岩溶地区桩基钻孔施工控制技术探讨

1、    岩溶地区桩基钻孔施工控制技术探讨    倪文祥摘要：公路、铁路等大型基础设施建设过程中，岩溶地区的溶洞、硬质斜岩和破碎岩给桩基钻孔施工带来了重大困难，为进一步提高岩溶地区的桩基施工质量，本文以广东阳江地区云湛高速项目作为研究目标，对相关的岩溶地区桩基处理方法和处理中常见的问题进行了详细的分析与研究，用其作为理论基础为岩溶地区的桩基钻孔处理施工提供依据和指导。abstract： during the construction of large-scale infrastructure such as highways and railways， k

2、arst caves， hard sloping rocks and fractured rocks in karst areas have brought major difficulties to the pile foundation construction. to further improve the quality of pile foundation construction in karst areas， this paper takes the yunzhan expressway project in yangjiang area of guangdong as the

3、research target， and analyzes and studies the common problems in the pile foundation treatment in the relevant karst area. it is used as the theoretical basis for the pile foundation drilling treatment in karst area.关键词：岩溶地区;桩基钻孔;控制技术key words： karst area;pile foundation drilling;control technology：

4、u445.55+1                                 ：a                                  ：1006-4311（2019）18-0110-040  引言广东阳江地区云湛高速项目途经岩溶

5、地区，该地区岩溶规模较小，处于发育阶段，且溶洞较多，适宜采用溶洞注浆、溶洞填充、溶洞穿越以及泥浆造壁法、钢护筒跟进法以及注浆加固法等多种方法，本文并针对漏浆处理、钻孔偏斜处理、断桩处理等关键技术进行了分析。1  广东阳江地区云湛高速项目实例概况云湛高速是广东省高速公路网规划“十纵五横两环”之“第二横”的重要组成部分，项目总里程85.78公里，其中云浮市境内里程31.62公里，阳春市境内54.16公里。项目按双向四车道高速公路标准建设，设计时速为100-120公里。然而正是该项目在建设的过程中需要穿越岩溶地区，地质勘查研究结果表明该地区的岩溶地区属于中等发育程度，溶洞内的空洞较多，在建

6、造的过程中容易导致地面塌陷。因此本文将云湛高速项目在岩溶地区进行建造施工时的桩基钻孔施工技术进行研究分析。2  岩溶地区的桩基钻孔施工方法针对该岩溶发育地区的特点，采用溶洞注浆、溶洞填充以及溶洞穿越等多项处理方法，而岩溶桩基在建设的过程中主要采用加强型的泥浆造壁法、钢护筒跟进法和注浆加固法。2.1 岩溶地区溶洞处理方法2.1.1 溶洞注浆法溶洞注浆法介绍。对溶洞地区进行注浆适用于溶洞分布较为密集，其溶洞的位置不深，而且岩质破碎、裂隙发育的溶洞，而且溶洞与溶洞之间的相互贯通区域不能超过10m，针对这类溶洞我们在处理的过程中可以采用溶洞注浆的方法进行处理。溶洞注浆时采用注浆填充溶洞，通过

7、充填物的方式对溶腔进行固结。同时对于岩溶地区的裂隙部位也可以采用注浆充填的方法进行固结，对溶洞片区的溶腔通道进行填充阻截。这样就可以实现工程建设区域的溶洞通过注浆的方法得到填充，达到工程建设的地质环境要求。施工措施。针对岩溶地区所采用的注浆材料一般应用硅酸盐、水泥、中粗砂以及m20水泥砂浆，對这三种材料进行合理的配比，其配比结果为水：泥：砂=1：2：0.5。通常情况下针对岩溶地区进行溶洞注浆时其注孔的孔径不应超过108mm，其注孔的深度也只能注入到溶洞底板以下1m处左右。在进行溶洞注浆的过程中通常采用钢花管或者是pvc管，将孔口深入到距离溶洞底板5cm的地方，对于孔口需要采用水泥或者砂浆进行封

8、闭捣实，但同时在注浆的过程中需要为注浆过程开凿一个排气孔。注浆的过程中先对溶洞底部进行注浆，当注浆的压力在0.6-0.8mpa时，逐步将注浆管向外移动，使得溶洞内的溶腔能够全部填充溶洞而且没有空隙部分。此外随着注浆过程操作到溶洞的中间位置时，其注浆溶液会不断的扩散，浆液流动速度会变缓。但是为了有效的保证注浆的效果和质量，此时拔罐的速度应尽量缓慢，而且在必要时可尽量每5min拔1次管，且具体的拔管速度需要根据溶洞内的注浆压力下降情况而定，当溶洞内的注浆压力低于0.6mpa时应停止拔管，在稳定注浆管的过程中持续注浆，使溶洞内能够全部注浆。在注浆的最后阶段起进浆量会较少，而且溶洞内的压力也会趋于稳定

9、。此时观察排气孔内的冒浆高度，当冐浆高度达到3-6m左右时，维持溶洞内的原注浆压力30min（是3min还是30min），最后拔出注浆管，结束注浆。对于部分特殊区域采用双液注浆方式，通过这种方式可以有效的加快水泥浆的凝结速度，在工程施工的过程中一般采用的化学浆液是用水玻璃。k98+320中桥的1#和2#桩基在溶洞注浆后进行钻孔的过程中，出现了多次塌孔的现象，因此在后续采用多次回填从而导致该处的桩基呈现出弹簧状。钻孔式的护筒跟进无法得到稳定，而注浆法可以代替护筒，使得钻孔周边得到稳定，确保了后续桥梁桩基钻孔的正常进行。2.1.2 溶洞填充针对云湛高速项目大溶洞地区桩基建设的过程中溶腔的特性不同采

10、用的注浆方式不同，而溶洞填充设置的针对该地区，溶腔高度不超过3m的溶洞进行溶洞填充。这类溶洞独立存在，不受其它溶洞的影响，且溶洞壁较为坚固。因此针对这类溶洞我们在处理的过程中采用钻孔穿洞，对溶洞内进行填充。在进行钻孔施工的过程中首先根据该地区的岩溶地质特性绘制钻孔图，掌握钻进标高，而有经验的钻孔人員可以根据钻头冲击声进行判断溶洞顶板标高，当钻孔达到溶岩顶板0.3-0.5m时，将钻孔冲程控制在1m以内，采用低冲程进行钻进，而且在钻进的过程中需要密切关注溶洞内的泥浆液面下降情况。对于充填型的溶洞在进行钻进的过程中其泥浆的流失速度较慢，此时需要及时的补浆，结合实际情况还可以采用抛填水泥，增加溶洞壁的

11、强度。而对于完全空洞型的溶洞在进行钻进的过程中，只要钻孔达到顶板，泥浆的流失速度就会加快。此时应该快速的提起钻头，迅速的向钻孔内部补浆防止孔内的泥浆液面下降，防止溶孔的孔壁坍塌。及时进行粘土和片石的回填，采用的片石长度和宽度不应大于20cm，片石与粘土比例一般为7：3，片石的体积越小填充密度越大，根据该地区的地质情况在回填的过程加入了水泥，并且采用钻头反复冲击形成的水泥壁，对水泥泄漏的通道进行了堵塞从而防止溶洞孔壁坍塌。对于某些溶洞在填充的过程中需要进行多次操作，第一次打到溶洞漏浆处回填时采用袋装水泥填充，通过钻头冲击制造水泥混合浆液，最后回填片石粘土。溶洞填充距离达到溶洞口50-100cm左

12、右时，应停止钻进1-2天，在这段时间溶洞内的水泥会干结凝固形成与抛填物形成坚固的凝结体。最后再采用小冲程的钻孔，小冲程钻孔控制在1m左右。此时运用水泥浆进行充填的作用不大，而选择采用粘土和片石进行回填，回填部位距离距离洞口的30-50cm时，应用分层充填的方式进行反复充填。对于某些区域由于溶腔扩大，在充填的过程中采用多次回填且仍不稳定，此时需要进行临时清空，向溶洞内进行灌注低强度的混凝土，灌注距离溶孔顶部30-50cm的地方，等待混凝土凝结3天以后再进行钻进成孔。最后运用灌注桩的混凝土灌注法进行灌注成桩。2.2 岩溶地区的桩基钻孔施工方法2.2.1 溶洞穿越桩基钻孔云湛高速项目在建设的过程中，

13、部分桩基钻孔部位出现了溶洞较大，埋深不深，而且溶浆相互串通的溶洞，在对该溶洞进行充填的过程中会出现流塑状。此时采用护壁钢套筒穿越溶浆进行处理。首先应用其尺寸大于设计桩径的冲击钻进行冲击成孔，在钻孔的过程中还需要同时打入护壁套管。当钻孔打到溶洞的顶板上方30-50cm处，对钢套筒进行压力锤击，从而使钢套筒能够穿越溶浆，从而达到溶洞的地板。此时通过护壁套管内进行混凝土封底，保证套筒外部的承压水不能进入到钻孔内部。在进行混凝土封底的过程中，注入混凝土以后需要间隔3-7天，等到混凝土干结才能继续后续操作。此时就可以采用桩基设计直径的冲击钻进行钻孔，直到钻到桩基底部。2.2.2 加强型泥浆造壁桩基钻孔对

14、于大多数溶洞在进行桩基钻孔的过程中，应注重加强造壁护壁的功能，因此我们通常采用加强型泥浆造壁法。对于岩溶区域不大，溶洞所在位置较低，采用加强型泥浆造壁法时采用粘土片石混合料进行充填，向溶腔内包入大量的充填物。由于片石与混凝土且密度相差不大，因此采用片石作为充填物进行填充，会保证钻孔桩的腔壁不会被混凝土挤破，是桩基钻孔的过程中混凝土能够正常的充填。例如k98+939中桥的1#墩位就是采用的加强型泥浆造壁法针对溶洞进行造壁加固处理。2.2.3 钢护筒跟进桩基钻孔钢护筒跟进法在桩基钻孔的过程中较为常用，对于单个溶洞或串珠状溶洞，溶洞埋深较深，溶洞高度大于3m的空洞或半填充溶洞，采用钢护筒施工法。该法

15、是指在钻孔时采用振动锤对钢管进行缓慢的敲击，直到钢管能够达到最底层溶腔底部。遇到地表覆盖层为粉砂、卵石等不稳定土层时，必须设置外层护筒，即采用双护筒，外层护筒要穿过软弱覆盖层以下23m或至基岩顶面，内层护筒埋置深度要穿过溶洞至基岩面。此时单层护筒或者是双层护筒在跟进过程中的深度应根据桥梁的孔位设计深度以及钻探资料进行准确的设计。施工时采用比护筒直径稍大的冲锤进行冲孔，成孔直径要求比护筒外径大1015cm，冲孔穿过溶洞至基岩面，然后停止进尺下放内层护筒穿过溶洞至基岩面，然后下放灌注导管浇筑水下封底混凝土，以防止灌注的桩基混凝土流失，同时也防止溶洞内的水流对桩身混凝土冲刷造成混凝土离析后断桩，待混

16、凝土干结才能继续后续操作。3  桩基钻孔过程中的常见问题及处理方法3.1 漏浆在桩基钻孔的过程中漏浆是常见的现象，在施工的过程中出现漏浆主要是因为钻孔时其溶洞空腔或者是填充的密度较小，导致钻孔过程中孔内的泥浆流失严重。另一种现象就是溶腔或者是溶洞裂隙部位的水份不断的渗入到钻孔内部，使得钻孔内部的泥浆被稀释。通常情况我们采用的处理方法主要有以下几点：结合桩基钻孔施工部位的地质环境对施工的先后顺序进行调整，先进行外边桩的施工，再进行中间桩的施工。如果按照这种方法进行桩基钻孔，及钻孔过程中的漏浆现象会得到有效的控制，对于提高工程的施工质量和工作效率有非常重要的意义。对钻孔过程中的渗漏水点进

17、行封堵。当桩基钻孔穿越较为发育的溶洞地区时，可采用减速冲钻的方法，进行小进程缓慢钻进，这样重复进行多次可以对漏浆现象进行有效的控制，直到漏浆现象不影响正常施工进程时，再进行桩基钻孔的正常施工。对于溶洞地区的填充物除了采用粘土以外还可以运用袋装的水泥，而且袋装水泥作为填充物时效果更好。应用“工”字钢建造成安全平台，再进行桩基钻孔工作，此时可以有效的防止因孔口坍塌而导致人员和设备遭到损害。3.2 钻孔偏斜在岩溶地区进行钻孔的过程中，由于受到地质不均匀或者是斜岩等相关地质情况，会造成钻孔的过程中钻头向着孔中岩石软弱的方向前进，从而导致钻孔偏斜。針对这类问题在处理的过程中首先应采取回填片石的方法，对溶

18、洞内的孤斜岩进行处理，然后再进行桩基钻孔。其次，当钻孔的过程中遇到斜岩应该采用30-50cm的片石进行填充，然后通过反复冲击成孔。如果钻孔时遇到基岩，则可以采用低频率、低落距进行冲击钻进。如果上述方法针对钻孔偏斜的问题仍然得不到处理，则可以向钻孔内灌注低标号的混凝土，直到混凝土干结达到一定强度之后，再进行钻孔冲击，可以对钻孔偏斜的问题进行有效的纠正。3.3 卡钻在进行桩基钻孔的过程中经常会遇到桩孔形成梅花状而钻头被狭窄部位卡住的现象。对于因为梅花孔导致的卡钻现象和适当的对钻头进行降落，来回的移动钻头，使钻头继续转动，当在移动的过程中遇到了大的腔壁时就会对卡钻问题进行解决。对于珠串状溶洞如图4所示，在进行卡钻处理的过程中，继续冲孔直到离溶洞的顶部大约1m时，此时加大泥浆的比重采用小冲程进行钻进，缓慢的钻穿溶洞顶板，可以解决卡钻问题。3.4 断桩对岩溶部位空隙较大的地方进行桩基钻孔的过程中，在浇灌混凝土时应确保导管的埋入深度不能超过3m，而且要针对混凝土灌注面的高度进行详