旋挖钻机在岩溶强发育地层钻孔桩施工技术

岩溶是由石灰岩等可溶性岩石长期受水的化学溶蚀作用而形成。岩溶地层存在溶沟、溶槽、溶洞，尤其是溶洞顶(底)板犬牙交错，高低相差悬殊。岩层存在着软硬不均或半岩半土、半岩半溶和斜坡岩。在岩溶强发育复杂地层进行桥梁钻孔桩施工，复杂地质因素所带来的钻孔施工困难、成桩困难是施工技术的难点。本文结合工程实例，介绍岩溶强发育复杂地层钻孔桩施工技术，并指出了相应的施工处理方法和施工注意事项。

1、工程概况

京沪高速铁路三标荆河特大桥位于山东省滕州市境内，桥梁全长11.445km,孔跨布置:20×24双线简支箱梁、328×32双线简支箱梁、2-(32+48+32)双线连续箱梁。全桥墩台基础设计全部为钻孔桩基础,直径1.0m,1422根,桩总长44272.77m,直径1.25m,1538根,桩总长83527.39m,直径1.50m,108根,桩总长14325.16m。其中203号墩直径1.50m,最大桩长为85.5m。

2、工程地质特征

荆河特大桥主要以石灰岩为主，岩层为单斜构造，岩层产状30°∠12°桥位区岩体节理裂隙发育。dk580+229～dk582+100段;钻孔遇溶洞率达76.9%，岩溶强烈发育地段达90～100%。dk582+100～dk583+100段;钻孔遇溶洞率60.8%～73.7%，溶洞呈串珠状分布。其中203号墩串珠状溶洞多达13个，溶洞高度一般在2～8m之间。其中286号墩溶洞高度25.5m，dk583+100～dk586+100段;钻孔遇溶洞率66.1%～71.9%。dk586+100～dk587+100段;钻孔遇到溶洞，占42.5%，溶洞呈串珠状发育。桥位区土洞，主要是岩溶地层上覆土层被地表水及地下水渗透活动发生潜蚀作用和负压吸蚀等相互作用所形成。

3、钻孔桩施工技术

3.1、钻机类型选择

荆河特大桥钻孔桩穿过黏土、粉质黏土、中粗砂类土、泥灰岩、石灰岩。根据地质状况，选择桅杆式冲击钻机，这种冲击钻机可根据岩层硬度随时调整钻头提升高度(冲程)，具有冲击能量大的特点。

3.2、钻孔顺序

在岩溶强发育复杂地层进行桥梁钻孔桩施工，地质结构复杂造成了钻孔困难、成桩困难。在钻孔桩施工前，必须准确掌握地质情况，我们采取钻探和物探相结合的原则，在逐墩、逐桩进行地质钻探的基础上，我们又做了全桥详细的逐墩的物探，以弄清各墩、各桩的覆盖层厚度、土洞、溶洞位置、数量多少及填充状况。钻孔施工，根据钻探和物探资料的地质结构来选择桩位钻孔顺序，显得尤其重要。荆河特大桥钻孔桩施工选择桩位钻孔顺序的基本原则是：对于不等长桩桥墩，钻孔施工遵循先长桩，后短桩的施工顺序。同一墩位的钻孔顺序，按溶洞由深到浅、由多(串珠状)到少，先施工边位桩、角位桩，这样施工有利于及时封闭溶洞，阻断溶洞通道，以利下一根桩的施工。

3.3、泥浆护壁

泥浆护壁是钻孔桩施工中最基本的技术措施，为了加强泥浆护壁，要使用黏性好的黏土制备泥浆，在冲击钻孔时将黏土直接投入孔内，利用钻头冲孔时制造泥浆。荆河特大桥钻孔桩施工中，对于地质复杂频繁漏浆、塌孔的重难点桩，为提高泥浆的护壁效果，还采用了地质钻探专用膨润土进行造浆护壁效果显著。当溶洞内填充物为细砂或流塑物质时，在泥浆中掺加适量的水泥，可以起到提高泥浆的抗渗透能力，增加护壁效果，可以有效防止塌孔漏浆的功效，水泥用量一般占粘土用量10%～20%。

3.4、人造孔壁

人造孔壁就是根据溶洞内有无充填物及充填物的不同种类和流塑性，在使用优质泥浆护壁施工的同时，在钻孔遇到溶洞时，往孔内投入黏土块(编织袋装黏土加稻麦草)、片(碎)石和混合料，增加溶洞孔壁骨架稳定作用，一般选用粒径15～25cm片石和<8～9cm的碎石，稻麦草应用铡草机切断，长度30～50cm。借助于钻头的冲击捣固作用，将填充混合材料和稠密的泥浆一起挤入溶洞岩溶裂隙中，形成强度连续的钻孔路径，在持续的钻孔过程中形成孔壁封闭环，达到人造孔壁的效果。荆河特大桥钻孔桩遇到溶洞，最基本的处理方法就是采用粘土片(碎)石人造孔壁法进行处理，在穿过溶洞时采取填片石加粘土以填充溶洞，通过回填片石加粘土反复冲砸、挤压形成人造孔壁穿过溶洞。人造孔壁质量的优劣是决定成孔的关键，粘土片(碎)石人造孔壁的比例为;粘土0.4:片(碎)石0.6,必要时可加入时稻草(草类)物质，在冲击回填反复冲砸、将溶洞填满并且挤压密实，在溶洞内形成坚实并具有一定强度、且承受一定压力的人造孔壁。质量不好的人造孔壁在灌注水下混凝土时，当混凝土顶面上升到一定高度时，人造孔壁将不能承受混凝土的巨大压力，混凝土将溶洞人造孔壁挤穿，混凝土大量流进溶洞，不能有效地埋置导管，将会造成断桩事故。灌注时要勤测量混凝土面高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断，防止混凝土面突然下降造成导管悬空而断桩;在灌注时应适当加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5～2.0米，待水下混凝土灌注面稳定0.5～1.0小时后再拔出导管,避免在灌注完成后混凝土面下降造成短桩。

3.5、溶洞串孔漏浆

荆河特大桥岩溶强发育地层,溶洞呈串珠状分布。其中203号墩串珠状溶洞多达13个，溶洞高度一般在2～8m之间。其中286号墩溶洞高度25.5m，钻孔遇溶洞率66.1%～71.9%，岩溶强烈发育地段达90～100%，半充填和无充填型空溶洞连通性较好。为了加快施工进度、确保工期，同一墩位上2～3台钻机同时进行钻孔施工，往往会出现溶洞串孔频繁漏浆，采用片石粘土回填处理溶洞串孔漏浆其效果较差。溶洞串孔漏浆处理方法可采取灌注水下混凝土封闭溶洞，阻断溶洞通道;将钻头提升出孔外往钻孔内灌注水下混凝土，灌注面应高于溶洞顶面2～3m，待水下混凝土灌注面稳定0.5～1.0小时后再拔出导管，以确保水下混凝土充分地封闭了溶洞，待水下混凝土达到一定强度(1～2天)再开钻。荆河特大桥289#、290#等桥墩溶洞串孔频繁漏浆，采取灌注水下混凝土封闭溶洞，阻断溶洞通道后成孔顺利，效果显著。

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