H12-岩溶地区桥梁桩基施工溶洞处理（共3篇）
H12-岩溶地区桥梁桩基施工溶洞处理 篇1
岩溶地区桥梁桩基施工溶洞处理
作者：黄学超 陶磊
单位：中国十九冶渝湘高速公路
H12合同段项目经理部
摘要：本文着重叙述了在岩溶地区桥梁挖孔桩桩基成孔施工中遇到溶洞时造成施工困难的实例分析以及所采取的沉钢护筒护壁跟进钻孔成孔施工方法。
关键词：岩溶地区 桥梁桩基 溶洞处理
一、工程概况
渝湘高速公路H12标位于武陵山区，共有大中桥5座，其中包括一处互通式立交。桥梁桩基桩30%处于岩溶发育区,地质结构复杂,表现在溶洞、裂隙比较普遍,岩面倾斜较大,根据地质资料揭示,溶洞内充填粘土,含碎石、砂且漏水,洞体高度一般在1m 以上,大者达5m ,溶洞分布深度、高度无规律，其中玉屏互通立交A匝道桥5#-7#桩基位于溶溪河岸，岩溶尤其发育。
二、施工方案的选定
根据地质钻探资料,结合附近路基挖方爆破段的地质结构(泥石填充胶结性较好),对于一般的小溶洞，且溶洞内无或者有很少渗水的桩基溶洞，采用同桩基砼标号相同的混凝土进行填充后方进行人工挖孔施工。对于溶洞较大，且洞内不断涌出水和沙的溶洞，决定采用冲击钻孔灌注桩的桩基施工方法,并使用沉钢护筒护壁跟进钻孔,将钢护筒下沉2～3m 护壁,保持水头回填粘土、片石(掺入水泥、锯末)等孔壁自稳能力,保证河床稳定,杜绝孔口坍塌,防止灌注砼的大量流失,成孔把握性大,作业面广。但其中玉屏互通立交A匝道桥5#-7#桩基用冲击钻孔灌注桩的桩基施工后出现塌孔现象，原因为溶洞过大，且溶洞与溶溪河相通，钻孔施工时填的黄土均流向河中，造成泥浆比重下降，导致塌孔。对于A匝道桥5#-7#桩基出现的现象，决定采用沉钢护筒护壁跟进钻孔，钢护筒跟进深度与桩基深度相同，以保证钻孔施工过程中填入黄土不流失及泥浆比重的稳定性。
三、钻孔施工中易出现的问题、原因分析及防治处理 1、裂隙漏浆
裂隙漏浆产生后,难以形成设计桩位的圆孔,表现为扩径或塌孔,严重时将钻机倾倒。（1）原因分析
一般的钻孔桩施工也会出现塌孔等问题。但在岩溶地段这种现象尤为明显。因为岩层表面的溶沟、槽与溶洞相互串通,又与地下水形成 暗流,通过透水性强的砂砾层、卵石层与地下水相连接,钻孔中泥浆比重较大,孔内水压与暗流水压造成漏浆,当钻头击穿无填充物或少量填充物溶洞顶板时,孔壁失去孔内压力,孔内水头急剧下降,外部地下水渗透水压过高而产生动压力,引起孔壁坍塌。塌孔的表现形式也多样化。当护筒下沉与岩面连接不密时,坍塌多发生在护筒底:当钻机击穿溶洞顶板时,仅三四分钟孔内水头下降3～5m深,造成孔四周钢管、方木等落入孔中,护筒也下沉;有时两桩基之间突然下陷深约3m ,直径5m 左右的大坑;有时桩基在施工中,短短2 分钟,孔内漏浆量达16m3 ,补水一下难以完成,造成钻机倾覆。（2）预防及处理措施 A、要求司钻人员对照地质钻探资料检查孔内水头高度,泥浆稠度和孔外水位变化,及时取碴分析,发现异常,及时处理。与普通的钻孔桩所用的泥浆相比,岩溶地段处所需的泥浆质量和比重要加强,其技术指标应符合: 比重: 1.2 ～ 1.4;粘度≮20s;胶体率≮95 %;PH 值> 6.5。优质的泥浆取决于优质的粘土,当缺少优质粘土时,可在泥浆中掺入适量的水泥、锯末,以提高泥浆的胶体率,悬浮能力。黄土水泥按1∶0.3配比,锯末按10 %掺入。
B、进行抛填,将片石、粘土及水泥作为混合物,视漏浆程度反复抛填,冲击一次应1～3m ,到不漏、稳定为止。当漏浆太快散填难以达到目的时,应采用集中抛填将粘土,水泥成袋回填,片石集中填入,要求短时、集中。具体地讲,有可分为两种情况①在溶洞洞体小,充填物多为不稳定土层时,应回填片石以低冲程反复冲砸,使孔底出现一个平台,再转入正常冲击,通过溶洞进入充填地段时,采用泥浆护壁,使用优质泥浆保持洞内水头高度,适时向孔内投入泥块和袋装粘土及少量片石,采用低冲程将填充物挤入洞内及裂隙以加固孔壁防止漏浆或塌孔。②对于洞体较大,填充物为流塑状态时,采用孔口下3～4m 的钢护筒,四周加固,以稳定孔口(对于土质较差的孔口,在护筒下部浇筑35cm厚的砼),孔内选用优质胶土造浆,保持孔内水位高度,在快到溶洞地时,投入片石、泥块、粘土,钻机低冲程冲击,同时观测孔内泥浆的沉降,孔旁备料待填,必要时加入水泥(散或成袋)以加快固结填充,防止漏浆塌孔,有的桩孔需反复数次,才能控制住。
2、偏孔（1）原因分析 因溶沟、溶槽岩面倾斜,顶板厚度不均,加上有孤石等偏孔易出现,纠偏是该种地段最频繁的内容,贯穿于整个过程。
（2）预防及处理措施钻孔时每进1～2m 便自检一次,如发现偏 孔提出钻头,抛入片石1～2m 厚以低冲程冲击,一般便可纠正。如反复抛填仍难以纠偏时,需清孔后用C25 级水下砼(掺早强剂)灌注1～1.5m ,待强度达到70 %时再继续钻孔。
3、卡钻、掉钻（1）原因分析
一方面由于岩面倾斜,溶沟、溶槽挤钻,而钻头转向装置不灵活产生梅花孔而卡钻。另一方面因地质构造复杂,判断失误也易造成卡钻。在 处理卡钻时,钢丝绳断或钻头挤死无法打捞而形成掉钻。（2）预防及处理措施
在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝及钻头直径磨损程度。在钻头上焊上角钢穿钢丝绳、引套等处理卡钻效果较好。一旦发生卡钻、掉钻, 可以利用钢丝绳或引套将钻头轻轻提出。若无法提出钻头,可视具体情况处理。如有一桩基,只差20cm 便可成孔时,钻头掉入溶槽中,据地质勘探,下部已达到完整岩层,所以采用回填1m厚片石大冲击,并测其沉降量,直到达完整岩层且无沉降为止。
4、断桩（1）原因分析
A、在岩溶地段由于溶洞相互连通,灌注时难以测出混凝土数量,使水下砼流失无法估量,如有一桩基,设计灌注为20.52m3 ,实际灌注为 60.23m3 此时容易造成断桩。B、灌注时的混凝土配合比不合理或石子的 级配不合理造成离析、板结将导管阻塞而出现断桩。C、灌注水下混凝土时往往由于机具、材料
准备不完善从而造成断桩。如砼拌和机输送设备出现故障而无备用。又如导管接头密封不禁等原因。D、拆卸导管不及时埋管较深。（2）预防及处理措施
A、每次施工前,必须备用一台搅拌机及发电机,并检测导管的密封性,备足砂石料及水泥。
B、分工明确,记录及时,保证混凝土施工连续性。
C、测量混凝土面的上升速度,若上升缓慢必是流失,要保证埋管深度,减少对下部混凝土的扰动。D、混凝土要有合理的级配。
四、结束语
在溶岩地段采用钻孔灌注桩施工有应用面较广,材料就地取材,加快工程进度,提高经济效益,而且质量容易控制等优点。通过这次实践, 初步掌握了一些钻孔桩溶洞处理施工方法,希望能为今后开展这方面的工作起到积极作用。参考文献：无
H12-岩溶地区桥梁桩基施工溶洞处理 篇2
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, 一般选定原则见下表:
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10m m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》.
H12-岩溶地区桥梁桩基施工溶洞处理 篇3
关键词：桥梁桩基溶洞黄泥片石钢护筒跟进
1 工程概况
新建沪昆铁路客运专线贵州段CKGZTJ-5标段由我局和中铁二十四局联合中标，起讫里程DK593+466.41～DK636+589，全长43.089km。
我局管段起讫里程为DK593+466.41～DK623+941，全长30.474km，线路自东向西经过贵州省麻江县、福泉市两个县市。主要工程量：路基4030.73m，占线路总长度的13.15%，区间路基土石方149.24万方；桥梁20座，全长5784.27mm，占线路总长度的19.29%，其中特大桥4座，大桥11座，中桥5座，主跨64m连续梁2联；隧道12.5座，全长20741mm，占线路总长度的67.56%，其中长度大于4km隧道一座（7718m），长度2～3km隧道2.5座（含高瓦斯隧道1座），长度1～2km隧道2座，长度小于1km隧道7座，桥隧比例达到86.85%；预制箱梁200孔（含二十四局45孔）；预制双块式轨枕201km共31.155万块轨枕。合同造价23.187亿元。
2 设计情况
截止2011年11月30日我标桥梁20座到位图纸20座，除10个墩台为进行补勘出图外，共计设计桩基1515根，其中挖孔桩164根；全部桩基共设计黄泥回填10090m3、片石回填8433m3、钢护筒跟进419760kg。桥梁设计大多桩位处存在溶洞，溶洞形状各异，错落无序，溶洞大小不一，埋深差异较大，部分呈串珠状发育，分为充填、半充填或未充填溶洞，充填物主要为流塑、软塑及硬塑状粉质黏土、中粗砂及少量灰岩碎块。下部基岩为灰岩，基岩面起伏较大，岩溶发育，溶沟溶槽发育。地质情况十分复杂，属于地质灾害危险性较大的区域。
3 岩溶处理方案
岩溶地区钻孔桩施工常见问题有：钻机倾倒、塌孔、穿孔、漏浆、斜孔、卡钻等，岩溶地区的钻孔桩施工与普通地区的钻孔桩施工唯一的区别就是解决钻孔桩成孔问题，也就是如何解决溶洞位置钻孔护壁问题。该护壁的质量要求，不但要保证钻孔作业时泥浆不流入溶洞，还要能保证水下混凝土灌注顺利进行。施工初期围绕钻孔桩溶洞问题多次召开技术论证会，也采用过较多的施工方法，如岩溶注浆法、护筒跟进法、抛填片石法经过实践，最后将抛填片石法做为我标段最常用的溶洞处理方法。
截止2011年11月30日我局共计施工桩基881根，随着桩基施工过半和溶洞地区桩基施工的结束。抛填片石法在实践中，操作简单，成本低廉，而且效果明显被广泛应用。下面就抛填片石法的施工工艺进行简单介绍。
3.1 施工准备
除常用的施工场地、机械设备（优先选用冲击钻）、泥浆池外，还需备足片石和黏土（所用片石应坚硬大小均匀、黏土应不含沙粒），准备充足的水源、直径10cm以上的水管和水泵，用于向孔内及时补水。准备装载机一台，用于向孔内投放土石用。
3.2 钻孔
一般情况下以正常速度钻孔并伴有泥浆护壁，当到达溶洞顶板岩层顶部1m和在溶洞处理过程中以小冲程（0.5-1.0m）钻进。在选择桩号施工时宜先短桩后长桩的施工顺序进行。
3.3 击穿溶洞顶板
这是溶洞处理的一个关键工序，存在着地面塌陷、钻机倾覆、钻锤掉落和人员伤亡的安全隐患。
首先，击穿溶洞顶板后，孔内水位迅速下降，钻机司机应立即提起钻头，置放在距离钻孔4～5m的地面上，离开钻机；同时另一人将大水管放入孔口，对孔内补水，保持孔内水头高度；装载机向孔内填土石，土石的比例是1：1，即 1斗片石和1斗黏土填入，回填高度超出溶洞顶面不小于3m，若此时仍在漏水继续回填土石，高度超出溶洞顶面5m左右，等待2h观察地面有无塌陷迹象，若无安全隐患开始下步工作。
第二步，钻机重新小冲程冲孔直至漏水止，开始第二轮回填，如此反复多次直到溶洞段通过且形成挡土墙不漏水为止，进入下步工作。
第三步，挡土墙不漏水不能说明它能承受混凝土灌注时产生的侧压力。实践中发生过2次这种现象，一次是当水下混凝土灌注完成后，混凝土面下沉3.5m，一次是混凝土灌注中，混凝土面急速下降5m，造成断桩，必须重新钻孔施工。实践说明：当完成第二步堵漏工作后，必须反复回填土石，冲孔3次以上，提高挡土墙的抗倾覆能力，满足灌注混凝土时的侧压力。
3.4 穿越溶洞后，按正常速度继续钻孔直到设计桩底。
4 施工现场图片以供参考
参考文献：
[1]高速铁路桥涵工程施工技术指南，中国铁道出版社，2011.
作者简介：张礼伟，男，本科，工程师，河北博野人，研究方向：建筑施工管理。