斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术_刘汉银

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斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术_刘汉银

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斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术_刘汉银

·桥·梁

斜岩岩溶地质钻孔桩施工技术

刘汉银

(中铁二十二局集团第五工程有限公司

摘

要

重庆400042)

介绍了湘桂铁路客专横寨特大桥斜岩、岩溶地质钻孔桩施工工艺，重点阐述了钻孔桩施工中出现溶洞、斜斜岩岩溶地质

钻孔桩

施工技术

文章编号1009－4539(2011)03－0078－04

岩、地表塌陷等特殊情况的处理方法。关键词中图分类号

U445．55+1

文献标识码

TheConstructionTechnologyofDrilledPileinTiltRockKarstGeology

LiuHanyin

(ChinaRailway22thBureauGroupCo．Ltd．，Chongqing400042，China)

AbstractKeywords

ThisarticleintroducestheconstructiontechnologyofdrilledpileintiltrockkarstgeologyofHengzhaiSupertiltrockkarstgeology;drilledpile;constructiontechnology

Bridge．Itinparticularstatesthetreatmentofkarstcaves，tiltrock，andsurfacesubsidenceduringtheconstruction．

1工程概况

湘桂铁路扩能改造工程南宁至广州铁路在南

处理难度大，设计由路改桥，采用柳南、南广高铁特大桥四线并行的设计创新，跨过该地区。

宁站至黎塘西区段与湘桂铁路扩能改造工程柳州至南宁段(柳南客运专线)四线并行，其重点控制工程横寨四线特大桥分为柳南横寨双线特大桥、南广横寨双线特大桥四线并行，桥长分别为11525．17m、11525．19m。

桥址所在地区位于南华准地台上的广西“山”字型构造区，历经加里东、印支、燕山、喜玛拉雅等多次构造运动，形成多种构造体系，其沉积建造复杂，褶皱、断裂非常发育，对线路有影响的不良地质和特殊地质有:坍塌及滑坡、弃碴失稳及水土流失、岩溶塌陷、采空区地面塌陷。基岩为石灰岩地层，岩溶强烈发育，溶洞多，有的溶洞相互串通，有的溶洞呈多层立体分布，溶洞最大直径达19m，最大深度达45m。

该桥址原设计为路基段，由于岩溶强烈发育，地下溶洞多又相互串通，且分布在不同高程，地基

收稿日期:2010

1228

2技术难点

横寨特大桥354个墩台，在钻孔桩施工已发现

1168个钻孔处于岩溶极发育区域，有259个墩位、

桥址所在区域基岩发育极不平衡，软岩强度不到0．20MPa，硬岩强度超过100MPa。溶洞在平面方向相互串通，且分布在不同高程上，地下水位高，溶孤石、淤泥、杂物夹水等，有300多洞填充物有流沙、

个桩位是一半溶洞，一半斜岩。施工过程中经常出现地面塌陷、钻机倾倒、塌孔、漏浆、偏孔、卡钻、掉钻等技术问题。成孔后的清孔和砼浇筑过程中经常出现塌孔、涌水涌泥、沉渣厚度过大、砼超灌、砼下沉等技术问题。

3．1

钻孔桩施工工艺控制

钻孔顺序

横寨特大桥为四线并行客专桥梁，根据沿线地

质水文情况，按照先南广线后柳南线的原则，再按

2011(3)

·桥

先长桩后短桩，先低位孔桩后高位孔桩的施工顺序。长桩先施工，有利于探明该墩位的溶洞分布情况，及早填充溶洞，截断相邻溶洞之间的通道，防止相互窜孔，加快钻孔桩施工进度。先施工低位桩，可截断相邻溶洞之间的通道，防止高桩位的泥浆渗漏，有利于高桩位的桩基施工。3．2

钻孔施工设备、施工工艺

根据广西南宁地区的地质情况和设计资料，选用大功率的冲击钻机成孔，埋设钢护筒跟进，膨润土泥浆护壁，采用全站仪精确控制桩位。钻孔主要设备见表1。

表1

序号123456789

设备名称冲击钻机泥浆泵汽车吊挖掘机全站仪水准仪孔底沉渣测厚仪泥浆比重仪检孔器

·梁

钻孔主要设备

设备型号2BOS－9T3PNLQY16CAT320拓普康301

S3TJ－1DNB－1自制

备注

选用4t以上的冲击锤

图1钻孔灌注桩施工工艺流程

回填是处理溶洞较快和较有效的方法。岩溶地区进行钻孔时，需在桩位附近备足片石、黏土、水等材料，确保在孔内泥浆流失时能及时回填，补充水头，防止引起塌孔。4．1．1

钢护筒跟进

钻孔前应安装坚固、不漏浆的孔口钢护筒，护筒应比钻头大30～40cm，高出施工地面0．5m，其埋设位置要准确和牢固。钢护筒利用钻机压入，两节钢护筒间的焊接要符合设计要求，不得漏水。钢护筒跟进深度要根据土层深度和溶洞发育情况确定，尽量采用全护筒跟进，并使其长度跟进至岩溶底部岩层。当钢护筒在施工过程中出现倾斜时，应立即停止作业，查明原因进行纠偏。由于溶洞发育地段的岩层分布高低不同，钢护筒继续跟进，势必造成偏位，此时应停止跟进，抛填片石和黏土混合物，利用钻头冲击，堵住溶洞和护筒之间的裂缝，防止漏浆。4．1．2

片石黏土回填

遇到塌孔时应立即提出钻头，应及时将片石、黏土、水的混合物进行抛填，直到不漏浆为止。抛填时利用钻头冲击片石和黏土混合物挤入溶洞及

其裂缝中，堵住溶洞和裂缝，造浆护壁，保证钻孔桩

针对岩溶发育地区的钻孔桩施工，采用钢护筒

跟进、黏土加片石填充、片石回填冲击纠偏等技术措施进行钻孔桩施工。钻孔灌注桩施工工艺见图1。

4钻进施工中特殊情况处理

岩溶发育地区的钻孔桩施工过程中经常出现地面塌陷、钻机倾倒、塌孔、漏浆、偏孔、卡钻、掉钻等技术问题。4．1塌孔、漏浆的处理

在岩溶地区进行钻孔桩施工，经常发生塌孔、漏孔，究其原因:

一是钻锤击穿溶洞顶板，溶洞无充填物或少量充填物时，孔内泥浆突然流失，孔内水头急剧下降，引起孔壁坍塌;二是钻锤穿过溶洞附近区域，外部地下水渗透水压高过孔内泥浆压力，引起孔壁坍塌;三是钻锤穿过溶洞附近区域，孔内泥浆压力过高，引起孔壁坍塌，泥浆严重流失。

·桥·梁

边为岩石，一边为空洞或土草杂物造成的。钻机在

该位置钻孔施工时会产生偏孔现象。4．3．1

回填纠偏

钻孔时要加强观察和测量，发现有偏孔现象要

以免生产严重偏孔，超出规范允许值。及时纠偏，

可在孔内回填高强度的大块片石，改用小冲程冲孔

纠偏。一次纠偏不到位，反复几次回填片石，达到破碎斜面，校正偏孔。对于斜岩岩石强度不大和偏孔不严重的钻孔，采用此办法一般可以解决偏孔问题。

4．3．2爆破纠偏

对于斜岩岩石强度过大和偏孔严重的钻孔，采用回填纠偏效果不明显，或不能纠偏时，可用小型地质钻机在斜岩处打炮眼，深度要深入斜岩3m左右，采用水下控制爆破，破碎或松动斜岩岩面。炮眼的数量和位置要根据现场地质情况确定，同时装药量以炸碎或炸裂斜岩岩面为限，装药量不能过大，以免冲击力过大造成塌孔。钻孔桩孔内进行采用水下控制爆破后，再用冲击钻冲砸斜岩岩面，可达到快速纠正偏孔的目的，不用反复回填和反复冲孔。

未采用爆破纠偏前，使用片石回填进行冲击纠偏;纠偏效果不理想，反复回填片石进行冲孔，冲击钻机工作24h的进度为20～30cm。采用爆破方法对斜岩进行破碎或松动，再冲击纠偏，冲击钻机工作24h的进度可达3～4m，极大加快了钻孔桩施工进度，横寨特大桥采用水下控制爆破法纠正钻孔桩斜孔的有200多个桩孔。4．4地表塌陷的处理

对钻孔桩位置发生地面塌陷，可采用注浆加固、开挖后浇筑砼平台或钢筋砼平台等措施。处理措施要及时、有效，防止地表塌陷导致钻机倾斜，引发机械事故和人身伤害事故。

150、151号墩的钻孔桩施工如横寨特大桥149、

过程中突然产生地面塌陷，在126m×159m范围内地面塌陷成一个大坑，最深达3m，施工便道中断，附近田地塌陷，钻机倾斜。对塌陷区域采用土体回填并碾压实密实，在墩位10～20m范围内注浆加固，填筑钻孔桩平台。239号墩位钻孔到5m处平台塌陷，钢护筒偏位，钻机倾斜。用片石填筑平台处理后，钻孔到

顺利施工。若溶洞过大，或溶洞内水浆处于流动状

态，回填冲孔后易再次发生塌孔，或在冲孔过程存在泥浆漏失现象，可采用强度等级低的砼进行水下砼灌筑，砼顶面要高出溶洞面1m左右，对片石和黏土混合物进行固结，避免钻孔内外压差过大，引起孔壁坍塌。待48h后重新冲孔，钻孔可顺利穿过溶快速成孔。洞，

4．2卡钻、掉钻的处理

在岩溶地区进行钻孔桩施工，在击穿溶洞顶板，穿越岩溶层的沟槽时极易发生卡钻、掉钻现象，或在穿过溶洞附近区域，由于压差的原因引起石块掉落或塌孔埋住钻头。4．2．1

改变钻孔工艺

掉钻的主要原因是锤头击穿溶洞顶板后速度过快，冲击力大引起钢丝绳断裂，或钢丝绳锤头连接处脱落引起掉锤。为避免和减少掉锤事故的发生，应根据设计图纸和锤击的声音变化判断溶洞的位置，当钻孔接近溶洞顶板前，改为小冲程冲孔，或先放小钻头击破顶板，再用标准钻头扩大孔，可大大减少一锤击穿顶板，造成卡钻、掉钻现象，保证钻孔桩顺利施工。4．2．2

提钻和捞钻遇到卡钻时，若钻头可活动，可上下提动钻头，

或用吊车配合钻机，同时交替提动将锤头提出。若不能提出锤头，可用小冲锤在桩孔一侧冲击扩孔或用水下爆破法，小药量震松岩板，提出锤头。

由于石块掉落或塌孔埋住钻头时，不能直接提锤，以免造成掉锤事故。要用小冲锤击碎石块和黏土，再用泥浆泵清孔，降低沉渣量和泥浆比重，顺利提出锤头。

掉锤位置离地面不深时，可放锤钩钩住锤头，再要用小冲锤击碎石块和黏土，用泥浆泵清孔，降低沉渣量和泥浆比重，提出锤头。如果掉锤位置过深，不能钩住锤头，必须请专业潜水员捞锤，潜水员下水前要清孔，降低沉渣量和泥浆比重，防止孔内泥浆压力过大，对潜水员身体造成伤害。4．3

偏孔的处理

在岩溶地区进行钻孔桩施工，经常发生偏孔，主要其原因:一是由于地质构造形成钻孔位置岩石

岩面走向呈倾斜状造成的，二是由于钻孔位置岩石的软硬不同造成的，三是溶洞部分在钻孔位置，一2011(3)

·桥

12m处再次发生塌陷;采用挖机开挖2m后浇50cm

厚砼底板板，再用片石填筑钻孔平台，再进行钻孔施工。

117号墩位钻孔平台塌陷严重，钻孔平台多次塌陷，地基承载力不够，经计算采用80cm厚砼底板，上下两面敷设12钢筋网，再用片石填筑钻孔平台，进行钻孔施工。