客运专线岩溶地区钻孔桩施工方案

客运专线岩溶地区钻孔桩施工方案本标段联络线禾水特大桥、正线白圻村特大桥、横江山特大桥存在溶洞发育，岩溶地区钻孔桩施工风险较高，工期风险大。1.1岩溶桥梁基础施工的主要方法（1）冲击钻孔桩在岩溶地区采用冲击成孔灌注桩基础，不但可以有效克服不良地质现象，提高地基基础承载力，而且解决了覆盖型岩溶区施工降水对周围建筑物及环境影响的问题。在岩溶地区成桩宜选用冲击钻机，控制的冲能在2.5t～5.0t.m为宜。冲能过小对孔壁岩隙和孔壁周边的溶洞槽挤压能力小，孔壁不够密实易于渗漏。同时冲能小破碎能力小，钻孔速度进尺慢。但冲能过大通过顶板速度快，易于卡钻，同时所成孔径较设计大得多。冲孔施工时，因溶洞、土洞的存在，最需要解决的关键技术问题就是如何保证成孔过程中不漏浆，或者产生漏浆但不发生坍孔，保护桩孔，保障施工人员及冲机的安全，保证桩孔顺利成孔。冲孔施工时有效的方法是做好预防工作，防止坍塌事故的发生。在成孔过程中，采取了下列处理溶洞、土洞的技术措施：1）.由于岩溶地区地质情况异常复杂，虽逐桩钻探，亦难以保证全面摸清地质情况，因此每个桩位钻机就位前，铺设2对共4根(必要时3对6根)各14m长的工字钢，对钻机底座进行支垫加固，以有效防止坍孔时钻机下沉和倾斜。2）.埋设适当深度的护筒，并与上述的钢板桩进行焊接联结。3）.溶洞处理以做好准备工作为主，钻孔前在场地内准备大量的片石、袋装粘土及适当数量的袋装水泥，设置2个大容量（不小于100方）泥浆池，同时配备不少于4台D220型泥浆泵作为备用，保证一旦桩孔出现漏浆，可以马上进行补浆。4）.进行超前钻。对于地质资料显示存在溶洞的桩位以及经分析可能存在溶洞的桩孔，特别是半填充或无填充物的溶洞，采用小钻头进行正循环超前钻，钻穿溶洞、土洞顶板直至终孔标高，补充优质泥浆以及用锯末和粘塑土加水拌成软塑状的混合物，使其填满溶洞，观察24h后，如情况正常，再正式开始钻孔或冲孔。5）.冲孔至离溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，选用小冲程进尺，逐渐将顶板击穿，防止卡钻。同时在击穿顶板之前，安排专人密切观察孔内泥浆面的变化，发现漏浆时应马上提锤、补泥浆，抛填片石、袋装粘土混合料，等泥浆面不再下降并稳定后，采用小冲程冲锤轻打挤压形成泥石孔壁成孔。若桩孔仍继续漏浆，则改抛片石、袋装粘土、袋装水泥混合料，采用小冲程冲锤轻打，漫慢将片石、袋装粘土、水泥挤压到溶洞中，堵塞溶洞通道，如此反复操作，直到不再漏浆为止，转入小冲程冲孔固壁成孔，顺利穿越溶洞。6）.冲锤击穿溶洞顶板后，不论是否漏浆，不论溶洞原来是否空溶洞或半填充或溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥，进入溶洞后均应向孔内投入片石、袋装粘土，填超过溶洞顶面2.5～3.0m，然后用小冲程冲锤方法冲击投下的混合物，不取砟，使其挤入裂隙、溶洞内，如此反复操作，多次堵塞溶洞通道固壁，大大减少灌桩时混凝土扩散流失量，取代填灌低标号C15素混凝土传统处理方法。7）.冲锤冲破溶洞时，冲锤可能会滑入溶洞中，提锤时易被溶洞顶板岩石卡住而造成埋锤。施工时严禁在溶洞范围内打松锤，应绷紧钢丝绳，采用小冲程进行低打紧击。一旦发现漏浆或异常情况，马上提锤到孔口，然后采取其它措施。穿越溶洞时，同时要密切注意钢丝绳的情况，以便判断是否斜孔，若出现斜孔必须及时进行修孔处理，8）.岩溶水一般呈酸性，在成孔过程中，岩溶水一旦进入泥浆，泥浆呈酸性而导致发生沉淀，这时应投入小苏打进行中和，以免孔壁坍塌。9）.冲击成孔过程中，泥浆浓度的检测应随地层的变化而变化，严格按规范要求施工。（2）技术措施1）.加强型泥浆造壁法对一般性隐形小洞应侧重于加强造壁护壁功能，采用加强型泥浆护壁的方法。在一般地层进行钻孔桩施工，泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。但在岩溶地区除在施工中加强泥浆护壁外，还存在一个通过溶洞的造壁问题。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂，多为塑性或流塑性。因此，在配制优质泥浆护壁的基础上，对不同溶洞内土的不同性质，按一定的比例分别加入烧碱、水泥、木屑、草袋、片(碎)石等混合材料。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用，将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中，这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成，又能增强泥浆护壁的效果。2）.不分散混凝土水下封闭法在施钻过程中遇到洞隙洞槽或深度3～4m空洞的溶洞时，采用其他方法不能奏效可改用不分散混凝上水下封闭。此方法虽然成本较高，但操作简单。掺用VWB一2型絮凝剂配制的不分散混凝上有较好的流动性、粘稠性、水下耐冲刷而不分散的性能。因此具有遇水不离析、水泥不流失的特点，可在水中直接下落和浇注，减少导管法作业程序，操作十分方便。施工中就是利用它的粘稠性和遇水不离析的特点，提高溶洞封闭的效果。3）.传递能量法主要用于解决岩溶钻孔桩施工中的斜面开孔的难题。由于岩面倾斜，岩质软硬不均，造成钻头刃脚受力偏心，以致产生偏孔、斜孔、弯孔故障。岩面倾斜判断：一是根据设计提供的地质钻探剖面图；二是在施钻过程中通过观察钻绳的摆动和听冲击声音的变化来判断。通过上述判断钻进接近顶板进入斜面时，应采用传递能量法作业。在孔内回填片石和粘土块1.5m左右，同时调整钻机冲程于0.6m左右，然后继续冲孔，混合填料经反复冲砸在孔内形成高出顶板处有一个较坚硬的混合柱体，具有足够传递冲击能，达到破碎斜面之目的。同时形成坚实、竖直、圆顺的过渡孔口，为以下的钻孔作业起到良好的导向作用。当斜面倾斜严重或桩位置于溶洞边缘时，在钻进中钻头偏向软土一侧，用传递能量法无法解决偏孔或弯孔的问题。遇到这种情况经检测发现偏移量不大，应继续在孔内抛片(碎)石和粘土块，将弯孔或偏孔修正。如偏移量过大可将弯孔或偏孔部分填充不分散混凝土至偏移起点位置以上0.5m处，3天后重钻。4）.缓冲法这个方法是当接近于穿越顶板进入有填充物的溶洞前使用。在施钻过程中由于施工不当，在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头，或者由于严重失浆，孔内失去压力平衡，引起塌孔埋钻头等现象。当钻进接近穿越顶板进入溶洞前，在顶板已成孔段内回填混合材料Im左右。同时变为小冲程，先放小钻头冲击，然后再用标准钻头扩孔成桩。这个办法效果明显，能起到缓冲作用，大大地减少了因一锤击穿顶板，造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生。有利于施钻的顺利进行。5）.填充压实法当钻进进入空洞溶洞且空洞范围不大(从失浆多少和快慢的情况判断)采用填充压实的方法。填充压实法是沿袭在软土地段或在土洞、岩孔地层中进行地基处理的一种常用办法。其原理是利用土体自重压实。可采用两种方法：1）、沙石土填料填至空洞口以上Im左右高度时，用钻具下落慢冲程冲砸，这个工艺过程往返重复，直至钻具下落冲砸声音由弱变强，或进尺很小时为止。2）、接高钢护筒在护筒内加满泥浆，增加泥水压力。同时在护筒顶加上振动锤振沉护筒，于护筒侧顶边开孔处边振动边加泥浆，边投放混合材料。振动直至保持护筒内水头为止。待其沉压3～5天后，再恢复继续施钻。6）.钢护筒跟进法在正常钻孔桩施工中，护筒起着定位、导向、保护孔口和维持孔内水头压力的重要作用。如果岩溶地层的地质情况极为复杂，溶沟、溶洞、溶槽相互连接串通，填充物多为软塑、流塑和无填充的空洞。钻孔桩施工中会出现泥浆急剧流失造成塌孔埋钻事故。在灌注水下混凝土过程中，会出现混凝土流失造成拔球后埋管深度不足，造成断桩或灌注水下混凝土过程中流塑物质挤入孔内造成混凝土夹层。因此，要保证深水岩溶地基钻孔桩施工正常进行，采用钢护筒跟进法是一种行之有效的可靠施工方法。但护筒跟进施工工序多，配合设备多，进度慢成本高。因此这种方法适合于深水桩从穿越串珠状溶洞或溶洞大而空的情况使用。钢护筒跟进是在施钻过程中将钢护筒用震动打桩锤逐步下沉到需要保护孔壁的地层或岩石上。可用单程护筒跟进或双层护筒跟进。单跟或者双跟和跟进的深度应根据设计提供的孔位地质钻探资料初步选定。单跟和双跟所需的钻头大小和护筒大小不同，单跟较双跟简单。确定为单跟的孔位因各种原因造成不能成孔后改为双跟更为复杂，因此在选定时要特别注意。对串珠状溶洞其洞内填充物为软塑或卵石土且溶洞不大可采用单护筒跟进成孔。对填充物为流塑且溶洞范围大或者溶洞为空洞状的最好采用内外双护筒跟进成孔。单跟或者双跟，不一定要跟至桩底设计标高。在桩底以上一段长度内可根据地质的具体情况用以上几个方法综合使用，也能达到成孔之日的，这样可加快速度，降低成本。1.2岩溶桥梁基础施工可能出现的主要问题及预防处理措施（1）斜孔、弯孔1）.产生此类桩孔的原因主要有：下伏基岩其石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等岩溶形态发育，或岩面坡度大。在施工冲击成孔灌注桩时，施工人员为加快施工进度，加大冲击速度，致使冲击锤向岩土中软弱方向滑移，形成斜孔。若在遇竖向型不规则洞隙的位置冲击时，易沿洞隙发育位置形成弯孔，有时还产生卡锤事故。2）．预防措施：在对基岩冲击时，要注意以下几点：a.特别要注意场区各地段的基岩埋深，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等发育特征；b.放慢冲击速度，改变冲击频率，用低频率低落距冲击。3）.处理措施：孔口导向在表土层埋设长约3m的钢护筒，起导向作用，也在一定程度上起防止孔口坍塌的作用。控制冲程和浆液比重。原则上对较软的土用小的冲程和比重低的泥浆，对坚硬的岩土用大的冲程和粘度高的泥浆。具体地说粘性土先用lm的小冲程，待进入2m后冲程加大至1～2m；砂土、碎石土用2～3m；初钻入岩面时，低锤密击，待全断面入岩后，加大至3～4m，泥浆比重控制还起着防止塌孔的作用。回填硬质片石或块石。当出现偏锤或卡钻迹象时，回填石料，以求冲斗的作业面强度趋十均匀，且坚持采用低锤密击的作业方式，即可减少或防止偏锤孔斜和卡钻事故的发生。对单个石芽或孤石，用爆破或者高低冲程交替冲击，将石芽或孤石击碎或挤入孔壁；对溶沟、溶槽，向桩孔内抛填块石、片石，填入的块石、片石应高于倾斜面0.5以上，用低冲程冲击，将块石、片石挤入溶沟、溶槽内，冲击锤全断面进入岩体后，再进行正常冲击；如仍末能纠正斜孔、弯孔，用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击，直到孔位纠正为止。（2）埋锤、卡锤、掉锤1）.如上覆土层普遍分布有砾砂层，下伏基岩岩溶洞隙强烈发育。砾砂层受冲击振动影响，易产生塌孔，导致埋锤事故；或冲击锤进入岩溶洞隙中，特别是竖向型岩溶洞隙中，洞隙较大，冲击锤倾到；上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤；或由于泥浆浓度高，冲击过程中产生梅花孔造成卡锤事故等，致使冲击锤不能上提。掉锤：冲击锤的钢丝绳陈旧、连接处松弛，转向环、转向套等焊接处断裂，造成冲击锤掉入桩孔内。2）.预防措施：a.应根据地层情况，控制冲程，冲击速度；b.严格按规范控制泥浆浓度，避免塌孔发生；c.在进入岩溶洞隙后，投入块石，碎石，粘土，然后密击冲击，使洞隙填满，可以采用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击成孔；d.经常检查钢丝绳及连接装置。3）.处理措施：a.埋锤、卡锤、掉锤后应及时摸清情况，不宜强行提拔，以避免发生塌孔埋没冲击锤事故；b.若被沉淀物或塌孔土石埋住应首先清孔，若在砾砂层中发生卡锤，可用冲、吸的方法将冲击锤周围的冲砟松动后提出；c.因梅花孔卡锤，则可松动钢丝绳，使冲击锤转变角度；或把防水炸药(少于1公斤)沿冲击锤滑槽放入锤底，然后引爆，震松卡锤；d.对严重的塌孔埋锤、卡锤，可采用比原直径大的冲击锤将塌落在原锤上的土、石清除掉，接触原锤后，再用比原锤直径大的空心锤冲击至原锤底部使原锤与孔壁分离；e.打捞过程中要继续搅拌泥浆，以防止泥浆沉淀埋锤；f.若冲击锤仍不能打捞，将造成孔桩报废，可以经设计变更。（3）塌孔1）.施工过程中，塌孔易使桩孔报废，给施工带来更大的困难。产生的原因：a.在饱和粘性土及砾砂层中冲击时，泥浆比重不够，泥浆质量达不到要求，不能保证孔壁稳定性；b.孔内水头高度不够或存在承压水，形成静水压力；c.在对岩石的冲击过程中突遇岩溶洞隙，溶沟，溶槽，非填充性土洞，造成孔内泥浆突然漏失；d.冲击锤撞击孔壁或钢筋笼下放时撞击孔壁；e.由于掏砟后末及时补充泥浆，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。2）.预防措施：a.根据不同地层，选配相应的泥浆；b.严格按规范及相关工艺要求进行施工，并经常注意孔内泥浆高度，并监控泥浆质量。c.储备可供装载机自由铲用的足够粘土和片石；d.每台桩机的泥浆池要制备小少于10m3的备用泥浆。同时钻进过程中确保泥浆泵的使用正常。e.对个别难于处理的孔位，可采用埋置深护筒(约7一8m粘土层)的办法处理，防止上部反复塌孔。因裂隙或泥浆置换后而少量漏浆的，采用抛填袋装水泥，用冲锤小冲程反复冲捣的办法，一般能很快堵住。f.若没有停钻，留守人员要密切注意孔内情况，并各有装载机1台。一旦‘遇到土洞、溶洞时孔内泥浆水位迅速下降，应立即补充大量泥浆以保持孔内水位，防止塌孔、埋钻头事故发生，并投放片石和粘土，用冲锤小冲程慢慢冲挤形成人造孔壁。进入岩层后，应继续注意观察，防止人造孔壁不坚，倒塌时补救不及。当出现一根桩碰到一连串溶洞时，要求在溶洞间的岩层用冲锤小冲程冲进。3）.处理措施：a.在饱和粘性土及砾砂层中冲击时，应控制冲击速度，选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆。或投入粘土块、块石、卵石，低锤冲击，使泥浆浓度增大，将块石、片石挤入孔壁增强护壁强度；b.若孔口坍塌时，应立即拆除护筒并回填桩孔，重新埋设；若发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘土到塌孔位置以上1～2m，如果塌孔严重，应全部回填至孔口，再重新冲击；c.吊入钢筋笼时应对准孔心竖直插入；d.清孔时应保证孔内水头高度，并保证泥浆质量，清孔完成后，应立即进行下道工序；e.严格控制冲程高度和清除孔内石芽或孤石时的炸药用量。（4）桩身缩径与扩径1）.缩径是指桩孔直径在一定范围内变小，扩径是指桩孔直径在一定范围内变大，扩径对桩的使用性能没有太大的影响，如无特殊要求，可不处理，但造成混凝土充盈系数加大，增大投资。缩径使桩的承载力降低，严重的必须进行处理。2）.预防措施：a.根据地层情况，随时调整泥浆质量；b.在饱和粘性土及砾砂层中控制冲击进尺速度及冲程大小；c.随时校正冲击锤锤头有效直径。3）.处理措施：在冲击此类岩土地层时，a.应在孔内抛填纯粘土块和片石反复冲击造壁，稳定孔壁。b.始终保持泥浆浓度和足够的孔内泥浆面，确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力。c.成孔后应尽快清孔和灌注水下混凝土，减少孔壁在低浓度泥浆中浸泡的时间。d.随时校正冲击锤锤头有效直径。并检查锤头焊接的合金块是否松动，发现问题，应及时补焊，避免产生达不到设计桩径或掉落合金块而影响冲击进尺。（5）断桩、夹泥、离析、蜂窝、桩头松散冲击成孔桩的灌注，是采用水下灌注土艺，由下而上连续灌注，灌注时借助导管内混凝土柱的高度形成的压力，将混凝土压出管外，排挤泥水而充满桩孔，借助混凝土自重压力而进行捣实。在施工过程中易出现桩身断桩、夹泥、离析、蜂窝、桩头松散等质量事故。因此，要求混凝土和易性好，流动性大，所以严格按水下混凝土配合比配料，并准确控制加水量。开始灌注时，第一槽混凝土应在储备充足后方可进行灌注，以保证混凝土把管口埋住，避免泥浆回灌，否则，桩底与基岩胶结差，产生离析、蜂窝。整个灌注过程中，必须在此期间仍维持冲击