岩溶地区水中超厚卵石桩基施工技术研究

胡鹏飞

摘 要：岩溶地质在我国有着广泛的区域分布，研究岩溶地质条件下施工问题有着重要的现实意义。本文主要通过介绍广东省韶关市广乐高速韶关段武江上水中超厚中密卵石及溶洞层桩基成孔技术的研究，并在实践中提出了“三个八”施工工艺，有效地解决了桩基成孔难的问题。

关键词：岩溶地区 “三个八”施工工艺 桩基成孔

1.项目概述

武江大桥位于韶关境内武江上，据现场考察，由于当地人在河床采砂作业，河道中央设计时原为沙洲，现为砂场，且采砂预弃卵石于河床上，形同土堰。

武江大桥水中桩基施工受溶洞、卵石层、裂隙发的影响较大，而且冲孔桩钻进过程中，遇到溶洞、裂隙发育的位置时，泥浆会向溶洞或裂隙处泄漏，泥浆泄漏迅速来不及补给，造成泥浆水头下降，破坏孔内外水压平衡，从而导致卵石层漏浆、坍孔、埋钻、掉钻，严重的会导致水上钢平台塌陷、钻机倾覆，严重威胁施工人员安全。因此，如何确定武江大桥水中桩基施工工艺是武江大桥桩基施工的一个难点，也是确保水上作业平台人员安全的一个重点。

2.冲击成孔过程中事故分析

武江大桥水中卵石溶洞桩基溶洞形式多样：串珠溶洞，填充、半填充溶洞、无填充均有，最大溶洞达9.2m。如何防止漏浆和保证溶洞不坍塌是水中超厚卵石溶洞桩基成孔的关键，其一般出现的问题有：

（1）孔内泥浆水位突然下降，导致互通下沉或偏位；（2）冲进时钻头悬空、偏锤，可出现掉钻、卡钻；（3）溶洞坍塌，可出现扩孔、埋钻；（4）清孔困难，出现清孔过程中塌孔。

其可根据孔内水头的变化判断溶洞的类别，并根据不同的类别进行不同方式的处理：

（1）孔内水头突然下降，且泥浆稠度和相对密度不断变小，补充大量泥浆仍出现下降，这时可判断该钻进区域可能为较大溶洞或是连通式溶洞；

（2）孔内水头下降迅速，泥浆稠度不变化或变化较小，向护筒内补充泥浆可以维持水头，这时可判断该钻进区域可能为半填充溶洞或溶洞较小；

（3）进尺突然加快，孔内水位无明显的变化，有时候提锤而锤自动下沉，这时可判断该钻进区域可能为全填充溶洞；

（4）孔内水位无明显变化，但在冲进过程中出现偏锤，这时我们判断该钻进区域可能进入了岩溶范围，钻锤可能在溶洞的侧壁或顶部。

对于大型、串珠式溶洞桩基采用钢护筒跟进法、改进桩基施工工艺；由于大型、串珠式溶洞采用抛黄泥片石回填在成本和效率上都是非常高的，采用钢护筒跟进，钢护筒全程穿过溶洞，改进施工工艺，能很好的防止出现漏浆情况；

对于半填充、无填充溶洞较小的桩基采用抛填粘土、片石（粘稠剂）方法进行施工，当回填片石黄泥效果不是很明显时，浇筑少量低标号混凝土，在混凝土即将初凝时采用低锤、低冲程冲击，将混凝土挤入桩基孔壁对其进行加固。

3.桩基成孔的关键

3. 1钢护筒施工关键技术

钢护筒每节3m，每冲进3m，钢护筒跟进3m，钢护筒刃脚与冲孔底高度不超过0.5m，因而跟进施工最重要的是保证打入钢护筒的垂直度、中心坐标，确保不会因为钢护偏位导致桩心偏位、护筒倾斜导致护筒跟部挂锤；同时防止跟进的钢护筒在四周压力及跟部岩层硬不同等条件下变形。

（1）针对钢护筒偏位的处理办法

采用精度高的测量设备，严格按照钢护筒设计图纸坐标放样，钢护筒埋设点放样后，应在钢平台上焊接限位装置对埋设钢护筒进行限位；在钢护筒下放后、打设前，对其坐标再次进行测量复核。

（2）针对钢护筒倾斜的处理办法

选用夹口对称布置的振动锤，使锤冲击力的合力作用点更接近护筒中心；在钢护筒安装前，采用定位导向架引导其垂直下沉；在焊接接长时，先纠正下沉钢护筒的垂直度，然后利用导向架固定接长钢护筒，保证接长段的垂直度；

（3）针对钢护筒变形的处理办法

增加第一节钢护筒厚度，在第一节护筒最下端50cm高度内进行加厚，厚度为28mm，同时为了减小钢护筒跟进的阻力，在加厚度段跟部打磨出刃脚；若钢护向跟部下方岩层坚硬或不均匀，采用先冲击后跟进，逐步跟进的办法，防止钢护筒变形。

（4）针对钢护筒跟部卵石层塌孔、挂锤的处理办法

为避免钢护筒底漏浆、钢护筒以下卵石层塌孔，要仔细分析设计提供的地质资料，不同的地质层、不同的桩位，需埋设不同深度的钢护筒，埋设深度应以穿过不良地质为宜；同时在桩击冲孔至护筒跟部时，浇筑少量低标号砼，待砼初凝前利用桩锤将混凝土挤入侧壁对该段孔壁进行加固，起到裹住护筒刃脚防止挂锤的作用。3.2泥浆性能指标关键技术

泥浆的性能是泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反映，是反映泥浆质量的具体参数。泥浆性能及其变化，直接影响着机械钻速、钻头寿命、孔壁稳定和预防孔内问题等一系列钻进工艺问题。泥浆的主要性能有泥浆相对密度和固相含量、泥浆的流变特性、泥浆的滤失性能，以及泥浆的含砂率、胶体率和酸碱度等。其最重要的主要为相对密度、粘度、含砂率。

（1）相对密度

泥浆的相对密度是泥浆与同体积的水的质量之比，泥浆的相对密度增大时，在冲孔中对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁也越趋稳定，悬浮携带钻渣的能力也越大。但是，相对密度过大的泥浆，孔壁上的泥皮也增厚，这就会钻锤产生较大的磨损，造成清孔和灌注混凝土的困难。

（2）粘度

粘度是液体或者混合液体运动时，各分子或颗粒之间产生的内摩擦力。粘度大的泥浆，产生的孔壁泥皮厚，对防止翻砂、阻隔渗漏有利，对悬浮携带钻渣的能力强，对正循环回旋转钻进有利。但粘度过大，容易“黏钻”，影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化的难度，进而影响钻进速度。粘度过小、钻渣不易悬浮，泥皮薄，对防止翻砂、渗漏不利。因此，粘度应能保持泥浆中土颗粒呈悬浮状态，且处于胶凝状态的土颗粒具有一定的抗剪强度，能抵抗孔壁面土颗粒进入泥浆中，而在孔壁处形成泥皮为宜。

（3）粘土

泥浆一般由水、粘土和添加剂组成。由于大部分人员对泥浆中的粘土组成成分不够重视，因此泥浆成分的不合格主要为粘土的选择不当。为保证泥浆质量，一般选用塑性指数大于25，粒径大于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘土制浆。

要求钻进过程中，泥浆指标相对密度应控制在1.3-1.4，粘度20-24s，含砂率<4%，胶体率>96%；泥浆清孔后，钢筋笼下放完毕时间间隔不得大于2h，情况后特别是泥浆相对密度最好介于1.1～1.2之间。（当清孔在2h以内时用原浆清孔（相对密度1.1～1.2之间）排渣效果好，沉淀少，而用减少相对密度的泥浆清孔，排渣效果差，出现了塌孔现象，排渣效果差，沉淀厚，且时间越短越明显。图1为在静止状态下沉渣厚度与时间的关系图： 3.3“三个八”施工工艺的关键技术

“三个八”施工工艺指的是对桩机冲击过程的控制：提锤高度80cm，八个小时的进尺为80公分。

针对孔壁卵石松散程度较高的情况，选用小冲程80公分，有利于减小对卵石稳定性的影响，冲进过程中回填黄泥、片石，然后进行冲进，不断的多次回填冲击，将黄泥片石挤入孔壁，使孔壁更加密实。

为保证三个八施工工艺的实施，要求钻机操作手控制冲击频率、冲击冲程和悬距（冲击频率不得小于40次/min，冲程为0.8m，悬距不得大于0.5m，每次松绳长度不得大于0.5m）。

每冲进20cm，回填粘土、片石50cm（粘土、片石质量比1：0.5），2分钟后再次冲进，共2～3次，循环进行直至钻进冲进80cm为止；如按上述比例与高度施工桩基仍出现继续漏浆现象，增加泥浆的胶体率，需增加回填高度（建议增至护筒底往上1m），必要时抛填水泥（抛填比例为1∶0.2）。

4.取得的成效

大大缩短了成桩时间，水中桩基成孔由原来平均每70天成孔1根桩基缩短为每20天左右就可成孔1根桩基，大大的加快了施工进度；减少了塌孔反复回填成本，大大提高了一次性成孔率和减少了塌孔次数。

5.结语

岩溶地区桩基成孔，特别是岩溶地区水中超厚卵石桩基成孔的重、难点在于地质条件的复杂性和施工过程中的不可预见性太多。要根据不同的溶洞发育情况，选择不同的施工工艺及施工方法。通过实践证明，钢护筒跟进和“三个八”桩基施工工艺结核性应用能很好地解决溶洞地区的桩基成孔的问题。

参考文献：

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