底板继续钻孔。当溶洞整体高度大于5 m，无论溶洞是否为填充状或是否回填，均设置双层钢护筒。a．溶洞高在3．0 m＜h＜5．0 m，对于溶洞重叠交叉较多直接采用钢护筒护壁直接成孔。在施工中先采用冲击钻头多次冲孔，然后利用振动锤将钢护筒振动穿越溶洞，为加强钢护筒的强度和刚度，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加筋肋。b．溶洞高大于5．0 m(多层)，且溶洞分布较分散时，采用双护筒法+回填造壁法配合施工。护筒长度确定需结合现场施工条件、可操作性及经济成本考虑，采用钢护筒跟进至泥质砂岩层顶往下1 m标高处，初步定于钢护筒跟进16 m深，特殊情况可作适当调整但不超过20 m。

2．斜岩处理。在溶洞群施工中，斜岩是个常见的问题，因其出现在溶洞底板以及基岩面层处，如果不及时处理会造成钻孔垂直度不够以及掉钻、卡钻，进而影响施工。对于这类问题只有通过磕打的方法，人工构筑一个较好的持力层，针对1号墩长桩的特性，采用了回填片石结合小行程磕打以及回填混凝土磕打相结合的方法。其操作要领是及时纠正在钻进过程中的垂直度。回填料回填后应进行小行程磕打，一般钻头冲程控制在50 cm～1 m范围内，待磕打出一个有效的支撑面后再继续进尺。

3.沉渣控制。某大桥桩基础施工，沉渣厚度控制是质量控制的重点内容，主要是为了防止基桩沉降，造成有砟轨道道床不均匀下沉。灌注水下混凝土之前，必须严格控制二次清孔，对桩基沉渣厚度按照规范要求应控制在5 cm以内。采用二次清孔保证成孔质量。成孔后，下钢筋笼前，通过反循环清除孔内沉渣。清孔后应及时检孔。钢筋笼下完后，通过导管进行清孔，通过导管冲开孔底沉渣，达到清孔目的。二次清孔检孔手段:混凝土罐车到位后，停止清孔，采用测绳测量孔深，与第一次检孔数据比较，即可得出孔底沉渣厚度，如沉渣厚度满足规范要求即可进行下一道工序。

4.成桩控制。1)钢筋笼吊装控制。首先对钢筋笼进行分节起吊安装工作，分成两种长度，一种为9 m，一种为12 m。使用大吨位的吊机进行起吊，安放钢筋笼的工作过程中，应该垂直的进行骨架的起吊和下放;在进行钢筋骨架的下放工作过程中，一定要严格的避免同孔壁有擦撞问题，避免对孔壁造成破坏。选择使用多点起吊的方式来进行钢筋笼的转运和入孔起吊工作，充分避免钢筋笼出现变形问题。长桩钢筋笼接头较多，为缩短钢筋笼吊装时间，1号墩采用

4台焊机进行焊接，焊接时间控制在8 h内，11根桩均未出现下笼时塌孔的现象。2)水下混凝土灌注时间控制。水下混凝土灌注时间的主要因素就是混凝土供应速度，应合理组织，增加混凝土罐车数量，及时保证灌桩混凝土不间断。3)泥浆比重控制。一般水下混凝土灌筑时泥浆比重要求不超过1．1，根据地质情况，我部确定泥浆比重控制在1．15～1．25范围内，

四、施工中典型问题及解决方案

1.卡钻、掉钻。1)振动钻头:采用小钻头冲击钻头，将炸药送至钻头底部进行爆破，并同时振动钻头，使钻头松动或摆正时及时提出。2)冲杠清孔:采用冲杠小行程冲击钻头四周，松软附近土层，提出钻头。3)扩筒清孔:采用设计孔与外径匹配，内径较钻头直径略大，重1 t～2 t的扩筒进行清孔，松动钻头及时配合将钻头提出。4)潜水员下孔:一般用于水下灌注桩，成本较大，通过人工摸清卡钻位置，并栓挂钻绳提出钻头。

2.塌孔。1)当孔壁局部坍塌，孔内水头无明显损失时，通过加大泥浆浓度，并下内护筒及时处理。2)遇溶洞、溶沟，小面积塌陷，护筒没有位移，可下沉内护筒，并及时分层抛入片石、粘土块、袋装水泥、片石等，以填充堵塞溶洞，回填后采用中小冲程重新施工。3)遇溶洞发育严重或者护筒变形、横向位移，可将钢护筒拔出，回填泥浆粉，并采用套内护筒穿越溶洞层，这样是为了防止在施工中继续漏浆造成垮孔。

3.混凝土流失及断桩。随着混凝土灌注面升高，混凝土对孔壁压力逐渐增大挤破溶洞处人工造壁，混凝土流失造成断桩事故。此时，应停止继续灌注，待水下混凝土凝结形成一定强度，再充填桩孔溶洞，形成护壁后，重新冲孔。

总之，溶洞底板埋深大，且溶洞范围较大，地下水较丰富岩溶地区，采用回填造壁结合钢护筒跟进效果明显。处理斜岩需回填片石结合小行程磕打以及回填混凝土磕打相结合，形成有效的支撑。岩溶地区成桩控制，必须控制沉渣厚度及水下混凝土灌注时间、泥浆比重等关键因素。

参考文献：

［1］昌峰．关于岩溶地区超长钻孔灌注桩施工技术．2020.

［2］赵鹏祥，岩溶地区钻孔灌注桩施工质量分析与对策.2019.