浅谈桥梁钻孔桩施工过程中的溶洞处理.doc

1、浅谈桥梁钻孔桩施工过程中的溶洞处理（中铁十八局集团 杨银辉）摘 要 结合武黄城际铁路湖北地区岩溶发育地质条件下，对桥梁钻孔桩施工过程中的溶洞处理进行浅层次的技术归纳总结。关键词 岩溶发育 钻孔桩 溶洞处理 注浆预处理 回填造壁法1。 工程概况新建武黄城际铁路是武汉城市圈城际铁路的重要组成部分，线路位于湖北省中部，起于武汉枢纽武汉站,止于黄石市黄金山开发区。 正线全长96.78km，桥梁60。40km，其中下陆特大桥全长1080.075m,29个墩台，桩基础308根,黄金山特大桥全长4295m,130个墩台，桩基础1055根,钻孔施工，设计1。0m、1。25m、1.5m桩基础。根据地质勘察以上两

2、座桥大部分桩基存在岩溶不良地质现象，多为岩溶，下伏基岩为上三叠系（T3)的灰岩，岩溶较为发育，据钻孔揭露，岩石常见溶隙、溶沟及溶洞，根据铁路工程不良地质勘察规程中的岩溶分类，桥址区岩溶发育程度属中等发育。 岩溶发育可使周围作为基础持力层的岩土体强度及稳定性大为降低,引起基础失效乃至上部结构破坏，土颗粒亦随地下水搬运而流失，形成土洞，当土洞发育至一定规模时，在机械振动和真空吸蚀作用下,容易引发地面塌陷。由于这种地质构造的特殊性,在钻孔过程中很容易出现塌孔、串孔、斜孔、卡钻、地面沉陷等意外情况，在灌注过程中混凝土流失大、混凝土面突然下降导致导管悬空出现断桩等。因此在施工前,必须根据地质钻探揭示的地

3、质情况，制定安全可靠的施工方案；施工过程中应根据所掌握的准确的地质情况随时修订施工方案，防止各类质量安全事故的发生。2. 施工准备2.1技术准备(1)取得详细的岩土工程勘察资料、注浆加固设计文件及图纸、施工现场平面图、控制桩点的测量资料。(2)对水泥强度、安定性及其他必要的性能指标进行复试.(3）技术交底根据对设计院提供的逐桩地质钻孔展示图的熟悉和掌握，编制适合溶洞地区技术要求的钻孔施工工艺。在钻孔施工之前，由本桥技术负责人编制溶洞处理方案.对作业队进行详细的地质、安全技术交底，交底内容主要包括溶洞的标高、大小、形状、填充情况，以及对击穿顶板、岩面倾斜、探头石处理等应采取的措施和操作要领，让每

4、个机手做到心中有数，提前做好预防措施。2.2材料准备准备充足的溶洞处理材料,包括片石、碎石、黏土、钢护筒等。另外需要准备好泥浆泵，以防漏浆时向孔内注浆,防止塌孔。为保证钻机不因塌孔、扩孔、地面沉陷等因素而倾斜,钻机纵、横向支撑应加长,超出预计的塌孔范围，特别是钻机前端的横向支撑不得小于15m，一般采用钢管（壁厚10mm以上，管径400mm左右）作为支撑梁。 3 总体施工方案钻孔施工前，应结合现场实际情况决定钻孔顺序。同一基础的桩基按照有利于及时封闭溶洞,隔断通道的原则进行组织，先施工外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩基施工,先安排长桩施工的顺序进行。岩溶地区钻孔桩一般采用冲击

5、钻成孔，施工过程中应根据岩溶发育程度及溶洞填充情况选择适宜的溶洞处理方法，以确保工程质量。溶洞处理通常有如下3种方案、（1)岩溶注浆预处理。在钻孔桩施工前，对溶洞进行注浆填充处理。（2）回填造壁法。采用黏土掺片石回填,打密挤实造壁。（3）套内护筒法。先采用大钻头钻进,大护筒跟进，至溶洞顶板后采用与设计桩径对应的钻头钻进，采用配套的较小直径的护筒跟进至溶洞底对溶洞进行防护。套内护筒法施工成本较大，施工难度也较大，且未必达到预期效果，因此针对溶洞发育情况，结合现场实际，我部决定采用注浆预处理与回填造壁法相结合的施工方法，且取得了较好的效果。4 溶洞处理钻孔前采取注浆预处理，在钻孔过程中针对漏浆严重

6、现象采取回填造壁的施工措施.4.1注浆预处理4。1.1设计要求根据设计要求，桩底顶板3倍桩径深度范围内的溶洞需要充分压浆，将溶洞完全填充、充满、桩底及桩身范围内注浆加固约7天后,再进行桩基施工.4.1。2钻探工艺 (1）根据地质情况选择合适的工程地质钻机。根据设计要求标出注浆孔位置,并进行复测。桩基范围采用逐桩钻孔注浆，桩周边各设置一排钻孔注浆，周边孔距为3-5m,若遇到较大溶洞适当增加钻孔注浆范围，缩小孔间距. 注浆工艺流程图:测量放样钻机就位钻至设计孔深洗孔配置浆液注浆 注浆效果监控注浆结束封孔 （2）施工设备选定 钻机机械钻机型号如表1所示，满足注浆孔的大小、深度、地质情况要求。 表1

7、钻机机械表序号钻机型号钻进深度(m）开孔直径(mm）终孔直径(mm）钻杆直径（mm)柴油机功率（kw）1XY-1501501301305010注浆机械注浆泵型号如表2所示,具有泵体抗腐蚀材料，压力大，流量大,体积小，重量轻，搬运方便的特性，满足注浆工艺要求。序号注浆泵型号排出压力（MPa）排浆量(L/min）出口直径（mm）吸口直径（mm）电机功率(kw）1JH501.510032425。5表2 注浆泵型号（2）设备就位：注浆孔位确定后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥.各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长,一般为1010

8、0m，以免压力损失。（3）钻机钻进：将钻杆对准所标孔位，用108mm岩芯管开孔钻进,保证开孔直径不小于110mm.开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜。每一节钻杆完成后进行取芯、取样后方可继续钻进。（4）下套管：钻至基岩0.51。0m后，下入108mm套管,并嵌入基岩；套管出露地表0.30.5m。用75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冒出，影响注浆效果。（5）基岩钻进：待固结套管水泥初凝后，继续钻进。孔内一般采用清水循环钻进，终孔前用清水冲洗，直至返清。钻至溶洞充填物改用干钻并取样鉴定，钻进时注意岩溶空洞会出现掉钻具的危险，同时量测空洞的深度、大小，描述充

9、填物的情况，记录要详细。 （6）终孔：根据设计要求确定孔深钻至桩底顶板3倍桩径深度，请监理工程师验孔后，拧上孔口盖,准备注浆。4。1.3注浆工艺 (1)注浆前准备：备足42.5级普通硅酸盐水泥和模数2。43。0的水玻璃以及注浆管材等，并做好小样配比试验。根据设计图及注浆孔岩溶发育程度，做好浆液配比用料.检查搅拌机、注浆泵等运转情况，注浆孔孔口盖换上混合器（法兰盘)，对管路进行试压、检查管路、接头的链接、密封质量，搅拌浆液不少于5min,且制成浆液停留时间不超过4h. (2)浆液配制:水泥浆液水灰比为0.8：11：1.若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处,视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀

10、腔体进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆.按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌合水泥浆液。若要增加凝固速度,可在浓水玻璃中加水稀释，边加水边搅拌.施工中采用的水玻璃波美度为3843。（3）注浆：选择注浆机及相应注浆设备.先稀后浓,依吸浆情况逐步加浓浆液。本地段地质多为灰岩地区,注浆压力控制应在0.10。3MPa,岩土届面附近逐步加大至0.30.5MPa，最大不应超过1.5MPa.连续注浆不升压，吸浆量不减少时，采用提高浆液浓度或双液注浆措施。双液注浆时采用水泥浆与水玻璃体积之比1：0。51：0。4，总量综合配比控制在1：0.2。在遇到岩溶空洞或岩溶极发育时，根据其深度在浆液中掺粉煤灰、灌中粗砂等

11、措施。有岩溶发育但吸浆量少或不进浆时，先采用高压清水洗孔或钻机清孔后疏通岩溶裂隙通道,再注浆。（4） 注浆结束：单孔注浆结束除遵循规范、符合设计意图外，当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆：注浆孔口压力维持在0。2MPa左右，吸浆量不大于40L/min,维持5min。冒浆点已出注浆范围外35m时。单孔注浆量达到平均注浆量的1。52。0倍,且进浆量明显减少时.当达不到上述标准时,应清孔再次注浆。注浆完成后，注浆钻孔采用C15混凝土回填封闭。岩溶钻孔注浆整治施工中贯彻边探边灌、探灌结合的原则。施工过程中应注意周边是否有水利设施和地下水位情况，有异常及时做好记录，详细描述。（5)注浆结束后,由监

12、理工程师检查确认终孔条件。将注浆孔填实封闭，留下标记备查。最后清理场地，去除污染。施工过程中根据地质条件的变化及特殊情况，在满足设计的情况下及时做好施工方法的调整和处理，确保工程质量.4。1.3注浆检查效果注浆结束后，同时采用压水试验、钻探取芯和物探方法进行注浆效果检查.（1)抽芯检查。在桥桩已注浆孔的附近钻一实验孔抽芯，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。（2)压水试验.往取芯的孔中用注浆机注水，也可另钻孔用注浆机注水,当压力上升到一个稳定值，进水量明显减少时,可停止注水；然后每510min补注水二至三次,再观察压力表的情况，若水压没有明显下降且能持续20min左右，说明没有明显的漏水现象

13、，以此来判断注浆效果。对不合格点要补充注浆。（3）物探检测 由中国科学研究院武汉岩土力学研究所对注浆试验段进行物探检测,注浆效果明显。4.2回填造壁法对于一些溶槽、溶沟、裂隙、溶蚀明显的蜂窝状灰岩碎块、全填充溶洞,该类溶洞当冲锤穿过覆盖层或顶板时,钻孔内会出现一些漏浆,在及时补浆的同时提起冲锤，抛填片石和黏土以及泥质强风化岩等,待孔内泥浆面基本稳定后,恢复冲孔；减小钻机冲程（一般冲程为12m，每分钟68下;遇溶洞时冲程可改为1m以下，冲击频率适当减小），利用钻头冲击将其挤入溶洞及裂隙中，完成护壁和成孔工作.4.2。1填料的选择填料直接关系到造壁后孔壁的稳定性，选择好的填料在溶洞处理中将会事半功

14、倍。因此在填料的选择上要做多项选择对比：黏土掺片石、黏土掺水泥加片石、混凝土、砂浆、泥质强风化岩。最初考虑到成本的问题采用了黏土加片石的方法，效果不是很理想，漏浆现象反反复复，而且还经常出现卡锤现象。针对这种状况我部经过仔细研究决定改变施工方法 ,采取回填泥质强风化岩，该岩遇水即溶,隔水后又重新板结的特性，重新造出的孔壁泌水性良好，可以有效防止溶洞漏浆。同时避免了抛填片石加黏土造成卡钻、掉钻现象。但是采取这样的做好成本相对较大，所以在施工过程中根据岩溶发育程度采取不同的措施，主要以抛填片石加黏土为主，对于较难处理、漏浆反反复复的的孔采取抛填泥质强风化岩。4。2。2回填方式溶洞击穿漏浆后，应立即

15、回填并补浆,回填高度应根据溶洞的大小来确定，一般为回填至泥浆不再流失后再回填510m，钻头小行程打密挤实。如漏浆现象反反复复，则可在回填打密时，反复回填挤密，使溶洞能更好填充.4.2.3时间上的掌控如一个溶洞经多次回填后仍无法通过，则可先将钻机调走施工其他墩位或暂时停止钻进，孔位回填满，待其溶洞回填物稳定后重新钻进。4。2。4及时发现一般情况下，钻机钻进过程中，钻机操作手无法看见孔内情况，溶洞漏浆时很难及时发现并处理.针对这种情况，可在孔口加一浮标，浮标高度以钻机操作手能看见为宜，同时浮标可采用绳线悬挂在钻机上，溶洞出现漏浆时，钻机操作手能及时发现，同时浮标也不会随泥浆下沉.5 岩溶地区钻孔桩

16、施工的其他注意事项5。1斜孔、弯孔的预防措施在施工时，对地质断面图要了解清楚，特别要注意个别地段的基岩埋深，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀、裂隙、溶洞等发育特征；放慢冲击速度，采用低频率小冲程,时刻观察钢丝绳是否垂直，发现斜孔应及早处理.5。2埋锤、卡锤、掉锤的预防措施根据地层情况,控制冲程和冲击速度；在进入岩溶裂隙后，投入片石、碎石、黏土,然后低频率小冲程，填满裂隙，要经常检查钢丝绳及连接装置是否安全可靠。5。3塌孔的预埋措施严格按规范要求进行施工，常观察孔内泥浆高度,并监控泥浆质量;储备足够的黏土和片石；卵石层埋置护筒，防止上部反复塌孔；施工人员要密切注意孔内情况，一旦发现孔内泥浆水位迅速下降，应

17、及时补充大量泥浆以保持孔内水位，防止塌孔、埋钻头等事故发生,并投片石和黏土,用冲锤小冲程慢慢冲挤成人造孔壁。进入岩层后，应继续注意观察，防止人造孔不坚，倒塌时补救不及。6 结束语岩溶地区钻孔桩施工,应根据不同的岩溶类型以及岩溶发育程度采取相应的措施，以加快施工进度，保证成桩质量。在下陆特大桥施工过程中采取了以下三项施工控制措施，在现有的施工设备条件下，基本解决了岩溶地区钻孔桩施工的溶洞处理问题.（1）施工前做好施工预案及过程控制交底，确保顺利成孔。预先编制溶洞处理方案且交底到操作层面，并随施工的深入开展，随时修订技术措施，确保发生异常情况能及时处理。（2）认真核查地质，做好终孔条件判断。由于岩溶发育的无规律性，可预见性差，设计钻探资料