岩溶地区钻孔桩溶洞处理施工技术总结 本文关键词：岩溶，溶洞，钻孔，施工技术，地区
岩溶地区钻孔桩溶洞处理施工技术总结 本文简介：摘要:本文以武广客运专线XXTIV标北乡特大桥钻孔桩施工为实例，主要阐述岩溶地区钻孔灌注桩的溶洞处理的工艺原理、方案的选择、针对不同孔径大小的溶洞所采用的各种不同的处理方法等，通过本工程试验及实践，使得岩溶发育地区桥梁钻孔桩基础的施工工艺及技术得到了成功验证和发展，取得了较为成熟的经验。关键词:武广
岩溶地区钻孔桩溶洞处理施工技术总结 本文内容：
摘要:本文以武广客运专线XXTIV标北乡特大桥钻孔桩施工为实例，主要阐述岩溶地区钻孔灌注桩的溶洞处理的工艺原理、方案的选择、针对不同孔径大小的溶洞所采用的各种不同的处理方法等，通过本工程试验及实践，使得岩溶发育地区桥梁钻孔桩基础的施工工艺及技术得到了成功验证和发展，取得了较为成熟的经验。
关键词:武广客专
岩溶地区
钻孔桩基础
施工技术
1
工程简介
武广铁路客运专线XXTJV标北乡特大桥（DK1932+974.51-DK1937+010.89）位于广东省乐昌市北乡镇，北接大瑶山3#隧道，南接东塘隧道，距乐昌市约8km，横跨省道S248线。桥跨布置为124-32m简支箱梁，全长4071.27米，钻孔桩1113根，直径分别为φ1.0m和φ1.25m，其中50米以上的桩有139根，70米以上的有17根，最长桩孔深达92米。桥位处岩溶极其发育，大部分溶洞呈串珠状发育，桩基础最多的穿越23层溶洞。地表卵石覆盖层厚，最厚达65米。溶洞处理的成败关系到桩基础施工质量、工期和成本。
2
溶洞的分类
根据地质结构和溶洞的情况及发育情况，溶洞可分为以下几种类型：
2.1
按溶洞的大小分
①大溶洞：溶洞高度＞3m；②小溶洞：溶洞高度＜3m。
2.2
按溶洞填充状态分
①全填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状；②半填充溶洞：洞内约一半有填充物，顶部为空腔；③无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。
2.3
按是否漏水分
①全漏水溶洞：严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；③不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。
2.4
按溶洞垂向个数分
①单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；②多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞。
3
方案选定
根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案
4
溶洞处理方法
4.1
压注双液浆法
注双液浆一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理。
①目的：溶洞内注双液浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并达到一定的强度（20MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等施工工序的顺利完成。②加固原理：注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100%，即1m3体积的浆材可得1m3的结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀泥等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充的溶洞，浆液是通过充填填满溶洞的。③工艺
压浆材料采用普硅32.5R水泥与化学剂（水玻璃）。a布孔
根据桥墩台桩基布置和溶洞分布，每个墩台布置6～8个压浆孔。b钻孔
用地质钻机钻80mm～110mm的注浆孔，孔深达到最深溶洞的底部。注浆管插入
溶洞下部。c压浆
采用双液压浆系统进行全孔压浆，要少量多次、反复压浆。双液浆配制时，控制浆液比例，反复试验，掌握浆液的最佳凝固时间，凝固时间太快，不利于注浆施工，凝固时间太慢，浆液流动性大，用量大，不经济。
4.2
灌砂、压浆法
灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，一般适用于6～10m无填充溶洞的处理。主要通过灌砂填塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。
灌砂采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约4～5m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。
4.3
填充粘土和片石法
粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，其方便、快捷，节省费用。
当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部1～2m。溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆为止。
采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。
4.4
灌低标号混凝土法
对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和片石的方法难以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土时孔壁被挤垮，这时用灌低标号混凝土的方法处理。
施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶板时，为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌低标号混凝土至溶洞顶1m
以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。
4.5
钢护筒跟进法
在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取上述方法无效时，可采取钢护筒跟进法施工。就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。①内护筒内径的确定
现场根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定内护筒级数，每增加一级，内护筒内径增加0.2m，最小一级内护筒直径大于桩径0.2m。为保证内护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用10mm
钢板卷制。下沉内护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒，再钻小孔、下沉小护筒。如果穿过1层溶洞，就采用1级内护筒，每增加1层溶洞，就增加1级内护筒。护筒跟进法施工顺序见下图1。②内护筒长度的确定内护筒长度的确定，护筒长度L＝h＋3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度），如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。
5
岩溶地区钻孔桩施工方法
①岩溶地区钻孔桩施工工艺流程图见图2。②由于钻孔桩施工是个比较成熟的施工工艺，本文就不再叙述。
;
在岩溶地区钻孔桩施工中特别应注意以下几个问题：①施工准备
根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。②钻孔
钻机时泥浆要稍稠，现场泥浆池内尽量多备些泥浆，在溶洞穿孔后及时补浆。施工中要加强钻孔地质检查、复核，并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。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为1～2cm，防止击穿溶洞顶板时造成掉钻、卡钻现象发生。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水补浆，保持孔内水位高度。漏水严重时，可填充稻草和水泥等混合物，每次填满后补浆补水，再重新冲击钻进，挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最终至不漏浆为止。通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。③灌注混凝土
灌注中导管提升时，要根据溶洞情况确定导管埋深，避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降，造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1m以上，灌注完成后观察30分钟左右，如果混凝土面没有变化才拔出导管。
参考文献：
[1]铁建设[2005]160号客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准.
[2]TZ213-2005客运专线铁路桥涵工程施工技术指南.
[3]TB10002.5-2005.J464-2005.铁路桥涵地基和基础设计规范.
[4]湖南交通科技.2002年第1期《岩溶地基处理方法》.
[5]交通世界.2004年第5期《岩溶地区地基处理及桩基施工技术》
桩基大溶洞处理施工总结
2008-6-5
17:57
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一、桩基概况
广清高速连接线主线高架桥97#-A桩桩基设计直径200cm，设计桩长43.7m，嵌岩桩基础，混凝土标号为C25.
二、地质情况
根据地质勘察报告资料，该桩地层由上而下为素填土、耕植土、淤泥、粘土、全风化粉砂质页岩、全风化炭质页岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩、溶洞、微风化含炭质灰岩。该桩有四层溶洞呈串珠型分布，上面三个溶洞较小，分别为0.8m、1.2m和1.2m，最下一层溶洞高度为9.1m，四层溶洞总高度为12.3m，溶洞内均为软塑状粘土全充填。
三、施工方案的确定
针对该桩溶洞较大且呈串珠型分布，施工技术难度较大，该工程又为市重点工程，我公司从严把质量关，确保工程进度，确保施工安全考虑，把该桩做列为重中之重并按设计要求作相关施工监控。专门组织所有技术人员讨论、研究方案并学习有关溶洞处理方面的知识。根据该桩溶洞情况，溶洞内全为流塑状粘土全充填，溶洞位置较深，最后确定先采用冲击钻成孔，投放抛填物的方法处理溶洞，后考虑采用下放钢护筒的方案。
四、施工前的准备
1、人员组织
项目部专门组织有关技术人员研究学习有关溶洞处理的措施，并且成立了溶洞处理应急小组。施工现场派4名技术人员分两班在工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。项目部还组织桩基队钻机机长学习溶洞处理的知识，使他们对溶洞处理心中有数。总之，在人员组织方面，明确分工，各负其责。
2、材料准备
片石100m3，粘土20m3，水泥10T，编织袋200条，钢护筒30m.
3、机械配备
装载机40型一台，16T吊车一台，小斗车10辆。
五、施工过程控制
该桩护筒顶标高为11.005m，设计孔底标高-35.5m，应钻深度46.505m.采用冲击钻成孔，钻头直径2.10m（加大钻头直径，使成孔直径不小于2.1m，为下放钢护筒做准备，钢护筒直径2.09m），钻头质量4000Kg，后换为7000Kg原装钻头。本桩1月1日开钻，1月16日穿过最后一层溶洞，钻孔深度40.1m.
上部松软地层厚度9.29m，钻进速度较快。泥浆颜色灰黑色，且有臭味。上面两个溶洞较小，分别为0.8m和1.2m，中间间隔只有10cm，两溶洞已基本联为一体。钻头钻至最上一层溶洞溶顶以上0.6m时，向孔内抛投片石高度0.5m，以平衡钻头，防止穿破溶洞时出现孔斜。冲程控制在0.8m，平稳冲砸。经仔细观察钻头穿破溶洞后钢丝绳无摆动，孔位无偏斜。钻进溶洞后，无漏浆，钻头进尺稍微加大。为保证固壁良好，向孔内投放片石1.5m，以0.6m的小冲程钻进，钻进1m后，再次投放片石1.5m，其中夹杂投入粘土，钻进时进尺较小，遂加大冲程至1m，钻进过程中无异常现象发生。溶洞内钻进时，泥浆比重为1.6.
第二层溶洞与第三层溶洞之间为5.4m的微风化含炭质灰岩，岩质较硬，进尺慢，钻头损坏严重。我部及时进行调整改装钻头（质量4000Kg）换为7000Kg的原装钻头。第三层溶洞穿破后，未见漏浆现象，由于该层溶洞较小高度只有1.2m，钻头穿破溶顶后随即向孔内投放片石1.5m，并用0.6m左右的小冲程反复冲砸以固壁。钻进过程中无异常。
第四层溶洞最大，溶洞高度为9.1m，溶洞位置在孔深31m至40.1m之间。钻头进入溶洞后进尺加大。泥浆有轻微漏浆现象，随即提出钻头，向孔内投入片石及粘土，厚度1.5m，然后以0.6m的冲程冲砸。进尺1m后泥浆由灰黑色渐变为黄褐色。根据地质勘察报告溶洞内全为黄褐色粘土充填，实际地层与设计相符。由于该层溶洞大，抛投的片石大部分取用大直径片石，尺寸25～40cm.溶洞内没有发现大量漏浆现象，粘土未装袋抛投，只是夹杂于片石内投入。该溶洞处理时，均采用每钻进1m投放片石及粘土1.5m重复钻进的方法。溶洞内泥浆比重始终控制在1.6以上。施工过程中由于钻头质量较大，钻机主机出现一点故障，中间间隔了一段时间。9.1m溶洞处理历时5天。
四层溶洞处理时，泥浆比重均在1.6以上，泥浆未加水稀释，只保持循环，浓度较大。
六、处理效果
该桩从开钻到穿过最后一层溶洞，历时16天，钻孔深度40.1m.其中溶洞处理共耗时7天，溶洞总高度12.3m.溶洞处理抛投片石共计75m3，粘土18m3.我部采用抛填片石及粘土的方法，成孔质量良好。钻进过程中无塌孔、吸钻、埋钻及卡钻现象。钻头上下自如，无孔斜、缩孔现象。
七、混凝土灌注
混凝土采用垂直导管法进行灌注，采用商品混凝土并派实验人员前往混凝土厂家进行质量控制，根据灌注情况随时调节混凝土性能，较好的满足了施工需要。现场由专业工程师控制灌注进度并根据地质情况控制埋管深度，保证成桩质量。当灌注到溶洞位置时保持较大的埋管深度，防止混凝土由于挤破护壁后突然下沉，造成断桩。施工过程中保持埋管深度不小于5m，没发现混凝土面下降现象。但当灌注到溶洞位置时，混凝土面上升缓慢，尤其是孔深35m～33m位置时，平均每上升1m需要混凝土8m3左右，混凝土浪费严重。但翻浆正常，下料顺利。灌注完毕后，混凝土方量比设计多出60m3.
八、体会和心得
1、钻头钻至溶顶时，为防止由于溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而出现斜孔，除采用抛填片石平衡钻头外，也可采用质量较大的钻头处理。
2、溶洞处理时，速度稍微放慢一些或稍停一段时间，可促使片石和粘土的固结利于固壁。
3、充填物的溶洞采用抛填物的方法处理是可行的，但为了避免发生缩孔，可采用大块片石。
4、溶洞内泥浆浓度要大，比重不小于1.6.
5、如孔内泥浆不是大量流失，粘土可不装袋投入。
6、因溶洞内为流塑状粘土，即使孔内不漏浆，为加大泥浆浓度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土3:1的比例加入。
7、当处理住漏浆时或到达溶洞位置但不漏浆，要向孔内抛填片石及粘土进行固壁，小冲程反复冲砸，使抛填片石充分挤入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量过大，保证成桩质量。