浅谈岩溶地区桥梁钻孔灌注桩施工技术.doc

浅谈岩溶地区桥梁钻孔灌注桩施工技术刘 华（中铁十二局集团第四工程有限公司）摘要： 本文通过湘桂线永州至柳州段扩能改造工程三街漓江双线特大桥桩基施工的实例出发，就岩溶地区钻孔桩如何成桩等问题进行探讨，总结了钻孔桩成孔施工中应当注意的问题。关键词：岩溶地区；钻孔灌注桩；施工技术一、工程简介 1、工程概况 三街漓江双线特大桥是湘桂铁路扩改工程第标段重点难点工程，横跨兴安、灵川两县，该桥北起马口岭，西跨G322国道，南至漓江南岸，起讫里程为DK309+784.93DK311+203.164，全长1418.234m。桥梁型式设计为：2（432+224+732+224+632+(72+128+72)m连续梁+1332+224）预应力混凝土简支箱梁双线铁路桥。桥址位于山区林地、旱地、漓江及G322国道，地质条件复杂，岩溶发育。桥梁基础采用直径为的1m、1.25m、1.5m、2.0m钻孔桩基础。2、地质勘探资料 地质构造桥区地质构造复杂，断层发育，根据勘探资料核实，有田洞村至灵川大断层、小溶江1#断层、小溶江2#断层通过桥址。对桥影响较大。不良地质为岩溶和断层破碎带。桥址中部分布泥质灰岩，偶夹灰岩，勘探揭示岩层内岩溶强烈发育：溶洞直径0.515m，以充填型为主，充填物包括软粘性土、砂层及卵砾石等；部分为空溶洞和半充填溶洞，钻探遇见时钻具重力下落。溶洞顶板最高高程为168.34m，底板最低高程为127.04m，较集中分布于8#墩至13#墩、22#墩至34#墩，对桥梁桩基施工影响较大。二、施工技术措施 1、成桩工艺要求根据设计要求，桩基均采用冲击成孔的方法进行施工。冲孔时冲锤向桩侧推挤，使得桩侧形成石块相互嵌紧的保护层，可减少泥浆的流失，并且石块在推挤的作用下会对溶岩产生一定填充作用，对溶洞较为有利，因此在施工过程采用优质泥浆，或在泥浆中掺入适量的水泥，提高泥浆胶体率和悬浮能力，使其渗透入孔壁内凝固，可加强孔壁的防护，当岩面倾斜较大，钻头摆动撞击护筒或孔壁时，应回填片石，使孔底出现一个平面后再正常冲孔。2、岩溶处理方案由于本桥分布有大量的溶沟，溶槽，溶洞及裂缝，岩洞发育程度强烈，钻孔施工的主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔，并保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。在实际施工中采取了如下的解决方法：对有填充物溶洞的处理，如三街漓江双线特大桥23#墩的3#桩基：对有充填的溶洞，一般不需要特殊处理，可直接钻进，填充物为流塑性粘土，采用抛填片石、粘土等挤密填充；对有填充的侧壁溶洞，钻进时容易偏孔，成孔困难，可以采取两种方法：一是在侧壁溶洞不是很大，只露出一个棱角，有点卡锤的情况下，可以给锤加边，反复冲击岩面，直至把孔修正；二是先向孔内抛填比较坚硬的片石、粘土等，稳定后再向下钻进，如此循环，直至成孔。如果反复抛填片石无效或效果不大时，为保证桩基垂直度不大于1%的规范要求，在溶洞处采取超前灌注措施，即对桩底软弱部分用低标号混凝土加固，提高其强度，使孔底土层间强度差距减小，便于冲击成孔；对无填充或半填充空溶洞的处理，如三街漓江双线特大桥31#墩的1#桩基和5#桩基：对较小的溶洞，凿穿溶洞顶板前，用低冲程、轻锤钻进，选用前端突出的钻头，凿穿溶洞后，泥浆下降较慢时用粘土回填，泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进，同时，采取31的比例投入粘土和片石，必要时加入适量水泥，待其凝固到一定强度后再依次往下钻孔压浆。若泥浆损失很快，在补浆的同时用粘土填至护筒底，保证孔壁不坍塌，然后用适量的片石加水泥，用锤击均匀后，停止冲击，一般静置6小时后待填充物达到一定强度后再进行钻进。对串珠状溶洞、连续溶洞群，凿穿溶洞顶板前，用小钻凿穿溶洞顶板，泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进，如果泥浆面持续下降，泥浆比重降低，采用抛填片石、粘土、水泥等充填，必要时可掺加速凝剂或水泥砂浆、混凝土等进行封堵，基本稳定后再进行下道工序。当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时，重复上述工作，直到完成一个桩孔为止。对溶洞裂缝较大，且地质勘探资料并没有溶洞的处理，如12#墩的9#桩基：9#桩设计有效桩长为48m，实际钻孔深度53.2m，根据地质勘探资料，本桩没有溶洞，但是在钻进过程，在47.5m位置处，出现漏浆，下降速度600mm/min，采用回填片石、粘土和水泥效果不理想。经过反复试验，最后采用直径31.5mm的碎石，袋装粘土和水泥，按照2：2：1的比例搅拌均匀后回填，回填量不少于孔深的三分之二，再钻进至原深度，然后用锤轻击，把充填物挤压至裂缝里面，待24小时充填物到一定的强度后再进行钻进。 水下混凝土灌注过程中流失的处理 岩溶地区水下混凝土的灌注量一般超过设计数量较多，其中12#墩11#桩砼设计方量为77.7m，超灌25.3 m，超方量占33%，8#墩1#桩砼设计方量为26.17m，超灌12.83 m，超方量占49%。 对此，施工中采取如下措施： 加大首盘混凝土数量，通常首盘混凝土数量应能满足导管首次埋置深度（1.0m）和填充导管底部的需要，计算公式为： VD2(H1+H2)/4+ d2 h1/4 式中:V-灌注首批混凝土所需数量（M3）； D-桩孔直径； H1-桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m； H2-导管初次埋置深度(m); d-导管内径; h1-桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m); 一般在公式计算的基础上增加20%-30%。 灌注过程中加大导管埋深，我们将导管埋深由通常的2m-4m提高至3m-6m，灌注时应勤于测量混凝土面的高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断。 对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时就加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5m-2.0m，避免在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成短桩。 三、施工预控措施岩溶地区桩基在施工过程中应采取相应的预控措施，基本要求如下：1、司钻人员必须熟悉设计图纸，掌握详细的地质钻探资料，根据不同的地质采取相应的钻孔方法，并对每根孔桩编制详细的钻孔施工作业指导书。2、施工接近溶洞时，应控制进尺，采取低尺钻进，轻捶慢打，防止打穿溶洞时卡钻，此时要加强泥浆质量和比重的控制。3、当遇岩面倾斜较大时，钻头易偏移，造成偏孔或塌孔，这时，回填坚硬片石与粘土，以低冲程反复冲砸，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。钻孔过程中，始终要保持孔内泥浆水头高于孔外，以起到护壁固壁作用，防止塌孔。钻孔宜一次完成，不中途停钻以避免塌孔，若塌孔严重则回填重钻。施工中可能出现问题的预防措施具体如下：1、漏浆、塌孔的预防措施司钻人员根据地质钻探资料，随时检查孔内水头高度、泥浆稠度是否正常，发现异常及时处理。为防坍孔，快钻至溶洞顶扳时，要低冲程进尺，并选用比重大，粘度较稠，胶体率高的优质泥浆护壁。如已发生坍孔现象，判明位置后，将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视泥浆稠度反复抛填、冲击，一次回填13m，直至不漏浆为止。当漏浆太快时，应采取集中抛填，及时补浆，即将黄土装袋，水泥整包，片石集中抛填，在短时间内尽量多投。2、偏孔、斜孔的预防措施岩面起伏不平：当发现钻孔速度明显降低，主绳摆动大的现象时，可判明遇到的岩面起伏不平，此时应马上提出钻头，抛入坚硬片石及碎石或卵石和黄土，将孔回填1.52.0m厚，保证钻头平稳，以小冲程冲击，待冲到原位后第二次抛入相同配比的混合物以大冲程造孔。如仍有偏孔将按第二次方法重复进行。反复抛填仍难以达到目的时，灌注水下混凝土封堵，达到一定强度后继续钻孔。穿越溶洞顶板：由于溶洞顶板厚度不均，当薄弱部位被击穿钻头进入溶洞时，较厚的部位会形成探头石或台阶。因此在距接近溶洞顶板时开始采用小冲程，同时观察孔内泥浆稠度及颜色变化，若发现漏浆则抛填片石、袋装粘土，轻锤密打，直到使填充物完全挤入溶洞内穿透溶洞时，再加大冲程造孔。 溶洞侧壁侵入孔径：由溶洞侧壁侵入孔径产生的偏孔纠偏极难，抛填片石、袋装粘土，回填后以小冲程钻进，反复多次，直至钻头平稳后再加大冲程造孔。3、卡钻的预防措施预防为主。司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况，经常测量钻头直径，及时进行钻头补焊，使钻头直径小于护筒直径1040mm；严格按照钻孔工艺操作，杜绝出现探头石、台阶、梅花孔等，发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。在距溶洞顶板以上3050cm处改变钻孔冲程和冲击次数，采用轻锤密打，进入溶洞后反复抛填片石、粘土，直到成孔。卡钻后防止强行提主绳，强扭和操作不当使钢丝绳断裂和增加处理难度，应及时测量钻头被卡标高，查明原因，采取相应对策。四、结语 1、岩溶地基处理有很大的难度和复杂性，因此应加以重视，保证施工质量。 2、冲孔桩处理复杂岩溶地基行之有效，有较大的可靠性。 3、采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏，行之有效，且最为经济，同时保证成桩质量。 4