超长溶洞桩基施工技术的探讨

魏志强

(中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西 九江 332000)

围绕超长溶洞桩基施工中形成稳定孔壁难;钻进进度慢，周期长;在清孔及灌注水下混凝土过程塌孔、穿孔风险大的三大施工难度。我们对上述问题作了仔细研究并取得了一定成果，为同类型钻孔桩的施工提供了有益参考。

1 工程概况

沪昆客专是国家规划建设的“四纵四横”铁路客运专线网的主骨架，是一条线路里程最长、影响范围最大、经过省份最多的东西向客运专线。跨谭邵高速公路特大桥主跨距谭邵高速韶山出口约2 km，跨谭邵高速公路特大桥主墩基础按照上下游分体式设计，17号，17’号位于高速公路东侧，18号，18’号位于高速公路西侧，每个桥墩均设置8根直径1.8 m钻孔桩，上部结构为90 m中承式异型拱。

17号，17’号，18号，18’号共4个主墩桩基础均位于岩溶发育地区，设计桩桩长100 m～125 m，平均桩长120 m。17号墩粘土覆盖层较厚，最大达到37 m。桩基溶洞呈连珠形式，平均需穿过15层溶洞，最多为20层，平均累计溶洞高度43.5 m，最大累计溶洞高度58.4 m。大部分溶洞无填充物，含有巨型溶洞，最大溶腔高度为17.5 m。溶洞在墩位处基本为全连通，在地质勘探时还发现与600 m外的狮山村水井连通，溶洞内有探头石。

2 超长溶洞桩基施工难点

1)桩基溶洞多，各溶洞无填充且互相连通，同时墩位临近高速公路，形成稳定孔壁确保钻进不塌孔，确保成孔质量难度大;2)桩基最长桩长达125 m(孔深135 m)，加快钻进进度控制成桩周期难度大;3)成孔后清孔及灌注水下混凝土过程中不塌孔确保成桩质量难度大。为此，我们对上述问题作了仔细研究，为同类型钻孔桩的施工提供参考。

2.1 形成稳定孔壁确保成孔质量

下放钢护筒对松散的覆盖层通过自身刚度形成稳定孔壁;水玻璃注浆体通过固结填充等形式对无填充和半填充溶洞形成有一定强度的人工护壁;片石黄泥填充挤压对全填充溶洞形成较稳定的人工护壁。具体叙述如下:

本工程临近高速公路，桩基距离高速公路最近为8.5 m，钻孔桩形成稳定的孔壁不仅是钻孔的需要，同时也能确保高速公路不会因孔壁坍塌造成路基下沉。因此我们采用了综合处理方式:

1)开钻前，在承台周围及桩身钻孔对无填充或者半填充溶洞预注水玻璃浆，可以有效隔断溶洞，固结桩周土体，形成稳定孔壁。2)所有钻孔桩在开孔后，采用护筒跟进至嵌入稳定的岩层2 m。可避免因钻孔桩泥浆流失后形成孔壁负压造成局部坍塌，防止高速公路路基局部下沉。3)钻进过程中采用片石、黄土回填处理部分全填充或者局部漏浆的溶洞。采用片石、黄土回填后反复冲砸至挤密孔壁，可进一步加强孔壁稳定。

2.2 加快超长溶洞桩基冲击钻，缩短成孔周期

施工过程中采用泥浆分离器等设备加快泥浆循环清渣以提高进度;采用自动操作装置代替人工提高效率，减少误操作，提高进度。

常规冲击正循环钻机在钻进超长溶洞桩基时成孔慢的主要原因有以下几点:

1)配套泥浆泵等设备对于泥浆浮渣的作用有限，造成清渣慢，孔底易板结。

2)孔深后主绳难以有效使钻头转动灵活，容易形成十字槽卡钻。

3)全填充溶洞处岩石软硬不均，易造成冲击钻头偏孔，严重时卡钻。半填充和无填充溶洞处易发生卡钻，有时还会因空打断绳后掉钻。

针对这些问题，我们从改善换浆设备，控制冲程，加快冲击频率等方面进行改进:

1)配置ZX200型泥浆分离器，在钻孔过程中及时清渣，同时设置配浆池，有效提高了循环清渣的进度。

2)对钻机安装自动操作装置。微机控制的自动操作装置通过检测和控制钢丝绳的松弛量实现自动冲击。在冲击开始前，首先设置钻机冲程和松弛量，然后由微机发出闭合液压离合器控制信号，使卷扬机开始正转，并记录转筒初始转角位置，在转筒不断转动的过程中，不断采集记录转筒转角位置，当钢丝绳拉紧时微机将此时转角信息与初始转角信息比较，修正钻头提升量。当钻头提升达到提升量后微机控制将离合器打开，在冲程达到设定冲程后离合器闭合进行下次冲击。在主绳达到冲程仍未出现松弛时系统会自动锁死停机，防止钻头下落过大。在实际操作中，我们设定1.2 m冲程，冲击频率达到15次/min，比常规冲击钻机7次/min～8次/min，冲击效率有了极大的提高。使用自动控制后，主绳松弛量极小，主绳基本处于收紧状态，钻头摆动小，扩孔率小。在击穿溶洞顶面后未出现松绳过多而卡钻。钻头在孔底停顿时间极短，使钻头及孔底段泥浆保持转动状态，也避免了出现十字槽。

2.3 优化配合比

选择高性能混凝土;钢筋笼对应溶洞处外包钢筋网片，有效减小混凝土对孔壁侧压力，避免孔壁压穿，确保成桩质量。

混凝土配合比优化后，在保证强度和耐久性的前提下，和易性优良，缓凝时间12 h满足灌注要求。

在钢筋笼加工时，针对超大溶洞，在对应钢筋笼位置外包一层3 cm×3 cm网眼的钢筋网片，网片包裹外径同桩径。外包网片按钢筋笼分节设置，施工方便，有效减小混凝土灌注过程中混凝土对孔壁侧压力，避免孔壁击穿。

3 桩基施工方案

3.1 总体施工安排

由于桥位岩溶形态复杂，溶洞互相连通，孔深最大达到135 m，采用10 t以上的卷扬机，钢丝绳采用φ28钢丝绳。本地区岩石强度较高，钻头重量应保证在6 t以上。开孔时根据地质资料确定合理开孔顺序。针对桩基临近韶山高速公路，覆盖层厚，溶洞多的难点，采用承台四周注浆封闭预处理，钢护筒防护跟进至岩面，片石、黄泥过程处理相结合的综合处理技术，确保成孔质量，也确保临近高速公路的施工安全。针对桩基为超长桩，尤其是溶洞桩基，孔深后泥浆比重较大，冲击能低，进尺缓慢，磨损钢丝绳;钻头转动不灵活，容易形成十字槽、卡钻的难点采用加重钻头及自动控制装置保证成孔进度。在超大溶段对应钢筋笼位置外包一层3 cm×3 cm网眼的钢筋网片，减小混凝土灌注过程中混凝土对孔壁侧压力，确保成桩质量。

3.2 溶洞桩基施工关键工序

3.2.1 溶洞注浆预处理

水玻璃注浆可以加固溶洞填充物和填满溶洞空间，防止钻孔桩施工时泥浆流失及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇筑等施工工序的顺利完成。在钻孔桩施工时，在承台四周及桩间布置压浆孔进行灌注水玻璃浆，桩身四周孔距按照6 m～8 m布置灌浆孔。注浆时多层溶洞从最上层溶洞开始注浆作业，逐层钻探逐层注浆。注浆时注浆管伸入溶洞底部，边注浆边缓慢上提，对超大溶洞及串通溶洞采用间隔压浆以减少用浆量。

3.2.2 护筒跟进

17号，17’号墩距离高速公路较近，采用钢护筒穿透覆盖层后跟进至稳定岩面以下1 m～2 m的稳定层可以有效起到孔壁防护的作用，也可以避免因钻孔桩孔壁坍塌造成高速公路路面塌陷。

首先利用3 m高，直径2.4 m的护筒开孔，加大钻头直径至2.05 m钻至稳定岩面以下1 m～2 m，采用直径2 m的护筒跟进至孔底。护筒跟进完成后将钻头改成1.8 m把护筒底口冲砸密实，同时内护筒与外护筒间隙用黄土填塞密实后正常钻进至设计标高。

3.2.3 钻进过程中溶洞处理

钻进过程中溶洞处理主要采用片石、黄土回填，反复冲砸至溶洞挤密孔壁，弥补加固注浆处理薄弱段，有效形成稳定孔壁。

回填时针对不同地质情况采用不同比例片石、黄土回填，按先堵后挤的方式处理，控制漏浆，保持孔内水头，再分层回填反复冲砸至不漏浆。

3.2.4 钢筋笼外包网片

在钢筋笼加工时，在超大溶段对应钢筋笼位置主筋焊网片支撑筋，外包一层3 cm×3 cm网眼的钢筋网片，网片包裹外径同桩径，有效减小混凝土灌注过程中混凝土对孔壁侧压力。

3.2.5 自动操作装置安装调整

微机控制的自动冲击钻机减轻操作人员的劳动强度，提高了生产效率。施工时在几台钻机上设置1 m～2 m冲和松弛量进行钻进，比较各地质情况下钻进情况，调整设置最合适冲程。

4 结语

本工程超长溶洞桩基通过一系列的技术手段，达到了安全优质的目标，采用自动化操作装置降低施工人员劳动强度，达到了高效的目标。该项目对于类似项目施工具有一定的借鉴意义。

[1] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.跨谭邵高速公路特大桥〈长昆客专(长玉段)施桥—52A〉设计图[Z].2009.

[2] 《公路施工手册》编写组.公路施工手册——桥涵[M].北京:人民交通出版社，2010.

[3] 任立涛.桩基施工小结[J].山西建筑，2010，36(17):121-122.