我国岩溶地区桥梁桩基施工方法
2010-12-01
1、工程概况
此特大桥位于南方某镇全长5321.3m，设有164个墩（台），1334根桩，根据设计地质钻探资料显示，溶洞桩有507根，均为柱桩，嵌入弱风化灰岩。桥址所处地质岩溶极为发育，地质情况复杂，溶洞大概可分为一般溶洞，葫芦串型溶洞，特大型溶洞。以充填溶洞为主。本桥环境水具有中等侵蚀性，环境土具有弱酸性腐蚀。
2、施工方案
由于桥址所处地质岩溶发育，各工点情况不尽相同，溶洞充填物一般为软塑状或松散等物，所以钻孔施工过程中容易出现漏浆、塌孔、卡钻等事故，造成施工困难，所以在施工中必须熟悉各工点的具体情况，选择合适的施工方法，以保证施工质量、安全和顺利进行。
2.1施工准备
根据现场实际情况平整场地，做好钻孔施工平台。墩位溶洞较复杂的，泥浆池尽可能大些，尽量能满足储备单根桩的泥浆量。结合现场地形状况，铺设给水管道，鉴于墩位溶洞复杂情况，在附近备好漏浆回填所需的黏土、片石（长边15cm左右）、水泥，以便漏浆时能迅速补给避免孔内发生大面积坍塌。研究墩位地质情况，决定开孔顺序，做好技术交底，提出保证工程质量和施工技术安全的技术措施。根据地质岩溶节理裂隙走向，溶洞的大小、多少、岩面的高低等条件进行，一般由深到浅、由多到少、由大到小的原则确定，有利于及时封闭溶洞，隔断通道。对特大型溶洞或者地质较复杂溶洞，制定好具体的处理措施，备足材料，经过研究，采用高压注浆方法加固，注浆时选择外围侧桩。对溶洞形状较复杂和多层溶洞，要提出地质钻孔资料，做好确保施工质量和安全的技术措施，在开工前向工班做好技术交底。
2.2施工工艺
2.2.1钻机选择
（1）回旋钻机。优点：成孔速度快、清孔快，护壁效果好。缺点：钻头提起慢漏浆后容易埋钻，穿过溶洞时容易偏孔。
（2）冲击钻机。优点：钻头提起快，纠偏孔容易，适合于所有岩层。缺点：穿过溶洞时容易卡钻，过黏土层容易糊钻。经比选，采用冲击钻机成孔，对溶洞的处理也较方便。
2.2.2护筒埋设
一般桩位，护筒长度达到2.0m即可，河沟边护筒须穿过河沟床。对塌孔全回填后重新开孔桩，护筒根据实际情况适当加长到3.0m～6.0m，埋设时护筒外缘采用黏土回填密实。对地质较差的情况，开孔时可加些泥块和片块，冲击加固护筒刃角。
2.2.3成孔
开始钻孔时。宜采用小冲程，使成孔坚实、竖直、圆顺。对继续钻孔起导向作用。钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击，冲程以2.0m～3.0m为宜。但在下列情况时，应采用2.0m以下的中低冲程。①在斜面开孔及在护筒内和在护筒刃脚以下2.0m～3.0m范围内钻进时；②在停钻投泥重新开钻时；③当遇到局部砂层或溶洞时；④在抛石回填重钻以及在处理特殊情况时。
在岩溶地区由于地层情况复杂，钻孔时应对不同的地层采用不同的冲击方法，以保证钻孔质量和钻孔的顺利进行。
（1）在卵石层中，泥浆比重应在1.4左右，以加强护壁和防止渗漏。冲程可以较大，以便破碎卵石。
（2）砂层或淤泥层中冲击时，应投黏土并掺人小片石，采用小冲程冲击，将黏土和片石挤进孔壁加固。遇有流砂现象时，应增大泥浆比重，提高孔内压力，并投黏土块和小片石，采用小冲程。
（3）在溶洞中钻进，由于桩孔进入溶洞范围内，溶洞不是整齐的，顶板和底板犬牙交错，高低不平，钻进溶洞顶板及底板都存在一个斜面开孔问题，因此必须采取相应措施。根据地质柱状图掌握钻进标高或冲击声判断，钻进接近顶板0.3m～0.5m时应控制冲程在1.0m以内。空洞内钻进须分层面填黏土坯和石块，经反复冲砸形成泥壁，堵塞原洞内填充物的活动通道，防止孔壁坍塌和泥浆流失。钻头在洞内冲击高低不平的岩面时，或一面有岩，一面悬空时，容易造成卡钻或斜孔事故。纠偏方法是抛填片石和黏土坯或用低冲程打密，反复循环多次，保证冲孔质量。
（4）对于特大型空溶洞或半充填的溶洞，采用内套护筒隔离上部松软地层的方法进行处理。采用长护筒时，护筒与岩石面接触处的造壁处理。如打入岩面的钢护筒刃脚只有一点或几点接触岩面，在护筒刃脚下，用10cm～15cm边长的片石和黏土，以低冲程反复冲砸，挤压泥石堵塞溶洞，形成坚实的泥石壁，保证施工过程不坍不漏。钢护筒准备通过溶洞时，先用钻头冲击若干次后再将钢护筒打至下一层的岩面。为防止掉钻头，要求每班检查1-2次钢丝绳、卡扣、滑车、钻头、卷扬机等机具设备，若发现钢丝绳在同一旋距内断丝超过2根，则应予更换，其他机具发现问题应及时处理或更换。在钻孔中，必须随钻随取样。钻至设计标高后，及时清孔，尽量减少孔内沉淀，便于再次清孔。清样、投片石及黏土坯数量要做好记录，钻进资料应齐全完整，并有岗位负责人签字。冲孔到设计标高时施工单位要立即检查孔位、孔深、孔径、孔形、斜度，确认满足设计要求后填写钻孔记录表，经工点技术负责人签认后，方可进行下道工序。
2.2.4清孔
在钻孔距设计标高10cm时就开始清孔，第一次清孔时就清干净岩样，待下完钢筋笼后再次清孔时方便快速，以能感觉到孔底岩石为完毕。对多次坍孔的情况，以孔底干净为主，对孔较深难以清干净时采用加双泵或加压的措施。
2.2.5安装钢筋笼
钢筋笼主筋接头采用单面搭接焊，每一截面上接头数量不超过50％。加强箍筋与主笳连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装符合要求，钢筋骨架的保护层厚度由厚7cm的圆形C30水泥砂浆垫块来保证，砂浆垫块按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周布置6个。使用16t汽车吊装钢筋笼。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。
2.2.6灌注水下砼
水下混凝土坍落度采用180mm～200mm，灌注混凝土开盘后，首批连续人孔混凝土量。必须满足导管底节埋人混凝土深度不小于1m.水下混凝土应连续灌注，不得中间停顿。在灌注中，要根据灌注速度提升导管，但导管埋人混凝土的深度，不得小于2m，并不宜大于6m.水下混凝土灌注面：应高出桩顶设计标高0.5m，以便清除浮浆，确保混凝土质量。
2.2.7质量检测
所有钻孔桩桩身混凝土质量均进行桩基无损检测。按设计要求在钢筋笼安装时预埋声测管，成桩后进行超声波检测。对质量有问题的桩，钻取桩身混凝土鉴定检验。
2.3成桩出现问题及处理措施
由于本工程不良的地质状况。必须针对成桩过程中有可能出现的意外情况，采取以下必要的预防及处理措施：
2.3.1挖孔桩混凝土护壁底部碎石层坍孔
（1）发生原因：挖孔至碎石层时，地下水冲刷严重，碎石土局部垮塌。
（2）采取措施：钻进前向孔内回填做成球状的优质黏土团夹部分块石2m-4m，钻机小冲程反复冲砸，在混凝土护壁底部形成紧密不塌不漏的可靠护壁，同时将泥浆调黏，比重调升至1.6左右。
2.3.2钻进过程中漏浆
发生原因：钻孔桩位有溶洞。
采取措施：①在孔口附近备足优质黏土、片石，当出现漏浆现象时，立即用挖掘机向孔内回填黏土，必要时向孔内投入整袋水泥进行堵漏。②如漏浆数量有限，在回补浆液后浆面恢复，则表示遇到的是不连通溶洞，若进尺正常，则表明溶洞较小，可继续钻进；若进尺突然加快，则表明遇到较大的填充物不密实的溶洞，向孔内抛填片石和团状黏土反复冲砸，使孔周围形成完整的护壁，继续钻进。③如漏浆数量较大，回补浆液后，孔内浆面不回升，则表明遇到了连通的地下溶洞，采用向孔内抛填片石和团状黏土，再反复冲砸的办法进行堵漏，直至浆面不再下降。④如判断溶洞较大，溶洞内无填充物或填充物较少时，可选择向孔内放入固定的钢管，钢管上置碎石料斗，向洞内灌入碎石，投料时振动钢管以防止堵塞。注浆时注浆管必须插入填充物底部，边注浆边缓慢提升。为防止浆液流失太远，可采用间歇注浆方式，注浆10天后可进行钻孔。
2.3.3卡钻
（1）发生原因：①原有混凝土护壁碎裂、脱落；②碎石层中或溶洞填充物中碎石下落；③钻头击穿溶洞顶部；④出现探头石梅花孔、溶洞、溶槽等。
（2）采取的预防处理措施：①为防止挖孔段混凝土护壁脱落而造成卡钻，在起钻、下钻过程中慢起慢放；②为防止碎石下落造成卡钻，在穿越碎石层、溶洞时，向孔内抛填熟黏土团，同时调高泥浆比重；③当钻进至较大溶洞顶部时，改用小冲程冲砸；④准备钢轨焊制的小钻头，在出现卡钻时，用小钻头冲击，砸碎卡钻物体；⑤如已发生卡钻，应仔细分析原因，以免越卡越紧或发生掉钻。
2.3.4斜孔、弯孔
（1）发生原因：由于溶洞的存在、断裂带或其他原因，地质不均匀。
（2）采取措施：随时观察钢丝绳的位置，如发生偏移，表示已发生斜孔，如倾斜度在规范允许偏差内，可继续钻进，如超出规范，则采取向孔内反复回填片石，反复修孔。
2.3.5清孔过程中漏浆
（1）发生原因：清孔过程中较稀的泥浆冲洗，可能使原先被堵上的溶洞重新漏浆。
（2）采取措施：①测量孔底沉碴厚度，若沉碴明显减少，则表明漏浆位置处于孔底，该层不宜作为持力层，则按上述第四条情况处理，继续钻进，直至下一岩层内50cm；②若漏浆数量有限，可继续清孔，正常施工；③若漏浆无法回补满，孔内沉碴厚度无变化，则查看原有钻进记录，判断该孔在哪个深度上漏浆，采用回填团状熟黏土至溶洞以上，冲击堵漏，直至正常；④若无法堵漏可采取桩内预埋压浆管，采用桩底后压浆技术处理孔底沉碴。
2.3.6灌注过程中漏浆
（1）发生原因：原有的溶洞堵口又被比重较大的混凝土压破。
（2）采取措施：①灌注现场始终保持两辆以上的罐车待灌；②在灌注混凝土时，始终保持孔口以上导管长度5m左右；③若遇灌孔时漏浆，则将导管随浆面同时下放，保持导管埋深；④若出现大方量超灌，且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暂停片刻，再进行灌注；⑤灌孔前通知混凝土供应商保证混凝土供应。
2.4施工过程中技术措施
2.4.1钻孔过程中发生漏浆
发生原因：本工程施工过程中多次发生了连续漏浆现象。深度达4m～12m左右。钻进过程中发生漏浆，极易导致碎石层和强风化层发生坍孔，进而危及行车和现场施工人员机械的安全。
采取措施：根据实际漏浆情况，采用应急预案在最短的时间内对桩孔进行回填处理，再反复冲砸，有效地解决了漏浆问题。
2.4.2卡钻
发生原因：施工中出现了卡钻现象，分析原因主要是碎石层护壁不够牢固，导致个别大孤石滚落造成卡钻。
采取措施：根据钻进记录显示，钻进过程中在碎石层中曾发生过偏孔现象，因此推断孔位位置有较大孤石，而卡钻位置又与偏孔位置基本一致，因此根据应急预案采用钢轨制小钻头反复冲击的方法，将大孤石卡钻部分砸碎，解决了卡钻问题。
2.4.3清孔时发生漏浆
采取措施：现场采用向孔内补充浆液的方法，但泥浆面一直稳定在孔口下6.5m不上升。遂向孔内回填10m堵漏，并反复冲砸，仍不成功，此时孔底沉碴厚度为34cm。在用捞碴筒捞碴后，仍不满足柱桩桩底沉碴厚度要求。在报经设计及监理同意后，采用沿钢筋笼埋设2根压浆管，待混凝土灌注结束2天后，向桩底压入水泥浆的方法处理。
2.4.4水下混凝土灌注过程中漏浆
本工程右幅某桩设计孔深27.49m，钻孔过程中在孔深22.5m处发生漏浆，漏浆高度7m。灌注水下混凝土时，当混凝土面高度到16m时，突然发生混凝土漏失，混凝土面从16m迅速降至21m左右。
采取措施：由于事先做好了应急准备，混凝土漏失后，立即将导管随浆面下插，并连续进行混凝土灌注，避免了断桩事故的发生。
2.5施工安全注意事项
（1）钻架的滑轮要灵活（应采用滚珠轴承，滑轮直径不小于绳径的18倍，严禁使用轮缘已破损的滑轮）。
（2）钢丝绳要勤检查、勤保养，断丝超过规定值的要及时更换。钢丝绳的卡子要经常检查，松动的卡子要及时补拧。
（3）起落钻头速度应均匀，不得突然加速，避免碰撞护筒和孔壁。
（4）施工中要注意：风、水、电安全可靠，井孔周围清洁整齐，有足够的照明，交通道路的脚手板、防滑栏杆等平顺牢固。
（5）出现漏浆时，钻头要迅速提起，以避免后来提起时出现塌孔拉翻钻机。
（6）对工人应进行安全教育、操作规程教育，严防发生工程质量和人身事故。
