大直径钻孔灌注桩岩溶段施工技术

岩溶区段大直径钻孔灌注桩施工技术高晓玲（中铁十一局集团二公司湖北十堰442013）摘要：结合毫山村高架桥岩溶段大直径钻孔灌注桩实践，轻微溶蚀采取常规的片石黏土填充挤密，一般溶洞加入水泥和护筒，深大溶洞先填后用多级护筒跟进。并在施工过程加强监控，针对地质选择和改进钻机，取得较好的效益。关键词：桥梁岩溶大直径钻孔灌注桩施工技术Abstract:Combiningwiththepracticeoflargediametercast-in-situboredpileofHaoshanVillageviaductcarstsection,aslightcorrosiontotakearegularfillofclayandstones,fornormalcarstcavesbyaddingcementandcasingcaves,andfordeeponesusedfirstlyfillingafterthemulti-levelcaretubefollowed-up.Andalsotostrengthenthemonitoringduringconstructionprocess,payingattentiontogeologicalselectionandRigimprovement,toachievebetterresults.Keywords:bridge,carst,large-diameter,cast-in-situboredpile,constructiontechnology1．工程概况山东省青（岛）莱（芜）高速公路是国家公路网五纵七横重点项目青岛至红其拉甫的重要组成部分，我公司承建的六标段毫山村高架桥孔跨布置为15×40m，最大墩高39.6m。全桥共有2.8m直径钻孔灌注桩32根，2.3m直径钻孔灌注桩4根，最大桩长26.5m，桩底要求嵌入弱风化石灰岩深度不小于4m，设计采用通长钢筋笼。地质依次为：0～1m种植土；1～10m含砾中粗砂层，灰色，含砾20%～30%，磨圆较好本层较为致密；10～20m亚黏土层，灰色，硬塑状态；20～29.6m弱风化石灰岩层，岩层表面存在丰富地下水，岩层有溶洞发育。在实际钻进施工中7号墩4根桩、8号墩4根桩、9号墩及10号墩2根桩均遇到了不同程度的溶洞。岩溶段钻孔桩常见的故障和施工难点主要有：（1）斜桩、卡钻。因钻孔桩直径大，桩径范围内基岩纵、横向起伏较大，部分溶蚀导致基岩半边露头，在钻进过程容易出现斜桩和卡钻。（2）塌孔、扩孔、埋钻。溶洞没有填充物或填充物不满、不实，容易形成低压区，当钻进溶洞或裂隙处时，在压力差的作用下，泥浆向溶洞或裂隙处渗透，形成漏浆，破坏覆盖层孔壁，导致塌孔、扩孔、埋钻，甚至破坏整个孔位。（3）断桩。通常采用片石、黏土、水泥等材料堵住溶洞和裂隙，在钻锤强大的冲击下，易在桩径范围外溶洞区形成负压，浇筑混凝土时压力释放，部分黏土等杂物进入混凝土中，形成断桩。2．主要施工技术方案根据钻探资料及岩层分析，本施工区域溶洞发育可分为3类：轻微溶蚀、一般溶洞和深大溶洞。针对不同特点的溶洞，采取相应的施工方法。2．1轻微溶蚀对溶蚀发育轻微或溶洞发育有一定规模，但有充填物，且无裂隙发育，施工时漏浆量小。采用正常成孔方法施工，在砂砾石层钻孔时，加大泥浆密度。钻穿溶洞漏浆时，反复在此加填片石、黏土挤密填充溶洞，直至停止漏浆。2．2一般溶洞对溶洞发育明显，埋置较深，但无大裂隙穿过，施工时虽有明显漏浆，但只要施工措施得当，一般不会造成塌孔。通常采用长度3mC25混凝土护筒跟进岩层中，护筒顶面高出地坪面30cm。冲至弱风化石灰岩层以上1～2m时，采用小冲程短进尺，并安排专人观察有无漏浆。若发现漏浆，迅速采用片石、水泥包、黏土包等堵漏，并及时补浆，并在溶洞内钻进过程中，加大泥浆密度。2．3深大溶洞溶洞发育明显，有的为多层溶洞，并有明显裂隙发育，施工时漏浆量大，采用多级长护筒跟进，每次填充应高出岩层顶面1m，防止因漏浆量大而导致覆盖层塌孔。护筒采用现场预制C25混凝土护筒，每3m一节，筒壁厚度8cm，护筒内径为2.9m，用沉拔桩机辅助下沉至岩面。在岩面与护筒交接处浇筑与桩同等级混凝土，封闭护筒与基层间的间隙，混凝土浇筑厚度为1～2m。采用高压压浆的方式，使护筒外围空隙密实，防止施工时扰动护筒而偏孔。待混凝土达到设计强度后，采用常规溶洞区域桩基施工方法进行成孔施工，每次对溶洞顶板的击穿必须采用短进尺，边回填边进尺。对无填充物的溶洞，先采用30cm的小钻头击穿顶板，让击穿后的顶板仍然有一定的受力性能，然后用低等级素混凝土或黏土包对空洞进行回填，回填密实并达到一定强度后，再正常钻进施工。3．具体施工及质量控制措施3．1施工准备及技术准备（1）钻机选取及改造。首先结合地质情况，依据回转钻机及冲击钻机的性能，并考虑孔径较大特点，进行对比择优选用。回旋钻扩孔系数小成孔效果好，但穿越岩层进尺速度慢。冲击钻机扩孔系数大成孔效果较差，穿越岩层较旋钻机速度快，同时考虑到国内2.8m直径钻机较少，还考虑该桥桩量不大等因素，对现有钻机进行改进，来满足施工要求。回旋钻的改进主要更换大功率电机，增大钻杆扭矩，增加钻机台座的重量。冲击钻需要铸造2.8m直径钻头，更换大功率电机，对原钻机台座进行适当配重。在对二者进行经济及技术可行性比较后，决定选用冲击式钻机为主，冲击钻机的钻头采用翻砂铸造出专用钻头，保留原钻台座使用预制混凝土块对钻机进行配重。电机采用国内生产的提升能力达到15～20吨的卷进扬机。（2）场地硬化及填充物储备。由于大直径钻机重量大，钻孔场地要平整密实，以承受钻机重量。其次根据地形安排好泥浆池和沉淀池，使其满足两个孔以上排渣的需要外，还要注意预留钻机走行道路，同时在每个桥墩有溶洞设一个储备填充物料的场地，以便于及时填充。（3）地质情况交底。工程技术人员及钻机机组人员要充分掌握地质资料情况，每个孔位的地质柱状图都单独列出来，并告知值班人员。（4）埋设护筒。桩位测量工作完毕后，进行护筒埋设，钢护筒因为直径太大，一般刚度很难满足要求，若增加钢板厚度造价太高，且在有溶洞岩层中，难于把接缝处堵密实，为避免容易出现反复漏浆而造成孔口坍塌事故，决定采取在现场浇注C25混凝土护筒替代钢护筒的方法，并在筒岩接缝处浇注同级混凝土，效果很好，还能有效节省费用。3．2钻进施工（1）设置和开挖好泥浆池。考虑到进入岩层遇到溶洞时的影响和环保的要求，我们对每处泥浆池进行合理安排，并根据不同地层，泥浆密度控制在1.3～1.7g/m3，这样既能使钻进安全顺利进行施钻，又不会在泥浆密度较大时产生糊钻的不良后果。本桥钻孔桩采用孔内造浆，设置时泥浆池尽量与钻孔桩位相连，便于循环送浆，并在施工中每4h测定1次泥浆密度。（2）遵循连续作业和重锤低起慢放。在穿越含砾中粗砂层时要适当增加排渣速度，当进入岩层时要考虑到含砾中粗砂层受到较大震动容易塌孔，所以一定要遵循重锤低起慢放的操作原则，并适时增加泥浆流量以及时将岩石碎块排除孔外。（3）控制钻速。由于孔径较大，钻进时要控制好钻进速度，保证泥浆质量和数量，防止坍孔。一旦坍孔，要立即上提钻头，回填土至坍塌孔位置以上，并采取措施改善泥浆性能，将护筒周围土夯填密实，再重新钻孔。（4）及时清孔。钻至设计高程后，及时进行清孔，使其沉碴厚度不大于5cm。采用换浆法清孔时，使用较好的泥浆将孔内含有钻渣的泥浆置换出来，具体做法是将钻具提升约0.3m，钻头不停转动，保持泥浆循环不停的进行，清孔时间视孔径深度和钻碴含量确定。（5）勤测勤查。由于岩溶段桩基的施工具有许多不可预见性、复杂性等特点，因此在岩溶段施工中随时观察发生的异常情况。要全天安排专职技术人员观察泥浆中的浮渣及水头变化，并充分准备泥浆、片石、黏土、水泥等应急物资，及时解决临场出现的各类异常问题，确保工程质量和施工安全。3.3混凝土的灌注（1）钢筋笼的制作与安装由于大直径桩钢筋粗，配筋密，加之采用通长钢筋笼，重量也大。钢筋笼需采用在现场制作，主筋均采用焊接工艺，为确保钢筋笼尺寸，箍筋加工须圆顺，半径准确。绑扎成笼时，设置加工胎架，每隔2～3m放置一根垫木。钢筋笼四周焊制标准耳环，以保证笼子吊放时主筋不碰撞孔壁及有足够的砼保护层。清孔后及时将钻具提出孔外，精确测量孔深、孔径及斜度，并做好记录，同时在钢筋笼四周按设计要求均匀布置好三根ф50mm×2.5mm作检测用的无缝钢管。（2）安装导管导管安装前应必须进行密封试验，用水压试验时的压力应不小于灌注砼时导管可能承受有最大压力的1.3倍。吊放导管时位置要保持居中，轴线顺直，并缓慢放下，防止其卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。（3）灌注水下混凝土由于孔径较大，首盘混凝土要埋住导管1m以上，经计算至少需10m3混凝土。因此设计了一个大的料斗，其容积达到9m3，安置于孔口一侧，料斗出口采用侧开式，并对准安置在导管上的3.5m3料斗（如图1所示）。施工时先将小料斗装满后再装满大料斗，当小料斗打开后，接着打开大料斗的侧门，使大料斗的混凝土及时流向小料斗，以保证混凝土灌注连续性。同时为安全起见，使用泵车向小料斗里面同时泵送混凝土，这样初灌方量可达到18.5m3以上，完全满足了首盘埋管深度和连续灌注要求。在灌注过程中，要控制好混凝土的坍落度，使其有良好的流动性，并随时测量导管埋入混凝土的深度，保证其控制在2～4m。当孔内混凝土面接近钢筋笼底部时，要保持较深的埋管，放慢灌注速度，以防钢筋笼被混凝土顶托上浮。混凝土浇筑过程中，要派人注意观察混凝土面的上升情况和出浆量的变化。一般情况下混凝土面的上升和出浆量成正比。若混凝土灌入量增加，说明部分混凝土进入溶洞，若混凝土灌入量减少，说明有孔壁坍塌或缩径。诸如此类异常，应及时分析原因，并采取相应措施。4．结语岩溶地段钻孔灌注桩和施工方法很多，常规技术也较成熟，但在岩溶地区使用大直径钻孔桩并不多见，我们在参考类似技术基础上，结合毫山村高架桥的地质特点采取了相应的严密措施，同时用钢筋混凝土护筒替代了钢护筒，既节省了费用，又保证大料斗小料斗地面地面图1大小料斗安置示意图了质量进度要求。全桥桩基施工于2005年6月开始施工，9月初全部完成桩基施工，经过超声波检测，完全满足设计及施工规范要求。参考文选[1]孙涛岩溶区桥梁大孔径钻孔桩施工技术《铁道标准设计》2005（7）[2]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[3]JTJ024-85公路桥涵地基与基础设计规范高晓玲女1974年6月1996年毕业于长春工业大学道桥专业大专学历现在中铁十一局二公司工作工程师联系电话[phone]