岩溶地区桥梁基桩施工工法

1、岩溶地区桥梁基桩施工工法第五工程路桥二公司 肖荷香 王宏军 刘修涛 张中强一、前言武广客运专线 5标桥梁工程绝大局部采用钻孔桩根底， 桥位大局部地区岩溶比拟发育， 地质 结构复杂， 不可预见因素多， 由于在岩溶地区进行钻孔桩施工至今尚无非常成熟的方法和经验， 施工过程中坍孔、卡钻、埋钻现象极易发生，威胁施工平安、影响工程质量。本工法通过对岩溶地区溶洞分析，结合工程实际，提出了针对各种溶洞不同的处理方法和 施工方法， 可供岩溶地区桥梁基桩施工参考。 该成果已于 2007年 7月在武广客运专线通过咨询确 认。二、工法特点1、岩溶地区桥梁基桩采用本工法施工比拟有针对性，可以在施工前做好预案。2、本工

2、法操作简单，容易实现，且对岩溶区基桩的施工具有通用性，便于推广采用。3、可以及时对施工前及施工中出现的溶洞进行处理，有效防止塌孔、卡钻等事故的发生， 节约本钱，提高效益。三、适用范围1、适用于0 8001500mm钻孔桩。2、适用于石灰岩蜂窝状岩溶溶洞地层施工。3、适用于武广客运专线 5 标桥梁钻孔桩根底施工。四、工艺原理溶洞的分类 根据地质结构和溶洞的情况发育情况，溶洞可分为以下几种类型：1 、按溶洞的大小分大溶洞：溶洞高度3 m小溶洞：溶洞高度v 3 m2、按溶洞填充状态分全填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状； 半填充溶洞：洞内一半左右有填充物，顶部

3、为空腔；无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。3、按是否漏水分全漏水溶洞：严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。4、按溶洞垂向个数分单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞。方案选定 根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案，一般选定原那么见表1。溶洞处理方法1 、注双液浆法 注双液浆一般适用于 10m 以下半填充或全填充溶洞的处理。目的表1溶洞处理方案选定原那么一览表溶洞高度填充情况处理方案2.5m以下填粘土和片石2.5m 6m全填充填粘土块和片石半填充或无填充灌低标号混凝土、压浆6m 10

4、m半填充或全填充压双液浆无填充灌砂、压浆10m以上全填充填粘土块和片石半填充或无填充钢护筒跟进溶洞内注双液浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并到达一定的强度 20MPa以上，防止基桩钻孔施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下 混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。加固原理注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比拟经济。浆材的结石率为100%，即1m3体积浆材可得im结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘 土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固

5、土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液 是通过充填作用填满溶洞的。工艺见图1压浆材料采用水泥与化学剂水玻璃。图 1 岩溶区基桩压浆工艺流程图 布孔根据桥梁墩台设计基桩布置和地质图显示的溶洞分布，每个墩台布置68个压浆孔。如果地质勘探孔没有堵塞 , 施工时可以利用基桩地质勘探钻孔逐桩进行注浆， 以便节省钻孔时间和费 用。如果地质情况不详，根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔，通过取芯探明溶洞的 高度及填充物的详细情况。 钻孔钻机采用地质钻机。开孔采用0108mn岩芯管开孔，钻进分层采样，直至钻入基岩面0.5m以下后，下0 108mn套管，并嵌入基岩；套管露出地表0.20.5m。用7.5

6、号水泥砂浆固结套管，并将孔口套管四周捣实封闭，防止浆液从套管周围串出，影响注浆效果。待固结套管水泥初凝 后，继续钻进，循环水采用清水。根据取出的岩芯确定岩溶发育特征。洗孔后按要求做注水试 验，拧上孔口盖。 压浆 采用双液压浆系统进行全孔压浆，要求少量屡次、反复压浆。双液浆配制时，控制浆液比例，反复试验，掌握浆液的凝固时间，凝固时间太快，不利于 注浆施工，凝固时间太慢，浆液流动性大，用量大，不经济。压浆时注浆压力不宜太大，控制在0.5I.OMPa范围，具体压力值由现场试验确定。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液初步到达胶结后再注浆，循环 注浆屡次，直至到达规定的单位注

7、浆量、注浆压力控制值为止。注完一个孔后 ， 继续对其余孔进行注浆 ， 后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现 场自行掌握。注浆完后采用钻孔检查，检查孔数为5%，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。2、灌砂、压浆法灌砂压浆是溶洞预处理方案之一， 一般适用于 610m 无填充溶洞的处理。 主要通过灌砂填 塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、 塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。灌砂采用枯燥、干净的中粗砂，并进行清筛， 防止掺有杂物造成堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行，也可同时进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约 4

8、5m然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向 砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一 次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。3、填充粘土和片石法采用粘土和片石填充适用于高度 6m 以下全填充、 半填充和无填充的溶洞处理， 优点是方便、 快捷，节省费用。当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部流失或局部流失，严重时会造成塌孔，这时可 采用片石加粘土按 1：1 体积比回填，溶洞较大时可参加局部水泥，回填一层、采用钻头冲 击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部1 2m。溶洞回填完成后，向钻孔内

9、注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻 头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。假设溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填、冲击，一次不行两次，两次不行三次，反复 回填、反复冲击，直至形成泥石护壁不再漏浆为止。采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石等透水层、座落在不透水层 上，尤其是多层溶洞，以防止溶洞漏水、钻孔内水头急剧下降而造成坍孔。4、灌注低标号混凝土法对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和片石的方法难以成孔， 或者成孔后在灌注水下混凝土时孔壁被压垮，这时可采用灌注低标号混凝土的方法处理。施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击

10、穿溶洞顶壳发生漏浆时，为节约混凝土 灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注根本饱满时，再灌注低标号混凝土。混 凝土灌至溶洞顶1m以上，待混凝土到达一定强度后再继续钻孔。5、钢护筒跟进法在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取片石粘土回填、灌注混凝土仍然无法成孔时，可采取钢护筒跟进法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护 筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于 钻孔施工。在垂向溶洞较多、桩长较长时，钢护筒跟进困难，不能一层跟进到底时，可分次钻孔、分 级跟进护筒。内护筒内径确实定现场根据基桩穿过大溶洞的数量，确定内护筒

11、级数，每增加一级，内护筒内径增加0.25m,最小一级内护筒直径大于桩径 0.2m。为保证内护筒的刚度， 防止受压变形，钢护筒采用810mm 钢板卷制。下沉内护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒；再钻小孔，下沉 小护筒。如果穿过1层溶洞，就采用1级内护筒，每增加1层溶洞，就增加1级内护筒。护筒跟进 法施工见图2、图3。内护筒长度确实定内护筒长度确实定，护筒长度 L= h +3 m h为地质超前钻确定的溶洞高度，如果内 护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。护筒刃脚固结处理见图 4当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为

12、倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙，假设不加以固结，在 入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下 质量隐患。在施工中采取的方法如下图。禾U用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚 范围内抛填块石、粘土，用 2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复屡次，直至孔底平整才可 以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。图2钢护筒跟进法施工示意图1块石、粘土 冲压孔壁内护筒刃脚处理示意图图3钢护筒跟进法施工示意图 2图4内护筒刃脚处理示意图五、施工工艺流程及操作要点钻孔施工工艺流程岩溶地区冲击钻孔施工工艺流程见图5。钻孔施工准备1、根据地质资

13、料预测施工中可能出现的问题，制定钻孔施工方案，并向钻机操作人员进行 技术交底。2、备足粘土块、片石和水泥等材料。3、钻孔施工前，测设墩台中心线，按设计图纸正确测定桩孔中心线，并设置护桩。埋设护筒钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用810mm厚钢板卷制焊接成圆形，直径较桩径大约40cm。护筒长依据设计、地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。护筒一般长 为 1.5 2.5m。单节钢护筒采用人工挖孔埋设，使筒顶高出地面500mm护筒底部四周填塞粘土夯实，防止漏浆；护筒埋设好后，护筒中心与设计中心偏差不得超过50mm倾斜度不得大于1%。多节钢护筒第一段人工埋入，钻孔到达一定深度后，焊接第二节

14、，在护筒顶放置护帽，利 用钻头将钢护筒冲击入土，然后冲孔，再焊接第三节护筒，如此循环，直至到达需要深度。钻孔钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心。冲击钻孔一般采用钻头冲击造浆。冲击造浆时，在护筒内投入优质粘土块和不大于150mm片序号测定工程指标范围备注1比重1.1 1.4清孔后需符合标准2黏度一般地层1622s，松散易坍地层1928s要求3含沙率新制泥浆不大于4%4胶体率不小于95%5pH值> 6.5石并注水，用钻头把粘土冲击成粘稠状泥浆，存放在泥浆池内备用。取样测试泥浆各项指标, 泥浆的性能指标见表2。开孔时用小冲程钻孔，低锤轻打，同时参加小于15cm的片石，反复冲击24次

15、，挤密护筒底部周围土层，确保钻孔开孔圆顺，防止坍孔。钻进至护筒底23m后加大冲程，主绳放长量为 35cm=同时加强钻孔地质检查、复核， 并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断表2泥浆性能指标表场地清理，按环保要求进行地表恢复处理图5岩溶地区冲击钻孔施工工艺流程是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为12cm,防止击穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。漏水 严重时，可填充稻草和水泥等混合物，每次填满后补水，再重新冲击钻进，挤

16、压填充物填充溶 洞或堵塞溶洞，最终到不漏浆为止。通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。换浆、清碴 随着孔内钻碴增多，泥浆变得粘稠，粘滞性逐渐增大，钻孔速度逐渐下降，必须进行换浆 清抽碴。清碴可采用抽碴法、换浆法进行，一般情况下每钻进 0.6 0.8m 清碴一次，向孔内压入新 鲜泥浆，同时将孔内粘稠泥浆置换出来。桩孔钻至设计标高后，及时邀请监理工程师和设计单位对孔深、孔径、孔的倾斜及孔位偏 差进行实测检查、签证，合格后进行清孔。第一次清孔 当孔底标高及孔径到达设计要求、检测合格后，即可进行清孔。清孔采用管径150mm的吸泥机进行，同时应及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，保持孔内水 位，防止塌孔。当孔

17、内排出的泥浆各项指标复核标准要求后,即可停止清孔,质检通过后,吊装钢筋笼。 吊放钢筋笼 钢筋笼在钢筋加工厂制作,钢筋笼较长时可分段加工、制作,分段运输到现场吊装、接长。 在地下水或地表水具有腐蚀性的地方,钢筋要按设计要求进行防腐处理。钢筋笼制作完成后,运到现场,利用钻架或汽车吊及时吊放钢筋笼,并按标准要求进行焊 接接长。 安装导管导管用300mm无缝钢管制作，每节长 2.05.0m，配12节长0.51.5m短 管,丝扣连接。使用前对导管进行水密、承压和接头抗拉试验,保证导管不漏水。导管安装后，其底部距孔底留250400mm的空间。砼浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管,吊挂钢筋笼,上部放置砼漏

18、斗。第二次清孔 由于安放钢筋笼及导管时,孔底又会产生沉碴,所以钢筋笼及导管就位后,利用导管进行 第二次清孔。二次清孔时，在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导 管置换沉碴。当孔内泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%,黏度为1720s，桩底沉碴厚度满足标准要求 柱桩不大于5cm,摩擦桩不大于20cm 时，清孔合格，即可浇筑水下混凝土。灌注混凝土混凝土施工前编制钻孔灌注桩混凝土施工细那么，严格按标准操作，确保混凝土质量满足强 度和耐久性要求。混凝土在拌合站采用自动计量的强制式拌合机拌合，原材料检验合格。混凝土采用搅拌运输车运输，防止运输途中出现离析、造成塌落度损失。桩基

19、水下混凝土采用导管法灌注施工。导管利用钻架或汽车吊提升。安装导管时使其置放孔中，轴线顺直，平稳沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁。导管上口设 漏斗和储料斗，下口距孔底约 0.4m。灌注混凝土前，采用射水或射风冲射钻孔孔底35分钟，使孔底沉碴充分翻动、上浮，减少孔底沉碴。在漏斗底口设置橡皮球隔水设施，采用砍球法灌注首批混凝土，首批混凝土的数量应能满 足导管初次埋置深度不小于 im。灌注开始后，应连续地进行，严禁中途停灌。当混凝土面升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应尽量减缓混凝土灌注速度，减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。导管提升时，要保持位置居中，根据导管埋置深度确定提升高度，提

20、升后导管埋升不得小 于1m。桩顶灌注标高应比设计标高超灌 0.5m以上。施工用的钢护筒，在灌注结束后，混凝土初凝前拔出。十一施工考前须知1、在灌注过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整个地 灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，使混凝土灌不下去。2、钻机操作人员必须穿绝缘胶鞋，带平安帽。3、钻进过程中应随时注意孔内有无异常情况，钻架是否倾斜，各连接部位螺栓是否松动。4、导管提升不能过猛，防止导管拉断，同时也防止导管提离混凝土面，造成断桩事故。5、其它各种部位隐蔽工程均按?施工标准?操作，请及时报请现场监理工程师，认可前方 可进行下道工序。六、劳动组织见表3表3

21、劳动力组织安排表序号工种人数工作内容1队长1负责指挥协调基桩施工各工序操作2技术负责人1负责基桩施工及施工中溶洞处理等技术工作3技术员2负责现场的技术指导及记录和监督管理工作4班长2负责现场人员及设备的调配5钻机机长假设干名一台机一个，负责钻孔施工及砼灌注操作6司泵2负责岩溶处理的注浆泵操作7电工2负责电器设备的安装和平安使用8普工假设干名一台机3个，协助机长完成基桩施工等9平安员1负责施工过程的平安检查七、材料与设备见表4、表5表4主要材料表序号材料名称规格及技术要求1水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为32.5级2水玻璃波美度为38°43°的，模数2.43.0。3中粗

22、砂其粒径小于2.5mm的中粗砂，含泥量及有机物含量小于3 %4片石及黄黏土片石直径不大于 50cm5钢护筒假设干6注浆套管$ 108钢套管7注浆导管$ 33PVC管注：表中只列了溶洞处理需要用到的材料，其他主材未列。表5主要机械设备表序号名称型号单位数量用途1 j地质钻机无锡30型台4勘探和注浆成孔2拌浆机SM-200台4制备浆液备用一台3震动锤台1护筒下沉4 :液压注浆泵SYB50 /50台r 8压注浆液备用一台5隔膜式砂浆泵C-232台1压注水泥砂浆6 :冲击钻机台:假设干钻孔施工根据实际配备7泥浆泵台假设干钻孔施工备用两台8柴油发电机120KW/h台1备用电源丿八、质量控制桥梁基桩施工质

23、量严格按 ?客运专线铁路桥涵工程施工技术指南?TZ213 2005、?铁路混凝土工程施工技术指南? TZ213 2005 、?铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定?铁建设2005157号、?客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准?铁建设2005160号和?铁路混凝土工程施工质量验收补充标准?铁建设2005160号进行控制。钻孔质量控制1、 钻机定位时，钻头中心与孔位中心偏差不得大于5cm,确保钻孔定位准确。2、 钻孔施工中，经常校核空位，防止出现偏孔，确保钻孔中心与设计桩位偏差不大于5cm。3、钻孔过程中，经常采用检孔器检查孔径、孔形，防止出现缩孔和梅花孔，确保桩径符合 设计要求、钻孔倾斜度不大

24、于 1%。4、 清碴采用二次清孔法，灌注混凝土前采用射水或射风冲射孔底去除孔底沉碴，确保孔底沉碴厚度符合标准要求柱桩不大于5cm摩擦桩不大于20cm。钢筋加工、安装质量控制(TZ213钢筋的原材料、加工、连接和安装必须符合?客运专线铁路桥涵工程施工技术指南?2005 要求。1、钢筋的品种、 规格必须设计要求。 原材料加工前进行抽验， 各项指标必须符合标准要求。2、钢筋的形状和尺寸严格按设计要求加工，误差严格控制允许范围内。3、钢筋骨架直径、主钢筋间距、加强筋间距和螺旋筋间距符合设计要求，误差控制在标准 允许范围内。4、钢筋连接符合标准规定，采用双面焊缝搭接接时焊缝长度不小于5d d 为钢筋直径

25、，采用单面焊缝搭接接时焊缝长度不小于 10dd 为钢筋直径，焊缝要饱满，高度不小于0.3 dd为钢筋直径、且不小于 4mm宽度不小于0.7 d d为钢筋直径、且不小于 8mm。并不 得出现夹碴、烧筋等现象，焊接强度试验满足标准要求。5、 钢筋焊接前进行预弯折，确保钢筋焊接后轴线根本重合，轴线偏移不大于2mm。6、 同一截面内接头数量不得大于布筋数量的50。7、 钢筋笼现场连接时，要上下对正，保持垂直，钢筋笼焊接后倾斜弯曲度不大于1。8、钢筋加工时，按设计要求设置防护层垫块，确保钢筋保护层厚度。9、钢筋笼制作时，按设计要求安装声测管。声测管接头处采用套管套接，并焊接牢固，两 头进行封堵，防止进入

26、泥浆。10、现场连接焊接施工由有经验的焊工操作，焊接前按规定进行焊接试验，确保焊接接头11、钢筋笼时准确对位，到位后采用钢筋或角钢固定在灌注架上，防止出现钢筋偏斜、12、钢筋笼在运输、吊装过程中，采取必要的措施，防止钢筋笼弯曲，防止产生变形。混凝土拌合质量控制1、配制混凝土的水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料和外加剂等原材料必须经过检验 和试验，满足标准规定。2、配制混凝土的粗细骨料强度、含土量符合规定要求，碱骨料反响满足标准规定，混 凝土最大碱含量不大于 3.0kg/m3 。3、混凝土拌合严格按监理工程师审批的配合比施工，并根据现场粗细骨料的含水率调 整配合比，确保混凝土的水灰比。4、混凝土采

27、用有自动计量装置的强制式拌合机集中拌合，并且在每次拌合前校验磅秤，原材料称量误差控制在标准允许范围之内，其中胶凝材料水泥、粉煤灰为±1，外加剂为± 1，粗细骨料为± 2，拌合用水为± 1。5、 混凝土延续拌合的最短时间经试验确定，一般不少于2mi n,塌落度和含气量符合规 范规定。6、混凝土采用搅拌车运输,运输过程中按规定速度进行搅拌,防止发生离析、泌水和 塌落度损失。混凝土灌注质量控制1、桩基混凝土采用导管法灌注。导管采用内壁光滑的钢管,死扣接头,防止勾挂钢筋 笼。2、导管安装前进行试拼和试压、试拉,确保接头连接牢固、丝扣严密,防止漏浆。3、导管安放在

28、钻孔中央,在灌注前进行升降试验,试验合格后固定在灌注架上。导管 下口距孔底约 40cm 。4、灌注首批混凝土要进行计算,确保首批混凝土入孔后导管埋入混凝土的深度不小于im且保持孔内外水位差要求。5、 混凝土连续进行浇筑，浇筑过程中经常测量孔内混凝土顶面位置，保持导管埋深在1- 3m 范围。6、 撤除导管时，严格控制导管提升高度，保持导管埋深不小于1m防止导管提升过高， 造成断桩事故。7、当混凝土浇筑面接近设计标高时,采用取样盒等容器直接取样,以确定混凝土顶面 的位置,保证混凝土顶面浇筑到桩顶设计高程以上 1.0m 左右。九、平安措施1 、深化平安教育,强化平安意识。施工人员上岗前必须进行平安教育和技术培训,牢 记“平安第一的宗旨,平安员必须持证上岗。2、对所有参施人员配发平安帽、平安带,进入施工现场一律带平安帽,平安帽按管理 层和作业层颜色分开。3、让操作人员熟悉平安作业规章制度,在施工中做到各项工作有章可循。4、吊装作业时均设专人值班且吊具均通过承