12-复杂岩溶地区桩基综合施工技术.doc

复杂岩溶地区桩基综合施工技术段军朝（中建三局工程建设工程股份有限公司，湖北，武汉，430064）【摘要】：桩基是桥梁受力的重要结构，如何确保在复杂岩溶地区桩基成孔、成桩的质量，对桥梁结构至关重要。本文结合武汉市二环线重点工程珞狮南路改造及配套工程高架桥桩基施工实例，介绍了在复杂岩溶地区桩基施工技术；并针对不同岩溶，采取具有针对性的施工措施进行了较为全面的分析，通过实践证明获得了良好的效果。【关键词】：岩溶、桩基、施工、技术。一、前言桩基础是支撑桥梁结构所有荷载的关键部位，其施工质量至关重要。本工程武汉市二环线珞狮南路改造及配套工程所处地理环境，经勘测探明岩溶现象普遍存在，岩溶大小、层数以及填充状态在不同地段均有所不同，地质条件十分复杂，给桥梁基础施工带来了较大的困难。针对复杂岩溶地区桩基施工，必须根据每个桩位的地质勘测资料具有针对性的采取相应有效可行的措施，方能顺利成孔成桩；否则，将给工程造成较大的资源投入和工期压力。现就武汉市重点工程二环线珞狮南路改造及配套工程城市特大型高架桥岩溶区桩基施工，所采取的技术措施予以总结分析，希望能对类似工程桩基施工有所借鉴。二、工程概况2.1工程简介 武汉市二环线珞狮南路改造及配套工程全长约6.175km，其中全线高架桥全长约5.1km，共有桩基828根，桩径有1.2m、1.5m、1.6m等三种类型。本工程桩基设计为端承桩和摩擦桩两种，桩长18.2m53m不等，持力层为中风化粉砂层、中风化灰质泥岩、灰岩，桩基采用水下C30混凝土。2.2地下水特征（1）地下水按其埋藏条件和含水层性质分为上层滞水及基岩裂隙水二种类型。 （2）上层滞水主要赋存于人工填土层中，水位不连续，无统一的自由水面，地下水位埋深为0.57.2m，平均为2.0m左右，主要接受地表水与大气降水补给，水量有限易于疏干，但不容忽视。 （3）基岩裂隙水主要为碎屑岩裂隙水和岩溶裂隙水，碎屑岩裂隙水主要赋存于砂岩裂隙中，可能赋存有微孔隙-裂隙承压水，其水量一般不大；岩溶裂隙水主要赋存于场地灰岩裂隙中。 2.3地质构造表1 工程地质特征表地层编号及岩土名称层顶埋深(m)层厚 (m)地层包含物特征土石类别（1-1）杂填土00.30.8主要由黏性土、碎石、建筑垃圾、生活垃圾等组成，部分地段地表为沥青混凝土或水泥混凝土。该层分布于场区大部分地段表层。普通土（1-2）素填土0.30.80.93.1主要由黏性土组成，局部夹有碎石，部分地段夹有植物根系。分布于场区大部分地段表层。松土（2-5）粉质黏土23.21.85含铁锰氧化物。局部分布。普通土（3-1）黏土0.571.526.8含铁锰氧化物、高岭土等。分布于场区大部分地段。硬土（3-2）黏土夹碎石17.928.40.511.1以黏土为主，夹有碎石，含铁锰氧化物、高岭土等。碎石成分以石英砂岩为主，含量一般为1530%，局部富集，粒径一般为27cm，局部粒径大于11cm。局部分布。硬土（5-1）强风化粉砂岩7.511.714.3岩石大部分已风化成土状，局部夹有极少量的岩块，干烧可钻进。属于极软岩，岩体基本质量等级为V级。硬土（5-2）中风化粉砂岩914.512.423.9岩芯完整，呈长柱状，可钻性2.03.0m/h，RQD=99%，泥质砂质结构，块状构造。属于软岩，岩体基本质量等级为级。软石（7b-2）中风化炭质泥岩24.826.911.322.9岩芯较破碎，呈块状或短柱状，可钻性2.0-2.8m/h，RQD=3040%，泥质胶结，块状构造。属于软岩，岩体基本质量等级为级。软石（8a）灰岩21.331.21115.5岩石较完整，局部较破碎，呈块状或短柱状，可钻性1.2-1.8m/h，RQD=80%，微晶结构，块状构造，裂隙较发育。属于较硬岩，岩体基本质量等级为III级。坚石（8aa）溶洞27.830.12.110.2为岩溶发育的产物，其间充填不均匀或无充填，充填物以黏性土为主，混有少量碎石、粉细砂。充填物为普通土二、施工准备2.1 核查地质资料在桩基施工之前必须仔细的核查地质勘测资料，并对溶洞发育、溶洞大小、溶洞分布、溶洞填充情况以及溶洞所处标高进行仔细核查。2.2 溶洞类型判断为了根据溶洞的发育规模而在钻孔前或钻孔过程中采取相应的应对措施，需对溶洞做出判断和分类，并具有针对性的采取措施。岩溶地区溶洞类型判断和分类见下表2。表2 溶洞分类分法类别溶洞特征充填物情况小型溶洞单层洞高小于2m，或为溶小型溶槽、溶沟、小裂隙等充填物以黏性土为主，混有少量碎石。一般溶洞溶洞高25m或二层以下串珠状溶洞无填充、半填充、全填充，填充物以黏性土。大型溶洞二层以上串珠状有充填溶洞；或单独溶洞高度5m以上充填不均匀或无充填，充填物以黏性土为主，混有少量粉细砂。特大型溶洞大型溶洞，多层串珠状或充填物差的溶洞。溶洞的规模覆盖到相邻桩位或更大充填不均匀或无充填，充填物以黏性土为主，混有少量粉细砂。2.3材料及机械设备准备（1）备足成孔所用水、泥浆、粘土、片石、水泥、钢护筒等材料，确保溶洞钻穿时迅速补浆，预防塌孔，并及时抛填粘土、片石，以恢复正常钻孔作业。（2）准备处理施工故障的备用机具设备，如打捞、吸泥等应急工具。（3）泥浆采用优质黏土造浆，制浆池、储浆池、沉淀池均设在钻机周围，并用循环胶管连接，以形成良好的泥浆循环系统。（4）对特大型溶洞必须提前准备好钢护筒和振动锤等机具。（5）溶洞区域钻孔设备须采用冲击钻（实心锤）成孔。三、溶洞处理措施3.1溶洞处理措施分析针对不同类型的溶洞，选择合适的处理措施不仅能节约成本，还能提高成孔效率，确保桩基施工质量。（1）溶洞处理措施从现场地质勘查报告、土层以及现场溶洞区域内桩基施工过程分析；溶洞的发现存在三种情况：根据勘测报告确信桩位存在溶洞；勘测报告未显示溶洞存在，但在钻孔过程中发现溶洞存在；勘测报告未显示溶洞存在，在钻孔过程中也未发现溶洞，但在混凝土灌注过程发现溶洞存在。针对上述三种不同情况，采用不同的处理措施如表3所示。表3 溶洞处理方法类别预见性处理措施钻孔中的处理措施混凝土灌注过程中处理措施小型溶洞注水泥浆抛填片石、粘土，反复冲砸固壁混凝土填充一般溶洞注水泥浆抛填片石、粘土，反复冲砸固壁，并加大泥浆比重，提高泥浆质量；或采取钢护筒跟进法混凝土填充大型溶洞注水泥浆抛填片石、粘土、低标号混凝土，反复冲砸固壁，加大泥浆比重，提高泥浆质量；或采取钢护筒跟进法混凝土填充特大型溶洞注水泥浆钢护筒跟进混凝土填充注：填充性的溶洞可采用注水泥浆进行预先处理。（2）溶洞处理措施优缺点分析 预处理措施 优点：针对小型溶洞、一般溶洞或填充的大型、特大型溶洞采取注水泥浆措施，能够预先对孔壁四周进行固化，可防止在成孔过程中发生泥浆泄露、孔壁坍塌。 缺点：A、影响工期。B、由于地下溶洞走向比较复杂，极易导致注浆量巨大，固化效果不佳。钻孔中处理措施优点：A、针对小型溶洞、一般溶洞和大型溶洞采用抛填片石和黏土进行回填并反复冲砸，基本能够起到填充洞口、达到护壁效果，简单易于操作；对于大型、特大型溶洞采用钢护筒跟进施工，能够彻底解决溶洞问题，确保桩基施工质量。B、片石、粘土、钢护筒材料易于组织。缺点：A、采用片石和黏土填充溶洞需要多次反复冲填，填充效果不佳。B、不能确保在混凝土灌注过程，护壁不被冲破。C、采用钢护筒跟进施工，施工成本高，需要振动锤及钢护筒加工等设备。混凝土灌注过程中处理措施若在混凝土灌注过程中发现击穿溶洞护壁，必须继续灌注混凝土，确保桩基能够一次浇筑成功。从溶洞处理方法及优缺点分析，本着经济、安全、质量可靠的原则：对于小型、一般溶洞采取在钻孔过程中进行抛填片石和黏土的方式进行处理；对于大型和特大型溶洞可采用预先注浆或采用钢护筒跟进法进行处理；若在混凝土浇筑过程中发现溶洞，则采用混凝土填充方式进行处理。3.2 溶洞处理施工技术3.2.1 预先注浆处理技术（1）布孔预先注浆处理，根据勘测资料桩位，以按每个桩位为处理单元进行注浆处理，每个桩位布置注浆孔3个，孔位布设在每个桩位桩周。施工时可以利用桩基地质勘探钻孔逐桩进行注浆，以便节省钻孔时间和费用。（2）钻孔注浆孔径为80mm110 mm，钻孔采用地质钻机，孔深要求达到最深溶洞的底部。注浆管插入溶洞中下部。（3）压浆采用双液压浆系统进行全孔压浆，要求少量多次、反复压浆。 注浆压力要均匀持续上升达到设计终压，同时能够稳压2030min，即可结束注浆。3.2.2抛填片石、黏土处理技术（1）作业人员在钻孔前，要充分了解地质状况，掌握溶洞的位置、大小、充填情况；并准备足够的片石（直径1020cm）和黏土，对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的泥浆，以免泥浆面突然下降能够及时补充。（2）钻孔至溶洞顶部12m左右时，采用小冲程（0.3m左右）钻进，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。对于空溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补浆，然后根据溶洞的大小按1：1的比例黏土与片石互层回填（每层回填控制在35m左右），当泥浆漏失现象全部消失后才能转入正常钻进。正常钻进时，反复采用重锤小冲程进行冲挤压，使溶洞填塞和孔壁挤压密实。 （3）抛填片石和黏土混合物进行溶洞处理前，依据溶洞大小储备10倍溶洞体积所需的片石和黏土。3.2.3 钢护筒跟进处理技术针对发育规模较大、层数多、充填物性能差的大型、特大型溶洞，为避免溶洞顶板被击穿后泥浆突然流失而导致塌孔或地面大面积塌陷，保证既有线路基稳定和行车安全，可采用护筒跟进工艺。（1）护筒跟进施工工艺护筒跟进工艺流程：预埋钢护筒冲击钻钻孔至溶洞顶12m振动下沉钢护筒至孔底小冲程击穿溶洞顶面振动下沉钢护筒至溶洞底面抛填片石和黏土继续冲进至下一层溶洞顶面重复上道工序钻进成孔。对于单层特大型溶洞，只需下一层钢护筒即可；多层特大型溶洞，若一层钢护筒不能直接下沉至设计桩底标高时，可根据具体情况下23层护筒。下沉第二层护筒时，应在护筒外侧焊耳筋以起到导向作用，防止偏位。第二次护筒长度为孔口至第一层溶洞底板的深度。第二层护筒在第一个溶洞顶板击穿后再下，必须保证就位到第一个溶洞底板处。钢护筒采用振动锤下沉就位，振动下沉时应注意控制钢护筒的垂直度，可以通过调整夹口位置来调整。（2）钢护筒跟进施工要点钢护筒加工钢护筒可采用10mm厚钢板卷制焊接而成，分节制作,每节以2m为主，总长度为原地面至溶洞底部岩层的高度，内径为设计桩径大10cm。钢护筒每节间采用焊接连接，焊接时要保证每节护筒在同一轴线上并焊接牢固密实，以避免在接缝处漏浆。钻孔根据测量定位，护筒中心与桩中心重合。钻机钻进过程中，注意钻机稳定，以免倾倒和移位。冲至溶洞顶以上12m左右位置停止钻进，逐节下钢护筒，直至钻孔底部，然后再击穿溶洞顶层岩层；振动下沉钢护筒至溶洞地层基岩；抛填片石和黏土，继续冲进至下层溶洞顶以上12m左右；再重复上道工序，直至设计桩底标高。内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理采用护筒跟进施工后，两层护筒之间、钢护筒与孔壁之间采取注浆充填加固处理，以保证桩基侧向抗力要求。（3）护筒跟进施工控制对于特大型溶洞的处理，必须遵循以确保施工安全为前提。位于特大型溶洞地层中的钻孔桩，在钻进中极易发生塌孔、地面塌陷等事故，安全隐患极高。因此，钻进前，务必要摸清地下溶洞的发育情况，为护筒跟进作好充分准备，根据溶洞的埋深、产状、发育层数等确定护筒跟进深度、跟进层数。护筒跟进法在钻孔作业过程中，应准备好充足的片石、黏土等抢险物资，以备不测。3.2.4 混凝土灌注过程中溶洞处理 根据现场已灌注的桩基分析，在灰岩区域成孔的桩基混凝土灌注过程若发生冲破护壁，则必须继续灌注混凝土，以保证桩基灌注质量。3.3施工注意事项（1）严格按照设计