铁路桥梁建设中的岩溶地层钻孔灌注桩施工技术

曲冶

（中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京100043）

1 工程概况

新建吴圩双线特大桥全长3 269.02 m，全桥以柱桩为主，采用钻孔桩基础，桥桩基底部为灰岩，地基的钻孔桩地层存在溶洞。桥址区域有较多冲洪积物，地下水位较高，施工时易发生地面塌陷，需要采取有效措施来避免发生塌陷事故。

2 施工方案

2.1 钻孔方式

新建吴圩双线特大桥钻孔灌注桩主要采用冲击钻和旋挖钻长套筒成孔进行施工，冲击钻成孔便于处理溶洞回填冲击造壁，在岩溶地区适用性强。对于岩溶区上岩土层厚的区域，也可在上部非岩溶区域采用旋挖钻或回旋钻成孔，再在岩溶区域采用冲击钻成孔的组合方式，从而提高成孔效率。

2.2 溶洞处理

2.2.1 抛填黏土夹片石混合物处理

抛填黏土夹片石法即在钻锤击破溶洞顶层时，需向溶洞内抛填黏土夹片石混合物，并利用钻锤反复冲砸，将抛填的片石黏土挤向桩孔四周，以形成环向封闭圆台，从而保证钻孔过程中泥浆不流失、浇筑过程中孔壁不坍塌。在此过程中，施工要点主要包括：

1）抛填片石与黏土一般按照1∶1的比例混合，片石强度要大于30 MPa，尺寸约15～25 cm。

2）黏土要有较好的黏性。

3）每次抛填黏土夹片石的高度应至少超出溶洞顶3 m，以5～10 m为宜，反复回填并用钻锤冲砸，直至高锤重击下基本无进尺，再持续冲砸20～30锤，可视为溶洞段填充基本密实，则可开始取渣钻进。

2.2.2 钢护筒跟进法处理

钢护筒是常规法深水钻孔桩基础施工中的辅助措施，作用在于桩基定位、施钻导向、保护孔口和维持孔内水头压力。在岩溶地区钻孔桩基的施工，若处理措施不当，则会造成塌孔；若卡钻、泥浆急剧流失等事故发生在灌注水下混凝土过程中时，就会出现混凝土流失，从而引发断桩等事故。可见，钢护筒跟进在施工作业岩溶地层钻孔桩基施工中，并不具有护孔成桩的特殊作用。

3 施工工艺及方法

3.1 施工准备

结合施工区域的地质资料和土、溶洞的具体分布情况，因存在桩长不等的现状，所以，要按照先长桩、后短桩的顺序进行钻孔施工。但需注意，钻孔作业要等到邻孔混凝土强度达到5 MPa后才能进行。

钻孔桩施工工序：施工准备→测量放样→制备泥浆→埋设钢护筒→安装钻机→钻孔施工→安装钢筋笼→灌注混凝土。

当钻孔灌注桩在钻进作业过程中遭遇溶洞或裂隙地带时，孔内泥浆会在短时间内急剧下降。此时，若未能及时补充水头，则需用片石、黏土等回填物对裂隙带、溶洞等存在空洞和漏浆的位置进行堵塞；同时，还要抬高水头以保证孔壁侧压力增加。这是因为，如果孔壁欠压时间过长，孔壁侧的土层便无法承受周围土层和地下水的侧压力，从而引起埋钻或护筒底部底层坍塌问题，并造成护筒周围地面下沉，严重时甚至还会导致地面产生裂缝。

3.2 工艺流程

3.2.1 平整场地

施工开始之前需提前平整好桩位处的场地，先对地面的杂草、树根等杂物清除后，再利用小型压路机压实。若桩位处于软基地段，则需先进行清淤作业，再利用碎石土回填，最后再进行推平压实。

3.2.2 测孔定位

测量人员要结合设计图纸和现场实际对桩位坐标进行放样，并在此基础上确定桩位，以准确测量桩位中心（必须要反复多次测量、计算所放桩位换手），最终确认无误之后，仍需报给施工现场的监理工程师进行复测，只有待监理工程师复测合格且签字确认，才能开始进行下道工序[1]。

此外，将护桩埋设在桩位的纵横中心线上时，要尽可能确保护桩位置的精确性，以便施工时对孔位随时校验。桩位放样时，要在桩的周围距桩中心2 m处分别设置护桩，方便随时检测桩中心、测定护筒顶标高及控制钻孔深度。值得注意的是，要加强护桩保护，并在其周围竖立警示牌，严禁随意破坏。

3.2.3 护筒埋设

在进行护筒埋设工作前，需提前挖除护筒周围的砂性土，利用黏性土对筒底以下0.5 m的位置进行回填并夯实，再借助定位进行控制桩的放样，将钻孔的中心位置标注在孔底后，再将护筒放进坑内，然后，缓慢匀速移动护筒，使得护筒中心位置和钻孔的中心位置重合，之后将黏土分层回填在护筒周围并进行夯实，以求达到最佳的密实度。

3.2.4 钻机就位、校正和钻孔工艺

在对施工区域进行一定程度的平整夯实之后，才能进行钻机安装。此做法可以更好地避免钻孔时出现钻机倾斜、下陷等问题，进而保障最终的成孔质量。钻机到位后，应固定牢固，钻孔作业开始后严禁挪移钻机。若施工时发现钻机位置偏移，则应在施工间隙对其进行调整，以确保钻锥起吊滑轮缘、钻锥中心和桩孔中心三者在同一垂线上，稳定好钻机和扒杆揽风绳。钻进作业开始前，要重新复测桩位，确保无误后才能施工。本桥施工的地质情况特殊，故采用冲击钻与旋挖钻2种钻孔形式。

钻孔深度达到施工标准及设计要求时，要安排人员利用笼式测孔器和验孔器检查孔深、孔径、孔倾斜度和孔底沉渣量，确认各数值均在标准范围内后，才能清理孔底并开始准备水下混凝土的浇筑工作。

钻孔完成后，必须对孔深、直径和倾斜度进行再次检测，保证倾斜度在1%内。在此基础上，需注意最后进行一次清孔，清理孔内石渣、泥浆，以保证孔内含泥量、含渣量和孔底沉渣均可符合设计及图纸的要求。

3.2.5 钢筋笼、导管的安装及二次清孔

先检测钻孔，确保钻孔内部无明显坍塌及孔壁侧不存在影响钢筋安装的障碍物后，再将钢筋笼吊装至既定空位，利用人工牵拉方式进行对准，尽可能沿着竖直方向轻放、慢放。钢筋笼入孔定位之后，容许偏差应＜5 cm，并使钢筋笼处于悬吊状态。

在地面上需先对导管进行平整对接，对接时应注意对应导管编号。导管直径与桩径及混凝土浇筑速度相适应。导管长度按孔深和工作平台高度决定。导管接头法兰盘加锥形活套，底节导管下端不得有法兰盘。采用螺旋丝扣接头，设防松装置。

将钢筋笼安放到位且在进行混凝土浇筑作业前，需要对孔底的沉淀厚度进行再次检查，若达不到设计要求，则需进行二次清洁，直至符合设计标准为止。

3.2.6 灌注水下混凝土、成柱

在进行混凝土灌注作业时，若发现导管内混凝土未填实而含有空气时，需缓慢、匀速灌入后续的混凝土，不能在短时间内将整斗混凝土灌入漏斗和导管，避免促成导管内高压气囊的形成，从而使其挤出管节间的橡皮垫导致导管漏水。混凝土灌注作业一旦开始，就必须保证施工现场有足够的混凝土，若发现混凝土有流失，则应快速灌注混凝土。

待孔桩灌注完成后，要使用原土对孔桩进行回填，其余桩基础则用预埋声测管声波透射法进行检测。对质量存在疑问的桩，应进行重点反复检测。

4 施工安全及环境保护

1）对施工现场产生的杂物、障碍物进行及时清理运输，所有进入施工现场的工具都要进行安全检查，合格后才能用于施工作业。

2）及时对施工现场场地进行硬化和绿化，严禁抛掷垃圾，积极配合环保部门进行施工区域周边环境的保护，对于施工过程中参与渣土运输的车辆要即刻进行冲洗，防止对路面造成污染。

3）对施工现场的古树应注意保护，若现场施工中发现文物、古迹时，则应立即停止施工并上报有关单位，做好现场封锁、相关物品隔离，待得到有关部门的明确回复后再进行施工。

5 结语

我国国土辽阔，岩溶地貌发育较好，不可能完全绕开岩溶地区进行桥梁建造。只有弄清岩溶的分布、发育规律，认真勘探、勘察并了解桥梁施工现场的地质地貌和环境后，进行精心设计，才能在最大程度上保证桥梁的成功建设和后期运营安全。在岩溶地区设计桥梁并进行施工，难度较大，尤其是要全程跟踪桩基施工的整个过程，还要结合现场的实际情况来进行动态调整和改变，使工程竣工能达到其设计质量的要求。