岩溶地区钻孔桩施工预防和处理技术

中图分类号：TU74

【摘 要】目前我国桩基施工技术成熟、工艺易掌握；在建的云桂铁路(云南段)经富宁县、广南县、丘北县、弥勒县、石林县进入昆明站；云桂铁路沿线山高谷深、资源匮乏、交通不变，沿线地质构造活动强烈、岩性变化频繁、地下暗河广泛分布、多穿越碳酸盐地层；故桥梁桩基为钻孔桩且多穿越岩溶区，对岩溶区桩基施工的探索为保证工程质量、工程工期和成本投入提供保障。

【关键词】岩溶钻孔桩预防处理

内容：

1 、工程概述

1.1、概况

云桂铁路云南段项目工程，同烘双线特大桥设计起止里程为DK495+922.098～DK496+965.54，双线铁路，设计时速200Km/h(客货)、预留250Km/h(客专)，轨道结构为无砟轨道、跨区间无缝线路；本桥采用简支预制整孔箱梁、运架施工；本桥除21#墩按照摩擦桩设计外全部按照柱桩基础设计。全桥墩台0#～32#共33个墩台；桩基为钻孔桩、桩径为φ1.25m和φ1.50m两种、共340根/6373延米、单根最深桩为48m。

1.2、地质情况

地层岩性：丘北以东广大范围的三叠系地层均为碎屑岩，丘北至昆明间的中三叠系地层则主要为碳酸盐岩；奥陶系地层仅局部可见。第三系在云南各断陷盆地内发育良好，其下部多属红色碎屑岩建造，上部常含褐煤。第四系各类成因的松散堆积物广布全线，以河谷、盆地及低洼地带较为集中，且厚度甚大。

地质构造：广南至丘北段，处于南岭巨型复杂纬向构造带的西段与滇越巨型旋扭构造体系（或称文山巨型旋扭构造体系）的复合部位，构造线由北西向或北西西向逐渐变化为东西向、弧形及北东向。

桥位地质：同烘双线特大桥桩基工程处于第四季冲洪积含碎石黏土、三叠系中统板纳组粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩和三叠系中统板纳组灰岩、泥质灰岩的地层中；桩基处于软粘土、黏土、粉质黏土、砂岩夹泥岩、灰岩和断层破碎带中，桩基穿越多个地层中多为斜层；且地下水位线较高，桩基全部穿越。

2、桩基成孔施工方案

根据桩基础设计技术参数和现场地质情况，在旋挖钻、冲击钻和回旋钻等机械设备中，采用冲击钻机、十字钻头冲击施工；冲击钻机俗称为钻机之王，主要是它能多样地层情况的下的钻孔施工，尤其是岩溶地区的条件，碳酸盐较发育地段。

桩基施工顺序：同一墩台先施工桩底标高较低的桩基础、再施工桩底标高较高的桩基础；先施工无岩溶的桩基础、再施工有岩溶的桩基础。桩基总体布置为“跳打”和“梅花形布置”施工。

施工工艺：测量放样、埋设护筒、制备泥浆、钻机就位、钻进施工、地质取样与核对、桩底标高核对、成孔和验收。

泥浆制备：采用膨润土、水，添加纯碱或羧甲基纤维等制造；机械采用砂浆拌合机；泥浆比重要求为：

3、施工特点与难点

1)桩基础施工中除桩底标高满足设计要求外，还应保证桩底最小嵌入基岩弱风化层(砂岩夹泥岩)不小于4m、基岩弱风化层(灰岩)不小于2m；绘制单根桩的地质柱状图进行确认。

2)每根桩进行地质取样、与设计勘察资料核对，并现场核对地质；

3)不等长桩基础设计的墩台共：7座；

4)同一根桩跨越不同地层的桩基础较多，占总墩台的50%；冲击钻施工难度较大；

5)桩基础跨越岩溶区、存在较多的溶腔、溶槽和暗河，且分布在同一墩台的不同标高处、不同地层中；桩基施工中难于控制和易产生泥浆瞬间流失、塌孔、卡钻、吊钻等安全质量隐患；主要的墩台位如下：

4 、研究岩溶预防和措施技术方案

按照铁路设计要求，对沉降变形有较高的要求；工后沉降不大于15mm、纵向变形折角不大于1%；所以桩基础在岩溶地区、按照摩擦桩和柱桩进行设计要谈情周边和底部的岩溶发育和分部情况；施工过程中做好探测和处理。

4.1、同烘双线特大桥桩基础岩溶分部（9#、31#为例）

4.2、岩溶预防和识别措施：按照设计提供的勘测资料，施工前进行计算和分析溶洞的大小、分布情况、位置、填充情况和材料、串联溶洞的距离和溶洞上下地层的性质，并采用地质雷达仪进行探测确认，地质雷达型号为瑞典玛拉(MALA)探地雷达；通过软件分析形成地质雷达探测图，例如下图。该图较为清晰的探明桩基础位置处得地质岩溶发育情况，为施工提供技术手段。

4.3、溶洞分类：根据设计勘测资料，溶洞分为小溶洞(＜3m)和大溶洞(＞3m)，有填充物多为软塑和流塑黏土，竖向垂直划分为单个和多个溶洞，存在漏水情况。

4.4、岩溶处理技术措施

桩基础岩溶发育段处理的原则“安全高、效果好、速度快”；一般采取抛填片石冲击、黏土加片石或水泥冲击、混凝土冲击成壁和跟进护筒的方式及超前预注浆。本桥根据实际情况制定了一下具体措施，对普通施工工艺进行研究，确保桩基础质量完整、缩短施工周期和减少成本的投入。

1)小溶洞，在桩基施工至标高上时，进行抛填20～50cm粒径的片石、冲击钻小冲程(0.5m～1.0m)施工，缓慢冲击溶洞顶板，达到标高位置处时检查浆液面的变化，并做好补充浆液的准备。

2)大溶洞有填充物，采取黏土、水泥和片石进行回填、冲击；片石和黏土按照1:1进行混合后；先投放水泥、后投放混合物(袋装)，总比例为(重量比)0.5：1:1；反复冲击过程中注意浆液的高度的变化。

3)大溶洞漏浆，首先确定是否为串联即浆液下落一定位置稳定、为无填充物；浆液流失大且不稳定，确定地质裂隙较大；采用片石混凝土进行回填、封堵、密实，先后投放混凝土(袋装)和片石。并确保浆液面高度、防止塌孔。

4.5、同烘双线特大桥9#墩处理过程介绍

○1设计资料审核：5#、6#桩基础桩径φ1.25m、桩长为27m，桩底顶标高为1320.615m和1347.615m；分别在高程1339.53m～1335.83m、1327.73m～1323.43m两处溶洞，高度*宽度为3.7m*6.0m*5.2m和4.3m*6.4m*3.5m，经雷达探测为软塑黏土；○2绘制地质图、确定方案和计算材料量，采用袋装水泥和片石黏土的混合物进行处理；○3冲击钻施工至1341.03m左右的位置改用0.6m左右冲程，顶板击破后发现浆液无大的变化，回填水泥和片石混合物，反复冲击；○4总回填方量为63m3、总回填次数为8次、总用时为32h；○5确定标高穿过1335.8m时、核实浆液无变化，判断已穿过溶洞。○6结论，正常施工。

5 、主要施工关键技术

5.1、前期的地质调查、分析、判断和绘图；

5.2、施工过程中及时进行地质分析、检查泥浆比重和冲程的变化；

5.3、提前准备溶洞处理材料和拌制；

5.4、单次回填的高度和冲击过程中的速率，并及时补充浆液、保持内外浆液平衡；

5.5、处理过程中问题的避免：1)卡钻，被溶腔、溶槽板卡住，不易强行拔钻头，反复旋转钢丝绳并上下提取；必要时采取水下爆破、小药量多次处理。2)塌孔、漏浆，及时回填黏土和补浆处理；3)脱锤，在岩层变化和岩溶区采取慢冲击，并判断冲程大小。

5.6、反复对岩溶区桩基施工，基本确定了回填物的配比，避免使用跟进护筒或预注浆的复杂施工工艺，减少了投入；总结的普通溶洞、溶槽采用混合物回填的配合比如下，为后续桥梁施工提供技术支持；

6 、实施效果

同烘双线特大桥桩基础施工中，完成了对大桥7座墩身、30个主要溶洞的处理，施工过程中未发生塌孔、卡钻等现象，反复回填和冲击钻孔的过程中，及时调整泥浆比重、配合比、调整填筑高度，达到了预期的目的，保证了混凝土灌注顺利进行；最终进行经济效益对比，比跟进护筒施工、超前注浆施工工艺简单、宜掌握；后期桩基无损检测结果：桩身完整、质量合格。

7 、结语

通过岩溶地区桩基础施工的研究和分析，熟悉、掌握岩溶区钻孔桩基础中溶洞的抛填处理办法，能够保证的桩基础的质量、减小了工期和施工成本的投入。

参考文献

桥梁施工工程师手册 人民交通出版社

作者简介：韩光明(1975-7-20) 男 安徽合肥市工程师

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。