铁路桥梁溶岩地段桩基施工方案

一、概述XX铁路客专线XX至XX一带，下伏有较广泛的碳酸盐，覆盖型岩溶发育，地上水位多在土石分界面上下波动，极易发生岩溶坍塌，对工程危害十分厉害。四工区管段内钻孔桩大部分均为岩溶钻孔桩，主要分布在XX台～99#墩、111#～143#墩、146#～151#墩、154#～169#墩、其中11#～13#墩、20#～22#墩、55#～59#墩、75#～99#墩、120#～130#墩处几乎全部为大型、特大型岩溶，给施工带来极大的困难，因此施工过程中要特别重视。二、岩溶常见的类型类别溶洞特征充填物情况小型溶洞单层洞高小于22m，全填充充，漏水或或半漏水小小型溶槽、溶溶沟、小裂裂隙等粉砂、硬塑或软软塑状粘土土一般溶洞洞高小于2m的的半填充溶溶洞或2～5m的全填充充溶洞，二二层以下串串珠状溶洞洞粉砂、硬塑或软软塑状粘土土大型溶洞二层以上串珠状状有充填溶溶洞；5m以上全充充填溶洞。粉砂、硬塑或软软塑状粘土土特大型溶洞大型溶洞，多层层串珠状已已充填或充充填物差的的溶洞。溶溶洞的规模模覆盖到相相邻桩位或或更大。无填充或填充物物为流朔状状三、施工工艺（一）、岩溶地区钻孔灌注桩施工的关键技术是如何保证成孔过程中不漏浆、或虽漏浆但不塌孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。（二）、施工方法1、施工前充分的技术和物质准备

在施工过程中，若钻孔灌注桩钻进时遇到溶洞、裂隙地带，就会出现孔内泥浆急剧下降，如不及时补充水头和抛填粘土、片石等回填物堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞，抬高水头以增加孔壁侧压力，孔壁土层就不能承受地下水和周围土层的侧压力，就会造成护简底部地层坍塌和埋钻的现象，护简周围地面大面积整体下陷，地面也可能出现裂缝。一旦出现这种异常情况，若处理不及时或处理不当将会影响到工程质量和人员、设备的安全，造成经济上的重大损失，施工周期也将延长。在施工前，施工单位根据逐桩钻探资料认真研究各墩台溶洞分布的平面位置、高程、范围、连通性和有无充填物等情况，根据设计要求制定出详细的施工方案和施工技术保障措施。在选用钻机时，选用有挤压侧壁作用的正循环冲击钻机，在现场备足水、粘土、片石、碎石、粉煤灰和水泥等必备材料，同时设置容量不小于2倍单孔容量的泥浆池和沉淀池，制备符合要求的优质泥浆，应急电源和施工机械也应作充分准备，确保意外情况出现时，能按照应急预案中的施工方案及时进行处理。2、埋置好钢护筒

为防止钢护筒在钻进成孔过程中水头突然下降、地层扰动后液化发生坍塌倾斜等事故，在埋置护筒时，将护筒一定周围内的砂性土挖除，回填粘性土至护筒底以下0.5m处并夯实，然后通过定位的控制桩放样，把钻孔中心位置标于孔底，再把护筒放进坑内，然后移动护简、使护筒中心与钻孔中心位置重合。在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的粘土，分层夯实、达到最佳密实度，同时也选用刚度好、接头严密、不漏水、抗挤压的钢护简。3、采取合理的成孔措施

在成孔过程中，钻进冲程及泥浆也应随地质情况变化而做相应的调整，在通过亚砂土、亚粘土时，采用1m～1.5m的小冲程并输入较低稠度的泥浆，在通过细砂层时，采用1m～2m的中、小冲程，同时加大泥浆稠度，抛填直径15～20cm的片石、粘土反复冲击，使孔壁被挤实。钻至溶洞顶部1m左右时，加大泥浆比重和稠度，采用1m～1.5m的小冲程，逐渐将溶洞顶部击穿，同时准备好足够数量的水泵或泥浆泵。在孔周围准备足够的片石、粘土、水泥及粉煤灰等，一旦孔内水头急剧下降，以便及时向孔内补水、补浆，同时回填粘土、片石、水泥及粉煤灰等，以便保持孔内水头稳定。回填物必须高出溶洞顶1m以上，然后放下钻头进行冲砸堵漏，以小冲程反复冲砸，将粘土、小片石挤入溶洞。大部分钻孔桩由于事先做好了预防措施，使在施工时遇到的溶洞、裂隙得到了及时处理，保证了钻孔桩顺利成孔。4、按溶洞类型不同分别采取不同的施工措施1）、对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄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，增大孔壁的自稳能力。（1）工艺程序施工准备→埋设护筒→移动钻机、定位→护筒内投入土、片石、水→钻孔→抽碴→吸泥清碴。（2）施工要点①开孔时用小冲程冲击钻孔，要打得准、打得稳，间断冲击，少抽碴，使开口圆顺。②加入小于15cm片石，反复冲击2-4次，挤密护筒底部周围土层。③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。④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，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。⑤接近岩溶时主绳松绳量应为1-2cm，防止击穿岩壳时卡钻。⑥钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。2）、空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞条件下的桩基施工采取振动锤下沉钢护筒到基岩，然后冲击钻孔至溶洞顶板，利用冲击钻穿溶洞顶板后，灌注低标号砼，使砼面高于溶洞顶面，砼灌注时采取间歇方式。待砼达到一定强度后再继续钻孔，穿过低标号砼成孔。（1）工艺流程空洞较大的单层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图测量定位加工钢护筒、桩帽等施工准备测量定位加工钢护筒、桩帽等施工准备钻机就位钻机就位震动下沉钢护筒震动下沉钢护筒投入粘土随钻进随检孔冲击钻孔通过溶洞顶板投入粘土随钻进随检孔冲击钻孔通过溶洞顶板灌注砼填充溶洞灌注砼填充溶洞测量沉碴厚度二次清孔冲击钻孔至桩底安放钢筋笼、导管清孔灌注水下砼测量沉碴厚度二次清孔冲击钻孔至桩底安放钢筋笼、导管清孔灌注水下砼（2）施工要点反循环冲击钻孔：采取冲击成孔时，为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的砼凝固，待邻孔砼灌注完毕24h后开钻。钢护筒下到岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻。在覆盖层中可采用正反循环钻进，冲钻方法与一般冲击钻孔相同；在岩石地层中以十字型钻头冲击基岩成孔，钻进方式为泵吸反循环。岩层中钻进时，泥浆浓度控制在1.15～1.20。当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔，拆移钻头，进行溶洞区水下砼的灌注，砼采取低标号砼，砼配合比由现场试验确定，保证每批砼坍落范围在3米左右。砼灌注采取间歇灌注方法（以免砼流失太远造成浪费），直至到达溶洞顶面以上1.0米，待砼达到强度后继续钻孔，钻孔穿过低标号砼成孔。3）、充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞条件下的桩基施工采用双护筒跟进方式冲击成孔。（1）工艺流程空洞较大的多层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图施工准备施工准备钻机就位灌注水下砼震动下沉钢护筒冲击钻孔通过溶洞顶板下沉内护筒清孔安放钢筋笼、导管随钻进随检孔加工钢护筒、桩帽等投入粘土测量定位冲击钻孔至桩底二次清孔测量沉碴厚度（2）施工要点①外护筒直径应较设计桩径大20cm，内护筒直径应较设计桩径大5cm。②施工程序：根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。③外护筒下到岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻，其钻孔方法与传统的冲击钻孔方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，以便内护筒顺利通过顶板。护筒跟进示意如下图：3的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。⑤当内护筒下沉到位后，在内外护筒间进行抛石压浆处理，以增加护筒的整体刚度。之后进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。⑥双护筒冲击钻孔采用吸泥法清孔。为使钻孔桩砼与孔底岩体粘接良好，灌注水下砼之前需用高压水冲射排除残碴。（3）护筒刃脚固结处理当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙，若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下质量隐患。在施工中采取的方法如图所示。利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土，用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。在桩基施工前进行石粉加水泥压浆堆填处理,使溶洞封闭,钻孔过程中不漏浆。（1）压浆工艺详见“岩溶桩基压浆工艺流程图”。（2）施工要点①钻注浆孔根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。钻孔施工方法如下：钻机采用XU--600型地质钻钻机。开孔孔采用φ108mmm岩芯管开开孔，钻进进分层采样样，直至钻钻入基岩面面0.5m以下后，下下φ108mmm套管，并并嵌入基岩岩；套管露露出地表0.2～0.5m。用75号水泥砂砂浆固结套套管，并将将孔口套管管四周捣岩溶桩基压浆工工艺流程图图施工准备施工准备钻机选型钻机选型钻机就位成孔续接钻杆成孔续接钻杆钻进清孔清孔拆卸钻杆浆液配合比选定安放压浆管和浆液制作浆液配合比选定安放压浆管和浆液制作压浆压浆效果检验实封闭，防止浆浆液从套管管周围串出出，影响注注浆效果。待待固结套管管水泥初凝凝后，继续续钻进，循循环水采用用清水。根根据取出的的岩芯确定定岩溶发育育特征。洗洗孔后按要要求做注水水试验，拧拧上孔口盖盖。②压浆压浆设备主要为为JS3550型搅拌机机、KBY--30/1120型注浆泵泵。在压浆浆前先进行行注水试验验，确定单单位长度吸吸水量。浆浆液选用石石粉水泥浆浆,用32.5级水泥,石粉水泥泥浆配合比比为水∶水泥:石粉=1∶1∶0.8。压浆时时注浆压力力不宜太大大，控制在在0.5～1.0MMPa范围,具体压力力值由现场场试验确定定。为防止浆液流失失太远造成成浪费，采采用间歇注注浆方式，使使得先注入入的浆液初初步达到胶胶结后再注注浆，循环环注浆多次次，直至达达到规定的的单位注浆浆量、注浆浆压力控制制值为止。注完一个孔后,,继续对其其余孔进行行注浆,后注浆的的压力必须须调高，最最后封孔。注注浆顺序由由现场自行行掌握。注注浆完后采采用钻孔检检查，检查查孔数为5%，根据取取芯浆液充充填情况直直观判断注注浆效果。注浆完成等浆液液凝固到一一定强度后后即进行钻钻孔桩的施施工，施工工按常规钻钻孔桩施工工方法。③在经过处理后的的岩溶处成成孔时，成成孔方法基基本上与普普通石质地地层成孔方方法相同。成成孔时应注注意以下几几点：A．成成孔必须待待注浆凝固固、强度达达到要求才才能进行，岩岩溶注浆处处理一般等等待时间为为10ｄ左右。B．为为防止意外外,冲孔前应应有备用措措施。备好好材料，一一旦泥浆泄泄露，及时时向孔内投投放粘土，依依靠冲挤在在溶洞内形形成粘土的的围护结构构墙，保持持孔内泥浆浆高度，使使冲钻顺利利进行。C．接接近岩溶地地段，采取取轻锤冲击击、加大泥泥浆浓度的的方法成孔孔，以防卡卡钻和掉钻钻。四、常见事故的处处理1、卡锤（1）原因：①在基基岩段成孔孔时由于桩桩锤磨损未未及时修补补；②在冲击时时发生掉物物、掉石；；③钢丝绳冲冲放过多，致致桩锤倾倒倒顶住孔壁壁；④溶洞底板板倾斜或遇遇到半边溶溶洞。（2）处理措施：①①慢试法：：钻头卡在在中间任何何部位时，应应将主绳徐徐放—收紧—徐放—收紧，反反复进行使使钻头旋转转从原位槽槽道提出；；②冲击法：：将主绳放放松3-5m，用钻头头副绳吊一一重物向下下冲击钻头头，使之产产生松动，主主绳重复慢慢试法；③辅助提升升法：用吊吊机、千斤斤顶或钻机机副绳穿滑滑车组加力力提升；④水下松动动爆破法：：测准钻头头被卡高度度后，迅速速将乳化防防水炸药捆捆成两组，加加配重对称称放入钻头头刃脚部位位，之后将将钻机主绳绳带紧或以以吊机辅助采管法请位基案2、掉锤（1）原因：①锤体体质量有问问题，造成成锤体断裂裂；②钢丝绳断断裂；③进尺时遇遇到大溶洞洞，且填充充物为软塑塑性土质或或空洞时，因因为控制进进尺，冲锤锤一下进尺尺数米，引引起掉锤。（2）处理措施：①①选用打捞捞钩、冲抓抓锥等合适适的打捞工工具将锤体体捞起；②确实无法法捞起时，请请设计单位位提出桩基基修改方案案。3、塌孔埋钻（1）原因：施工时时由于碰到到溶洞或与与桩位外溶溶洞相通的的裂隙，引引起突然间间大量泥浆浆漏失。（2）处理措施：发发生漏浆时时要及时补补浆补水，维维持孔内水水头，防止止孔内外产产生过大的的水头差，并并迅速堵漏漏。五、桩基成孔施工工的注意事事项(1)在成孔孔过程中，要要特别注意意快到土洞洞、溶洞的的洞顶时，应应低锤冲击击，防止卡卡锤、掉锤锤现象。(2)遇较大大的土洞、溶溶洞时，先先在孔口附附近准备好好足够的块块石、粘土土、水泥。在在洞顶打穿穿时，一旦旦发现漏浆浆，要迅速速填堵，防防止塌孔。一一般土洞、溶溶洞洞顶击击穿后，桩桩孔中泥浆浆会很快下下降，此时时要用铲车车及时将准准备好的块块石、粘土土、水泥按按适当的比比例抛入，直直至孔中的的泥浆停止止下降，并并慢慢上升升，此时可可用冲锤进进行适当挤挤压，反复复抛块石、粘粘土、水泥泥，直至把把桩基两侧侧的溶洞都都填满或堵堵死为止，最最后补充满满泥浆再重重新成孔，溶溶洞较大的的最好等1～2天后再重重新冲孔成成桩。(3)如果遇遇较大的土土洞、空溶溶洞时，则则先注浆，后后成孔，这这样可防止止地面下陷陷和发生卡卡锤、掉锤锤现象，又又能加固地地基。(4)有土洞洞、溶洞的的地段，特特别是那些些土、溶洞洞覆盖面较较大的地方方，包容数数根桩基，施施工时要先先施工深的的桩基，由由深至浅，保保证安全。(5)如果岩岩面是斜面面，要多次次抛块石纠纠斜，因为为打斜岩比比打全岩要要多花3～5倍的时间间。(7)终成孔孔后，一定定要用5mm以上的钢钢笼探孔器器进行探孔孔，清孔换换浆一定要要彻底，特特别是二次次清孔后的的沉渣一定定要符合标标准。(8)混凝土土坍落度以以18~222cm为宜宜；浇筑导导管必须密密闭良好，浇浇筑时先放放置隔水塞塞，浇注混混凝土必须须连续、快快速；浇筑筑混凝土备备料充足。六、机具设备1、冲击钻机2、震动锤，BMMI-15500型3、起重机，255t4、空压机，122m3/minn5、潜水泵6、吸泥机七、质量控制措施施1、施工组织管理理方面的措措施（1）邀请设计、监监理、科研研和大专院院校等单位位专家参加加技术攻关关研讨会，制制订切实可可行的施工工方案。（2）对施工人员进进行技术培培训，制定定相应的规规章制度，使使施工人员员有章可循循，强化组组织指挥，建建立必要的的奖惩制度度。（3）组织技术革新新、质量管管理和科技技攻关组。2、施工技术对策策溶洞地质同一般般地质相比比较，其特特点表现在在它的非均均质性和非非密实性，反反映在钻孔孔施工中的的形式为：：A．空隙漏漏浆造成塌塌孔；B．难以形形成符合设设计桩径的的标准圆孔孔；C．水下砼砼灌注流失失无法估量量，容易造造成断桩。（1）漏浆、坍孔的的技术对策策①要求司钻人员随随时对照地地质钻探资资料检查孔孔内水头高高度、泥浆浆稠度和钻钻头负荷是是否正常。②长护筒跟进。③进行散抛填。将将坚硬片石石、粘土及及水泥作成成混合物，视视漏浆程度度反复抛填填冲击。（2）偏孔的技术对对策①溶沟、溶槽、岩岩面起伏不不平。在钻钻孔穿过覆覆盖层或溶溶洞填充物物接触溶洞洞顶板时，钻钻孔速度会会明显降低低，主绳摆摆动大，遇遇此情况应应马上提出出钻头，抛抛入坚硬片片石、碎石石和块状黄黄土，以小小冲程冲击击，待冲到到原位后第第二次抛入入相同配备备的混合物物以大冲程程冲击，反反复进行，直直到不偏孔孔为止。②溶洞侧壁侵入孔孔径。