《浅谈桥梁桩基施工溶洞处理技术》完整排版论文(发表版)

.浅谈桥梁桩基施工溶洞处理技术摘要：岩溶强烈发育区的桩基施工一直是建设单位和施工单位普遍重视的技术问题。结合深圳市地铁龙岗线工程爱联站设计终点高架桥桩基础施工为例，介绍总结了桩基础施工过程中溶洞的处理措施。关键词：岩溶强烈发育；桩基础；溶洞；高架桥；1概述在华南地区桥梁桩基础施工中，遇到溶洞的情况并不少见。作为地下隐蔽工程，溶洞桩基础给施工带来很大困难，特别是处理方法不当时，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、漏浆、塌孔、甚至是钻机倾覆等严重事故发生，更甚者会威胁桥梁运营安全。因而充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性，溶洞内充填物的情况，采取稳妥措施，保证施工的顺利与安全，则成为施工作业过程是重中之重。深圳市地铁龙岗线工程是2011年第26届世界大学生运动会的重要配套工程。其中爱联站设计终点起讫里程为YCK33+162.00YCK39+147.00，全长约5.985公里。工程地质情况方面在YCK33+930YCK33+995段发育为太坪圩断裂（F14），灰岩、大理岩节理裂隙极其发育，特别是陡倾节理较发育，岩体破碎，大气降水易下渗，受岩溶裂隙水垂直运动作用，岩溶强烈发育，呈溶孔、溶洞等溶蚀现象，溶洞多呈串珠状发育。钻探揭示最多发育七层，串珠状溶洞累计高度最高达37m，工程地质条件极差。2溶洞的分类岩溶地铁桩基础施工，切不可存侥幸心理。逐桩勘探是设计与施工的前提，施工过程中要在充分了解桩基础位置溶洞分布规律等基本信息的情况下，选择既保证施工质量和安全，又能保证进度且降低经济成本的施工方案。根据地质勘察报告，可我部将标段内的溶洞按以下标准分类：2.1 按溶洞的大小a：小溶洞，洞高3m。2.2 按洞内有无填充物a：有填充，已填满，包括亚砂土和亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分；b：半填充，有1/2左右填充；c：无填充，为空洞。2.3 按是否漏浆a：全漏浆，与其它溶洞相连；b：半漏浆；c：不漏浆。2.4按溶洞垂向数量a：单个溶洞；b：串珠状溶洞。3溶洞处理方法对于溶洞桩基，根据溶洞的不同类型，采用不同的处理方法。当溶洞为空洞或填充物不满且深度在3m以内的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用填片石、粘土及水泥等填满溶洞，然后再钻孔施工；当溶洞深度在3m以上，或是出现大量连续漏浆时，则采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的处理措施。在溶洞桩基施工过程中如果出现冲孔异常，操作人员应第一时间将锤头提出孔外，待查明原因后再施工作业，以免出现卡钻、掉钻甚至是坍塌等重大事故的发生。3.1 抛填法对于3m以内的溶洞主要采取抛填法进行处理。当溶洞比钻头直径小时，且孔内水位变化无明显变化时，可按常规方法钻进；若溶洞比钻头直径大时，容易发生卡锤或歪斜现象，此时应采取回填措施，即当穿过溶洞顶板后提出钻头，向孔内投入粘土+片石+水泥，片石大小20cm 左右；片石、粘土、水泥采取分层抛填入孔，抛填比例为片石：水泥：粘土=3：1：6，先抛入片石，再抛入水泥，最后抛入粘土，依次循环进行，直至填充物高出溶洞顶以上12m 后，再放入钻头，以0.5米0.8米的小冲程高频率冲击穿过空洞，不盲目追求进尺，将粘土和片石挤入孔壁，实现人工造壁。冲击过程中要注意孔内水位变化情况，如果孔内泥浆下降较快，应及时向孔内补充泥浆，测量并控制冲孔深度至溶洞顶时，提出冲锤，向孔内继续抛填片石、粘土、水泥以及絮状物然后再进行冲孔，如此往复直至穿过溶洞后逐渐加大冲程至正常冲孔速度。3.2 钢护筒跟进法对于溶洞较大（洞高3m，单层或多层溶洞成垂直串珠装），桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，但在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏。A：钢护筒选择。内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=(h+H)m(h为地质超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30cm的高度)；单层护筒内径大于桩直径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为9mm为宜，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。 B：内护筒的沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机(或桩机自身重量)把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于钢护筒外径3 5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证 钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。3.3 注浆法溶洞层数较多，为串珠状。溶洞位置勘察准确，洞高大于0.5米，小于3米，土层中有较厚的砂层，溶洞漏浆会引起坍方的情况，采用预先压注水泥浆，待水泥浆压注工作完成24小时后开始钻进。压注时压力控制不大于0.4Mpa，并直到稳定2秒后再进行下一个孔的注浆，或相邻孔冒浆为止。4施工中出现的问题及处理4. 1 坍孔如果有透水层，当冲击到溶洞后，由于突然漏浆造成水头高度急剧下降，透水层失稳，形成漏斗状坍孔。4.1.1 预防坍孔的方法采用冲击钻冲孔施工时，可将钢护筒坐落在亚粘土层上，再继续冲击成孔;发现漏浆及时补水。4.1.2 坍孔的处理方法 当成孔深度不大时，可全孔回填粘土，暂停一段时间后再深埋钢护筒到不透水层，方可重新钻孔;当成孔深度较大时，可将钢护筒一直坐落在坍孔的剌叭口下缘的亚粘土层上，护筒周围回填粘土，挤实，再重新钻孔。4.2 卡钻卡钻的原因和处理方法冲击钻刃脚磨钝、孔径变小造成卡钻，应经常对冲击钻进行补刃;孔不圆，形成梅花孔，最好用五刃和四刃钻头打圆孔，不用一字钻;十字孔、探头石、落石等物卡钻，或钻头卡在溶洞内，上下提动无效时，用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击，将障碍物击破或挤走，提出钻头。钻头在冲击填充的片石时，冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住，钻头不能上下，可用小冲击钻冲动，或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。钻头被溶洞顶板卡住时，可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶，导出钻头。钻头提出后用小冲程慢慢修孔，必要时回填片石、黏土重钻。钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞，钻头倾斜，提不出来，应放小炮炸掉顶板岩，一般用药量为300500g，一次不行可反复几次，在冲击到岩洞顶板时应采用小冲程打紧锤、打圆孔。发生卡钻事故后，不宜强提钻头，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。当钻头可以上下活动时，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拔动大绳使钻头旋转，反复多次，提出钻头。4.3 埋钻4.3.1 埋钻原因埋钻是由坍孔造成的施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外，如果未及时提钻，漏浆后坍孔，钻头便被埋在孔中。4.3.2 埋钻处理方法人工挖土钢护筒跟进法。桩孔进尺10m以内，地下水易于控制，没有大的承压力，人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石，边护筒跟进，一直挖到钻头位置，护筒也跟进到钻头位置。真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部，用9 m3 空压机通过5066 mm 钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔石头的粒径不大于25 mm的情况。4.4 掉钻4.4.1 掉钻原因钢丝绳使用过久，螺牙滑丝、松脱等或进孔遇到障碍物不注意扭断钢丝绳等。4.4.2 预防和处理冲孔前检查钢丝绳接头的质量情况，不适宜的应及时报废。处理方法：掉锤后要尽快打捞，以免埋锤。打捞工具有打捞钩、打捞活套等多种，打捞钩用钢板割成。如用打捞工具不能成功套嵌钻头时，可采取潜水员下水作业将钢丝绳套入钻头中，在套嵌成功完毕之后，用卷扬机或吊车进行慢试法（一紧一松）吊拉，以使钢丝主绳顺利牵引。4.5 埋钻4.5.1 埋钻原因埋钻是由坍孔造成的施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外，如果未及时提钻，漏浆后坍孔，钻头便被埋在孔中。4.5.2 埋钻处理方法人工挖土钢护筒跟进法。桩孔进尺10m以内，地下水易于控制，没有大的承压力，人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石，边护筒跟进，一直挖到钻头位置，护筒也跟进到钻头位置。真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部，用9 m3 空压机通过5066 mm 钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔石头的粒径不大于25 mm的情况。4.6 偏孔4.6.1 偏孔原因由于溶洞面倾斜，出现探头石或石笋时，致使钻头沿软的低的部位下滑造成偏孔。4.6.2偏孔处理方法回填片石。向孔内投放片石，小冲程冲击纠偏。如三次以上仍无法调正可采取灌注水下砼，待强度形成后再用小冲程打紧锤反复冲击，直至调正过来为止。水下爆破松动斜面岩层法。采用爆破法时，须取出锤头，将炸药用塑料袋密封后捆绑在一块较大的片石下面，以及在围绕桩边约20cm处钻孔沉放炸药，放入孔底起爆再采用小冲程进行冲击钻孔，一般每爆破一次可进尺2030cm。4.7 漏浆在冲击成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，造成漏浆。施工时要在孔边备足一定数量的片石和粘土，一旦出现漏浆，要及时回填片石、粘土冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降。意外跑浆：地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞，但突然发生跑浆，估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁，或小溶洞与旁边的大溶洞是相连的。采取投放片石、粘土，整袋水泥堵塞起到护壁作用，使钻孔顺利通过岩溶区。5.8 施工中其它注意问题 遇到较大的土洞、空溶洞时，或连体薄层深洞迅速跨塌，出现掉锤现象，在快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击，减少溶洞大面积跨塌掉锤现象。 混凝土坍落度以1820cm为宜；浇筑导管必须密闭良好，浇筑时先放置隔水塞，浇注混凝土必须连续、快速；混凝土灌注比理论计算偏大是孔中有浆浸入溶洞，在溶洞地区浇筑桩基混凝土应增加，备料要充分。在灌注过程中要防止钢筋笼上浮。为此要使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，以减少砼的冲击力；当孔内砼面进入钢筋骨架12m后，适当提升导管，减小导管埋置深度；增大钢筋骨架下部的埋置深度。对于桩长小于16m钢筋笼配筋较密的桩，用20螺纹钢筋一端焊于钢筋笼顶主筋上，另一端与护筒焊接。灌注的最后阶段应保证导管埋深适当深些，以确保发生异常时有补救措施。6结束语桥梁桩基础属隐蔽工程，施工中对溶洞桩基础的处理其施工技术性强，施工中处理不当将会带来巨大的经济损失及施工安全。因此，根据地质的不同情况和溶洞的不同类型，综合考虑多种