岩溶地质钻孔桩施工措施

贾林鹏

（中铁二十局集团 第四工程有限公司，山东 青岛266061）

1 工程设计情况

1.1 工程概况

跨216省道特大桥，桥址位于广西博白县亚山镇附近，桥位处位于平原低丘区，属南流江冲洪积平原地貌，地形平坦，大部分辟为水田、水塘以及民房等；本桥主要为跨越S216省道、乡村公路以及河沟而设。桥梁全长2342.145m，全桥孔跨布置：13-32m+1-24m+16-32m+(40+56+40)m连续梁+1-32m+1-24m+7-32m+1-24m+27-32m+1-24m预制后张法预应力混凝土简支T梁。

1.2 地质状况

桥址区岩溶形态及分布规律：桥址区下伏基岩为泥盆系中统东岭岗组(D2d)石灰岩，岩溶较为发育，据钻孔揭露，岩石常见溶隙、溶洞。本区属隐伏岩溶区，地表被覆盖，仅靠钻探揭露，在已钻的249个钻孔中，239孔揭示石灰岩，见溶洞总数290个，见溶洞的钻孔173个，钻孔见洞率为72.4%。钻孔揭露可溶岩总进尺4791.87m（含溶洞深度），见溶洞总深度350.5m，无填充（272.7m/250个），全充填溶洞（77.8m/40个）；根据《铁路工程不良地质勘查规程》（TB10027-2001)中的附录E判定，桥址区岩溶发育强度分级强烈发育。

覆盖型岩溶区的主要工程地质问题：除溶洞发育外，桥址区分布大量的冲积物，上覆地层多为粉质粘土、细沙、中砂、圆砾土等，在与基岩面接触多为圆砾土，由于地下水位较高，第四系地层多受地下水影响，对施工有一定影响。

2 岩溶桩基钻孔中常见处理措施

为了保证岩溶发育地区钻孔灌注桩施工过程中不漏浆，或漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求，施工时应根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物情况采取不同方法，采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石、回填素混凝土、压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同施工方法。

2.1 泥浆护壁常规成孔

当溶洞有填充物，是可塑或软塑的亚粘土，且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向数量有多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按正常地质情况施工。采用冲击钻成孔，洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，可以按无溶洞施工。

2.2 回填片石、粘土、水泥

钻孔时，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入粘土和片石，利用钻头冲击将粘土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，以增大孔壁的自稳能力。

1）掺加比例：为有效利用片石，片石与粘土的比例为3:7，掺加水泥时，掺加比例为每延米2包，掺加锯末时，掺加比例为粘土的10%。

2）片石采用强度≥30MPa石灰岩，石块粒径以15-50cm为宜，粘土、水泥采用整袋投放为佳。掺加方法为：片石、袋装粘土（可选择添加水泥、锯末，也可不添加）分层间隔掺加，回填高度为溶洞顶板以上1m处。

3）施工注意事项：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，发现漏浆现象，立即处理。

根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，冲击岩层的响声，抽取的岩样来判断是否接近岩溶地层。

接近岩溶时主绳松绳量应为1-2cm，防止穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补浆，以保持孔内水位高度。

4）主要适用范围及优势：适用于较小溶洞（溶洞高度小于3m），无填充物或半填冲，施工方法简单，造价较低。

2.3 回填素混凝土

钻孔时，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻成孔。

1）混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，应在混凝土中掺加一定早强剂，提高素混凝土的早期强度。

2）掺加方法：对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面应高于溶洞顶板50cm。

3）施工注意事项：回填48小时后待回填混凝土强度达到70%后，应在桩基范围内取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。

4）主要适用范围及优势：适用于中、小溶洞，有无填充物均可采用此方案。施工方法简单，造价相对较高。

2.4 注浆加固

通过对照地质柱状图，对桩穿过的溶洞进行填充和加固。

1）注浆孔布设：根据钻孔柱状图，找出最大溶洞，如果溶洞为连通溶洞，只需对其中最大的溶洞进行注浆加固。

2）注浆压力控制：用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5-1.0MPa范围，具体压力值现场试验确定。注浆速度为15-20L/min，其目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂和碎石），然后固结，渗透最小直径定位3.0m，以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。

3）施工注意事项：为防止浆液流失造成浪费，可采用间歇注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的注浆量和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，后注浆压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。且应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。

4）主要适用范围及优势：多适用于小型（高度小于1m）或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有填充物的溶洞，但造价较高。

2.5 钢护筒跟进加固

采用钢护筒跟进法：一面冲孔，一面接钢护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。

1）钢护筒的选择：内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=h+H（h为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，连接顺直，用卷扬机成型。钢护筒要有一定的刚度，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。

2）内护筒的沉放：当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围慢放轻提，冲锤不明显受阻，说明顶部已成孔并且圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用汽车吊（或桩机）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。

如果冲击钻在坚硬岩石中的扩孔系数较小，不能满足钢护筒下沉要求的，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，要求桩孔竖直，无歪斜、缩颈。

3）主要适用范围及优势：适用于特大溶洞(溶洞高度大于3m)、无填充溶洞、半填充溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时。

3 岩溶地层钻孔桩施工时的注意事项

3.1 采用投入粘土块、碎石片石等加大泥浆稠度，并使之挤入松散破碎土层、溶洞及其裂缝中，保持孔壁稳定；同时应及时向孔内补水，保持孔内水位高度，防止坍孔。

3.2 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，防止异常情况发生。

3.3 当接近岩溶时主绳应采用较小松绳量，防止击穿岩壳时卡钻。

3.4 钻孔过程中应及时抽渣，并对渣样取样分析，认真核对地质资料。当钻至桩底高程时应及时联系设计部门进行桩底地质确认。

3.5 清孔时采用抽渣吹风法。

3.6 下钢筋笼时必须要保证垂直下笼，避免刮塌护壁特别是溶洞部分。

3.7 灌注水下混凝土时要适当加大导管的埋深，灌注混凝土时每灌注一车都应量一次混凝土面，因为在溶洞特别大的桩位混凝土要填充溶洞常常发生连续灌注而混凝土面没有上升的现象，遇到这种现象时：一是要勤量混凝土面，二要每隔一段时间上下活动一下导管，避免因时间过长混凝土凝固导管拔不出而断桩。

4 小结

岩溶地区钻孔桩施工是一项难度很大的工程，施工现场的情况是千变万化，不同的孔位溶洞发育情况不同，处理方法也应实事求是，随着地质条件的变化而改变。

［1］铁道部第二勘测设计院,编.岩溶工程地质[M].中国铁道出版社,1984.

［2］客货共线铁路桥涵工程施工技术指南TZ 203-2008[M].中国铁道出版社,2010.

［3］桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册[M].中国建筑工业出版社,1995.

［4］方小睿,沈典栋.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J].公路,2003(12).