桥梁施工岩溶地区钻(挖)孔桩的施工方法
2016-10-08
桩基是桥涵施工中一个重要的环节，上部结构的荷载最终通过它传递到大地中，其承载力的大小决定了结构的安全。对于地质复杂的岩溶地区，桩基施工更是一项技术含量高、风险较大的工作。
岩溶地区具有独特的结构特点，一般上部为河流冲积层，岩石经过比较长时间的风化、锈蚀，砂层较厚，质地松软，含水量丰富；下部为泥质页岩与石灰岩的夹层，溶隙发育，有些发展成溶洞，连通性好，地下水发育。
针对这种复杂的地质环境，施工时应进行地质勘探，了解地质钻探资料，熟悉有关技术规范及相应的施工工艺，结合岩溶地区的特点，才能选择适宜的施工方法，保证施工的顺利进行。
确定方案的同时，还应遵循桩基处理的以下原则：
（1）砂层埋置深度较厚，地下水位较深，无不良地质的桩位用人工挖孔方案。
（2）粘土层较厚。泥质页岩层厚、无溶洞的桩选用旋转钻机或冲击钻机成孔。石灰岩层厚、有溶洞不良地质的桩位选用冲击钻成孔。
从泰曲路的施工总结来看，采用挖孔与钻孔相结合的方法是一种比较理想的方法，即上部采用人工挖孔，现浇砼护壁；下部采用钻机成孔的方法。
下面，按照施工顺序，从施工准备、施工组织、成孔后的地质勘探三个方面进行阐述：
l.施工准备
1.l 施工前的地质勘探
首先进行岩溶定位。利用工程物探和地质钻探方法，查明桥址区岩溶分布情况、岩溶发育位置及充填情况。先进行工程物探，依据岩石的弹性差异，在地表人工激发的弹性向下传播，遇到不同的弹性界面时发生反射，折射和透射，利用地震仪记录此波，即可形成地震剖面图。通过研究地震剖面图弹性波场的变化规律，推断出目标体的分布范围及性质、地质构造及形态。为提高定位精度，再对物探推断溶间范围的各个桩位进行地质取芯钻探，以确定该桩的地层岩性、岩
溶位置、大小等地质情况，推断出各层岩土的极限摩阻力，为制定施工方案提供可靠的依据。
根据地质情况不同，桩底承载力与桩侧摩阻力的大小，适当调整桩长，确保桩基的承载力。
桩底：石灰岩承载力≥7500KPa
摩擦桩：
石灰岩桩侧极限摩擦阻力>400KPa
泥质页岩桩侧极限摩擦阻力>120KPa
在地质勘探资料完备后，根据地质桩状图，确定各桩基的施工方案。
1.2 钻孔前的准备工作
钻孔前应做好各项准备工作：桩位测量放样，平整施工场地，布设道路，设置供水供电系统，必备成孔用水、粘土、片石、碎石等材料，制作和埋设护筒，制作泥浆和准备钻孔机具等。
1.2.l 护筒的制作与埋设
护筒有固定桩位、导向钻头、隔离地面水、保证孔内水头高度、防止孔口坍塌等作用。因此，护筒的埋设应牢固坚密，经久耐用，且尽量采用钢护筒。钢护筒一般使用6mm～10mm厚钢板制成，为增加刚性防止变形，可在护筒外侧加焊加劲肋，长度可根据地质条件制成2～8m，内径比桩径大20～30cm。护筒的埋设方法一般采用挖埋法和振动打入法，埋设完毕后。应测量其中心位置是否正确，并测量记录其标高。埋置好的护筒，应用吊环吊挂或焊接在施工平台上，以防
发生坍孔时，护筒沉落或偏斜。
1.2.2 泥浆的制备
当缺少优质粘土时，可在泥浆中掺入适量的烧碱、水泥、锯木屑、片石、草袋等混合材料，以提高泥浆的胶体率和悬浮能力，加强泥浆效果及形成溶洞孔壁封闭环。各种材料选用要求如下：
（1）水泥：在遇到流砂及松散地层的溶洞时使用，以提高泥浆粘度，增强护壁能力。掺入量按粘土：水泥=1：0.2～0.3的比例掺入。
（2）烧碱：按粘土重量的2%-3%掺入。
（3）锯木屑：在粘土中掺入其体积的1%，可提高泥浆的悬浮能力。
（4）片石：溶洞造壁和加固孔壁时使用，尺寸在10-30cm。
（5）草袋：为保证溶洞中堵漏和造壁效果，需用草袋或编织袋装人粘土、烧碱、水泥、锯木屑等混合料投人孔内。
各种材料准备完毕后，将钻机就位固定，准备钻孔。
2.施工组织
2.1 上部人工挖孔
在采用挖孔施工前，根据水文地质条件，遵循因地制宜的原则，选择适当的孔壁支护形式。经过对现浇砼护壁、预制钢筋砼护壁、砖井圈护壁的应用比较，现浇砼护壁实施效果较好，多被采用。现浇砼护壁有三种主要形式：①等厚度护壁；②外齿式护壁；③内齿式护壁。根据不同地质情况，每挖掘0.3～1.2m深时，立即立模灌注厚度10～15cm的C25砼护壁。为加速砼凝结及拆模时间，可掺入速凝剂。为提高护壁的刚性，可在护壁内加设竖向及环形钢筋，采用φ8钢筋。环形筋可每0.4～0.6m设一道，竖向筋根据孔径设置6～10根。
挖孔过程中，排水工作至关重要。挖孔时，孔内渗水量不大时，可人工提引排水；渗水量较大时，采用水泵排水。对于小溶洞、暗流及涌水量的潜水层承压力造成的排水困难，可采用注浆法封堵：在孔底铺20cm厚卵石层，其上安设5mm厚，高于水面的钢板圈，在钢板圈内卵石层上设置2根直径25mm的压浆钢管，其中一根备用。压浆管埋入过顶盖处焊一钢板，主要用于定位及防止压入的水泥浆沿管壁上流。压浆的给进顺序为：泥浆→纯水泥浆→水泥砂浆，砂浆配
合比为1：1。砂浆中可掺入适量早强剂，现场常用1%的水玻璃作为早强剂。各种压浆均以稠度来控制，泥浆稠度控制在2s～6s水泥浆和水泥砂浆的稠度控制在2s～10s动压力控制在0.3～0.5 Mpa，封闭处理48 h后就可进行抽水开挖。
挖孔时，如遇到在桩径外有溶洞、溶槽或溶沟，应用浆砌片石或进护壁进行封堵，以免造成进灌注损失。成孔后，如桩底有溶沟、溶槽，处理方法是清除全部泥土后用C30 砼填满；如桩底遇有石芽，处理方法是将石芽料凿平，且凿入基岩内50cm左右；如遇溶洞，将溶洞顶凿开，清除洞内杂物，用C30 砼填满，桩孔周围用浆砌片石回填或用袋装土回填后灌注进护壁。当然，人工挖孔比较经济，相对的危险性也较高，有些地区也可采用钻机成孔。
2.2 下部钻机成孔
开钻前，应先在孔内灌注泥浆，如孔内有水，可投入粘土，用冲击钻小冲程反复冲击造浆。开孔及整个钻进过程中，始终保持孔内水头高于地下水位1.5～2.0m，并至少低于护筒顶面30cm。
3.成孔后的地质勘探
为了满足桩底承载力的要求，成孔后，还应进行桩底5米的地质勘探，检验桩底的岩石是否达到设计要求，溶洞是否还有扩展。如取芯达不到标准，应当继续地质勘探，根据设计要求而变更桩长，使桩底承载力与桩侧摩阻力满足要求。
实践证明，岩溶地区采用“上挖下钻”的施工方案，经济、实效、成孔率高，是一种比较理想的方法。当然，岩溶地区地质复杂，应当持科学的态度，具体情况具体分析，不可盲目随从。
