岩溶地区公路上跨铁路桥梁桩基础施工技术探究

2018-03-15后少平

建材与装饰 2018年7期

关键词：漏浆片石钢护筒

后少平

（中铁二十四局集团安徽工程有限公司安徽合肥 230000）

前言

在桥梁施工中，桩基础的施工安全直接影响着整体工程的施工工期以及工程的质量，而桩基础的施工方式也是国内外比较常使用的基础施工形式。因此，对于铁路桥的桩基础的施工过程中遇到的问题及对策进行详细的研究具有很重要的意义。

1 工程概况

本工程位于皖北地区，为某公路上跨铁路立交工程，桥梁起点公路里程K05+025.4，终点里程为K06+308.6，总长1283.2m。全桥左右分幅，上跨铁路处采用错墩布置。桥台填土高度控制在6.55m以内，全桥孔跨布置为：左幅共 43 孔 11 联，孔跨布置为 2×（4×30）m+（30+35+30）m+2×（5×30）m+（35+35+35+25）m+（25+30+25）+（3×25）m+（25+35+25）m+（5×30）m+（4×30）m简支变连续小箱梁。右幅共43孔12联，孔跨布置为2×（4×30）m+（30+35+30）m+3×（4×30）m+（25+35+30）m+（30+30+25）m+（3×25）m+（25+35+30）m+2×（4×30）m 简支变连续小箱梁。

2 不良地质和特殊岩土

根据地质勘察资料，场地内对工程有影响的不良地质现象主要为岩溶，岩、土结合部是岩溶重点发育部位。大部分为充填型溶洞，局部为无充填型岩溶，并有串珠状溶洞发育；溶洞高度0.1～13.6m，顶板埋深4.1～61.4m，底板埋深6.4～62.5m。本场地揭露岩溶属于浅覆盖-深覆盖型岩溶，溶洞高度0.1～13.6m不等，空洞18处，洞高0.1～3.2m，多数分布于埋深30～50m的灰岩层中，地下洞穴。已完成的184孔钻孔揭露石灰岩，揭露石灰岩总厚度3312.2m，其中139孔揭露溶洞，见洞率75.54%，溶洞总厚度633.4m，线溶率19%。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的岩溶发育程度表可知，桥址区见洞率高达75.54%，岩溶场地条件之一“见洞隙率大于30%或线岩溶率大于20%”时为岩溶强发育，因此本场地可判为岩溶强发育。根据《铁路工程不良地质勘察规程》（TB10027-2012）的岩溶发育强度分级可以看出，本场地岩溶沿断层、层面、不整合面等有显著溶蚀，中小型串球状洞穴发育，地下洞穴系统未形成，地下水有小型暗河或集中径流，判为岩溶中等发育。

3 桩基础在岩溶地区施工的过程中常规问题的对策与分析

桥梁桩基础施工的技术要求较高，特别是在岩溶地质条件下施工，施工难度比较大，除了出现埋钻、卡钻的现象，还经常出现漏浆、塌孔的问题。一旦处理不好这些技术问题，施工工期就会拖延，而且质量得不到保障，为以后的桥梁使用留下安全隐患。

3.1 埋钻

3.1.1 导致埋钻现象的因素

岩溶地质条件下桥梁桩基施工易出现埋钻情况，且处理难度较大。造成埋钻的因素是多方面的，但主要因素是孔壁的坍塌。孔壁的坍塌是因为钻机在遇到溶洞的时候来不及减速，而洞顶比较脆弱，在遇到较大冲击力的时候，整个溶洞就会大面积的垮掉，那么溶洞上面的底层表面就会跟着下沉，遇到这样的情况就很可能导致埋钻。

3.1.2 埋钻预防的措施

①放慢行进速度减小冲击力，同时时刻做好撤离的措施。要预防埋钻现象的发生，在施工进程中遇到溶洞时应减缓进程，利用较小的冲击力通过溶洞。同时，随时做好塌陷的补救措施，提前布置好撤离的准备工作，准备好滑车钢丝绳等拖拉设备，一旦发现情况马上撤离。②发现漏浆马上提钻。如果出现钻孔内浆液面突然下降的现象，就表示出现漏浆的情况，此时应立即提钻，同时向孔内注水加浆等措施。

3.1.3 埋钻处理的方法

①冲刷覆盖物。如果在处理埋钻的过程中，钻具不能拉上来，可以采用冲刷的措施。也就是通过高压水或者空压机把残留的物体冲刷干净。疏通钻孔，才能拔出钻具。②硬拉。如果坍陷面积较大，钻具埋的太深，上面的物体太多，清理工程太大的时候，可以采用一些辅助的设备进行拉钻，把钻具硬拔出来。③采用人工挖掘。如果采取了相应的措施，还是收不到相应的效果的时候。还可以在桩孔内安放钢护筒，放在埋钻的外面。

3.2 卡钻

3.2.1 卡钻原因概括

①钻头的倾斜。若施工人员缺乏施工经验，绳子放的太长，钻头就会倾斜。倾斜的钻头靠近孔壁，导致卡钻的现象发生；②钻头磨耗超限，补焊后下钻过猛，造成钻头卡入孔内；③孔内出现梅花孔、探头石、缩孔等；④击穿溶洞顶板过猛，钻头突然进入溶洞，造成孔型不圆顺，或掉入大空洞中而卡钻；⑤钻进过程中发生少量坍塌，或钻头被落实卡注。

3.2.2 卡钻预防措施

①对施工人员做好技术交底，施工中防止钻头倾斜；②勤于检查钻头磨耗情况，换入新钻头前应将检孔器放入孔底，新旧钻头直径公差一般采用+5～1.5mm，超过标准及时修补；③根据地勘资料，在进出溶洞时采用小冲程钻进，遇到探头石，回填硬度高于孔底岩层硬度的小片石、粘土块的混合物至探头石以上0.5m，小冲程修磨，回填的小片石与粘土顶面要尽量平，片石直径为10～15cm。

3.2.3 卡钻处理的方法

发生卡钻后，不能生拉硬拽，应查明卡钻原因及卡钻标高后制定相应处理措施，以免造成大绳拔断而引起掉钻或造成进一步卡紧的情况。一般宜采用加大上拔力，上下提动及重物冲击等处理方法。

3.3 漏桨

3.3.1 漏浆产生的原因

①钻穿溶洞顶板遇无填充物的大空洞；②溶洞、溶沟、溶槽相互连通，在流动的地下水作用下，造成泥浆流失。

3.3.2 漏浆的处理方法

（1）注水或补充泥浆。观察泥浆的液面高低，发生突然下降的情况，需要及时的在孔内补充泥浆。

（2）在钻进过程中发生，则回填小片石与黏土块，或填充水下混凝土至漏浆孔上端以上0.5m，待稳定或到预定强度后再钻。

（3）在施工中，利用钢护筒避免漏浆的状况时，这时便需要用粘碎石将护筒的各个方面进行填补，累积的最佳高度为1m，另外用相应的方式将其敲打，促使钢护筒更加地牢固。

（4）在施工中出现漏浆的状况后，可对孔内的水压力进行检查，如果检查出的压力不大，则便说明溶洞跟桩孔连接在一起，进而工作人员必须停止钻孔，同时在一些有漏洞的地方用混合料进行填充，接着再根据上述措施进行巩固。

3.4 塌孔

3.4.1 塌孔产生的原因

①遇到穿溶洞、过裂隙时，泥浆突然漏失，补浆不及时，造成孔内静水压力太低，会造成孔壁坍塌。②地下水位高給孔内水造成压力。③泥浆不合格。假如施工使用的泥浆达不到标准，孔壁可能会不坚固，质量不合格的泥浆粘度不够，孔内的负压力产生，也会造成塌孔现象。④护筒埋设深度不够，或回填粘土质量差，易引起护筒底坍孔。⑤钻进时，钻头左右晃动，抽碴下钢筋笼作业等撞击孔壁也易造成塌孔。

3.4.2 预防措施

①根据各类地表层地质情况，埋设不同长度的钢护筒，并夯实周围回填的粘土；②经常保持孔内泥浆面标高高于孔外地表标高；③确保泥浆性能，加强护壁。

3.4.3 塌孔处理的方法

①回填粘土和片石。施工过程中，钻孔的深度不够大的时候，应该用填充物，填充物以粘土和片石为主，填至与空面差不多为宜；②钢护筒安放在喇叭口的下边缘。把钢护筒始终安放在塌孔喇叭口也是有效的处理措施之一，假如成孔比较深，这样处理使得钢护筒位于下缘不透水的土层上，它的周围用粘土组成的填充物填满，再挤压粘土，使其牢固，然后继续施工，可以确保施工顺利进行。

4 岩溶区桩基成孔处理技术

4.1 成孔处理方案

该工程桩基础采用冲击钻成孔技术，并运用正循环排渣施工工艺，正循环施工示意图如图1所示，根据桩基础施工规范的相关要求可知，施工过程中将泥浆的比重控制在1.1～1.2，而泥浆的粘度则保持在18～23s，含砂率不超过4%。

由于岩面起伏及岩溶在空间发育的复杂及不确定性，在施工开挖及桩基础施工过程中必须加强对原设计的地质资料进行验证，以进一步探明并核对地质资料；若发现地质情况与设计不符时，应立即通知设计单位，并组织专家对该溶洞进行专题研讨，并针对该溶洞制定出相应的解决方案。

图1 正循环施工示意图

4.2 成孔后桩基础施工质量控制要点

4.2.1 方案处理前准备工作

在进行桩基础施工前，要对施工过程中所需要的机械和必要材料进行储备，如：挖掘机、压浆机、装载机、片石、钢护筒、水泥、泥土等。

4.2.2 方案选择

（1）钢护筒施工法

当地层中的溶洞高度为3～5m时，将其划分为中溶洞，而桩基础施工中对于中溶洞则采用一层钢护筒施工法（如图2），具体施工方法如下：①将钢护筒埋设在指定地点，相关的材料准备就位。②在钻孔的过程中，如果冲进溶洞，则应该及时向孔内抛投适量的粘土袋和片石。③随着冲孔的不断进行，将钢护筒不断下放，如果其下放至岩面时，发现溶洞漏浆，则应该继续向孔内投入粘土袋和片石，以保证施工的继续进行。

地层中的溶洞高度≥5m时，称之为大溶洞，在施工中对于大溶洞的施工方法则采用多层钢护筒施工法（如图3）。多层钢护筒施工方法的施工步骤在一层钢护筒的施工方法基础上需要额外添加的施工方法为：①在外护筒的基础上安装内护筒；②施工封底混凝土；③在钢护筒和内护筒之间按要求分段进行注浆，直至终孔；④对于溶洞孔洞高度过大的溶洞，应该考虑分段成形，其中使用的多层钢护筒和内护筒的外径要比一层钢护筒的外径大。

图2 一层钢护筒施工法示意图

图3 多层钢护筒施工法示意图

该工程在溶洞区采用直径为1.6m的桩基础，因此根据相关规范的基本要求，现场采用直径为1.8m，厚度8mm的钢护筒，护筒的长度则根据实际勘测地质条件，穿过溶洞进入第一层风化岩层0.5m，高出地面0.3m为标准。施工时，先使用直径1.9m的冲击锤进行成孔施工，使冲击锤深入到风化灰岩0.5m，然后再使用振动锤将钢护筒放置其底部，在每一段的钢护筒连接处，对其采用0.2m宽钢板焊接，使其能够接合牢固，不易错位，造成漏浆。溶洞钢护筒现场施工图如4。

图4 溶洞钢护筒施工现场图

（2）充填封闭法

在地质勘查中，对已经探明的高度小于3m的溶洞或者裂缝，采用填充封闭法进行施工，充填封闭法示意图如图5。填充封闭法施工操作简单、造价低廉，其主要采用粘土和片石为回填原料。具体施工操作为：冲击钻在进行钻孔时，当溶洞顶板被穿透后钻孔发生漏浆，则在钻孔内填充事先准备好的粘土袋和片石，填充高度高于溶洞顶板高度，停留2～5h后继续冲孔施工。当采用片石和粘土填充后，仍有漏浆现象出现，则应该及时向钻孔内填充一定量的混凝土，然后再继续填充片石和粘土，并停留一定时间直至混凝土与片石和粘土固化后，方可进行钻孔作业。材料参数见表1。