岩溶地区桩基础施工技术

本文阐述了桥梁岩溶溶洞的确定方法、溶洞桩基础处理方法、施工过程中出现的几种问题以及处理措施,对同类岩溶区桥梁桩基的施工提供了借鉴.

前言

影响桥梁撞机施工的因素非常的多,从人为原因到自然因素,任何一方的处理偏差就可能出现劣质工程.对于钻孔灌注桩成孔与后来的水下混凝土灌注施工来说,溶洞无疑是最大的挑战.若施工总缺乏技术应对措施,那么灌注孔的质量与成孔率无疑会下降.溶岩地质条件下的钻孔灌注具有较多病害类型、较为复杂困难的应对技术.比如会出现混凝土超灌、埋钻、漏浆、卡钻等.因为病害往往出现在施工环节,且发生位置比较深.所以,孔洞分离法或局部溶洞填充硬化法为其处理措施,完成溶洞跨越,再施工.本文主要谈论了原有的施工技术方案,并根据在钻孔桩基施工中的工作经验,分析研究了在溶岩区如何进行桥梁基础钻孔灌注桩施工,希望对在建或将建的同类工程提供参考,完善施工设计.

确定岩溶地区地质条件

桩基础施工前必须准确掌握地质构造条件,无论是常规桩基还是溶洞桩基础.所以,施工作业之前,一定要对溶洞类型、大小、方位做准确判定,保证质量,为后续的溶洞处理提供可行性参考.钻孔探测法与地址钻探法是重要的溶岩地质确定法.

1.地质钻探法

该法主要应用工程地质钻探技术,对桩基安设处的溶岩发育的溶洞、溶沟与溶槽等将其标注在柱状图上.此项工作在设计桥梁基础上不能忽略,重要性明显.在施钻桩基础之前,应该对各根桩基位置地质情况,溶洞类型与大小等,以此制定后续的施工方案.若桥梁桩基处的地质情况处理起来相对麻烦,那么应保证桩位与地质情况的一一对应,不可漏缺,同时,钻探资料也是每根桩基必不可少的.若地质资料缺乏,那么必须补充钻探,群桩基要更加仔细.

2.施工探测法

对于溶洞位置的把握有多种方式,在施工时,通过漏浆位置、钻头处的冲击响应、反馈则是施工探测法.此法技术与经验要求高,工作人员需技术纯熟,同时要结合地质探测资料、设计图纸综合判断.此法可对溶洞柱状高度、形状、大小做分析,虽然此法的安全性不容了干,钻孔事故多有发生,但是,并不能回避施工探测法,是必然的钻孔施工环节,所以,要仔细应对.

岩溶地区钻孔技术

在岩溶地质条件下桩基钻孔非常困难,确保顺利钻穿溶洞层并没有卡钻、漏浆、掉钻与坍孔情况是技术难点.这就需要钻孔者事先要对钻孔区的地质情况心中有数,时刻关注钻孔时是否出现泥浆在桩基周围流出、泥浆是否下沉等.工程钻孔人员要结合具体情况,制定解决空洞、顶板穿越、护壁与造壁、斜面开孔等施工技术方案,确保钻孔有序稳定推进.本文根据自己的施工经验重点介绍以下3种方法.

1.填充法

（1）溶洞范围小,溶洞高度1米至3米之间,地质报告显示溶洞内有全充填物,或半充填物且钻孔过程中无漏浆现象可以判断在该桩钻孔过程中不必采取特殊的处理措施,可按常规桩基础施工.如果地质报告显示该桩基础溶洞内无充填物且钻孔过程中出现严重漏浆现象.则根据地质报告和漏浆位置分别按以下方法处理.在卵石层与砂石层漏浆时,可将优质黏土投入或提高泥浆的比例,以低冲程持续冲击,让卵石层与砂石层与黏土融合,可实现漏浆的良好防止.在钻进岩层漏浆时,将含砂量不高的黏土块投入孔内,通过冲击将黏土挤入基岩裂隙中,一般可防止浆液漏失；在溶洞或严重破碎地层漏浆时,可将水泥、片石与黏土混合投入孔内,以冲锤持续积压冲击,构建人工造壁,可稳固与胶结孔壁,对漏浆通道完全堵塞.24小时后待水泥强度达到2.5mpa后再继续冲穿过溶洞.桩基础成孔后在溶洞范围内的钢筋笼在溶洞上下1m范围内定位筋上焊接4mm钢板圆筒,保证混凝土质量.如图如下图（1）

2.钢护筒跟进法

溶洞高在3-5m的多层溶洞,且多层溶洞间距较小,或者地质报告与实际地形不符合的情况毕竟勘察孔只能揭示一小部分,就是说即使地质图中标明的是小溶洞,也有可能是大溶洞或与大溶洞相联通,回填法无法止不住漏浆的情况下可采取钢护筒穿越处理,先用冲击锤进行冲孔、扩孔,然后采用振锤把钢护筒振沉到溶洞底部（图2）

3.压力注浆方法

根据地质钻探资料揭示溶洞裂隙较多,压力注浆处理法也在可桩基施工时出现的塌陷、漏浆等严重情况时做预处理.溶洞内有填充物时,对溶洞采取提前注浆处理以固结填充物；压力注浆法通常是将4个钻孔布设在桩基处周围注浆,如果溶洞很大,或者在质地钻探后发现溶洞分布面积很广,那么可扩大注浆预处理面积与增加注浆孔数量.以0.8：1～1：1为浆液水灰比,以0.3～0.5MPa为注浆压力控制范围.砂石在溶洞内完全固结后,便能以冲击钻施钻.这种施工方法的前提条件是溶洞内必须富含砂石等充填物而不能为空洞..这种方法虽然成本较高,但操作简单,处理效果可靠.

常见问题及处理方法

1.卡钻与处理办法

以冲击钻施工,孔壁会因钻头的剧烈抖动而被冲破,导致孔壁不规则,抑或出现梅花孔的情况.另外,若钻头磨损严重,没有有效补焊,钻孔孔径会慢慢缩小,在钻头补焊以后或使用新钻头,则发生重新钻孔情况.在施钻时,因为具有太大的冲程,溶洞顶板可能被突然击穿,出现钻头旋转提钻失败.这些情况都可能引起卡钻.通常有以下预防办法：钻头及时补焊或者更换,将片石重新填入桩孔中.首先使用小冲程钻进,再慢慢的增大,直到冲程正常,实现正常钻孔.小冲程钻孔也可在施钻溶洞顶板时采用,重视钻头旋转,打开溶洞后,应将粘土或片石抛填在溶洞内,慢慢实现钻孔正常.

2.埋钻与处理办法

埋钻问题比较多见且处理起来非常困难,造成原因为孔壁的塌陷.当钻孔位置处于岩溶地层,此处溶洞顶板非常薄且埋深不大.由于太大的冲程,溶洞顶板就会被砸击,引起钻头掩埋、地表下陷、溶洞坍塌等事故.通常处理办法为：若发现漏浆,则要将钻头及时提起,向孔内注浆并补水,稳定水压,并及时将漏浆位置堵住.在穿越溶洞时,尽量选用小冲程钻进作业,避免溶洞顶板垮落.同时,预先备好拖拉装置,为后续的钻机撤离提供条件.

3.混凝土泄漏与处理措施

泥浆密度小于混凝土密度是混凝土在桩基钻孔时出现泄漏的原因.因为,孔壁的测压会在混凝土的水下灌注而增加,对已经产生的片石粘土孔壁封闭环构成压力,进而造成混凝土的泄漏.一般的处理措施为：若溶洞的高度不大,在其内现行构建孔壁封闭环,然后将片石、粘土混合物抛入其中,高度应该比溶洞顶板地面更高,再以钻孔方式提升孔壁强度与厚度.若空溶洞具较高高度且没有填充物,那么要以钢护筒跟进,钢护筒的直径要与设计桩径相当,逐渐送到溶洞底部,在溶洞底部的坚硬围岩为钢护筒实现紧密连接后,再按设计标高机械施工,并以施工工序进行后续混凝土的灌注.

结语

工程质量安全不仅关乎资源的合理利用,也关系到人员的生命财产安全.在桩基施工中,溶岩地质是令人头痛的劣质地质,处理难度大.本文以实际工作经验为参考,说明桩基孔钻时,应注意溶岩类型、大小与发育程度,岩溶水、地下水性质出发,做好技术应对.

（作者单位：中铁五局一公司）

作者简介：李开封,男,（1982.10.10-）,学历：本科,职称：工程师,研究方向：公路桥梁工程、路基工程、隧道工程.