浅谈岩溶发育地区钻孔灌注桩施工关键技术

浅谈岩溶发育地区钻孔灌注桩施工关键技术

张玉有

山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队 , 山东 泰安 271000

摘要：主要分析岩溶发育地区钻孔灌注桩施工的难点；然后提出了钻孔灌注桩施工关键技术；最后介绍岩溶发育地区钻孔灌注桩施工常见事故及处理措施。

关键词：岩溶发育；灌注桩；关键技术；处理措施

引言

岩溶发育地区形成石林、石笋、钟乳石、溶洞、暗河、悬泉、瀑布以及溶槽、石芽、溶穴等特殊地貌地质形态。在该地区进行钻孔灌注桩施工难度较大。

1 工程难点

从施工情况看，岩溶发育地区钻进成孔、成桩有以下几个难点。

1.1 成孔过程中漏水、漏浆

勘察不能十分准确反映溶洞空间分布情况，在施工中会出现突然漏水、漏浆导致孔内水头迅速下降，导致护筒挤压变形或塌孔、埋钻，甚至地面大范围沉降等重大安全事故。

1.2 成孔事故多

可能会遇到大溶洞、多层溶洞或孔内有石笋、溶沟、孤石、岩面呈斜面、陡坎、异形等复杂情况，实际施工中塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏斜、移位、弯孔等事故较为普遍。

1.3 孔内涌砂

当岩面倾斜较大，钢护筒底部埋设不稳固，冲击锤的上下起落引起孔内水位波动，侧壁流砂会向孔内涌流。

1.4 清孔难度大

大直径桩清孔指标非常关键。钻遇大溶洞时填入孔内大量粘土及片石，使得泥浆比重加大。当泥浆比重降低，粘度下降清孔达到规范要求时，又会发生渗漏、塌孔事故。

1.5 混凝土灌注难度大

大直径桩灌注时间长，桩身混凝土质量控制难度大。岩溶发育段易发生混凝土压力过大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或断桩。

2 施工关键技术

2.1 成桩工艺流程

钻孔灌注桩成桩工艺是：钻机平台搭设--振动锤下沉钢护筒--回转钻机钻进成孔(钻埋钢护筒)--振动下沉钢护筒至岩面--过渡段处理--冲击或旋转法成孔--溶洞处理--清孔、下钢筋笼--二次清孔、浇混凝土。

2.2 成孔方案选择

通常情况岩溶地区灌注桩采用冲击钻孔或挖孔施工工艺成孔。

冲击钻孔使用冲击锥这种有挤压侧壁作用的钻机，能广泛适应各种复杂的地质构造，尤其是在处理斜面开孔、半边岩、石笋、溶槽、溶沟及裂隙漏水、漏浆等情况时比较容易，并且施工成本较低；在发生漏浆时，提钻快，不易埋钻。但成孔事故多，进尺慢，对操作熟练程度要求高。

钻孔灌注桩很难克服岩溶地层的特殊地质构造给施工带来的严重困难，施工中经常会造成偏孔、弯孔、卡钻、掉钻等重大事故，严重时还可能形成埋钻、钻机倾覆、钻孔报废等恶性事故。人工挖孔技术含量低，设备投入少，投入大量人力即可保障施工进度。由于挖孔的这些优点，挖孔桩已经成为岩溶地区一项极为重要的灌注桩形式。

2.3 溶洞处理

接近溶洞顶板时钻机采用小冲程(80cm以下)冲孔，根据溶洞的具体特点，制定相应的处理措施，并根据现场实际情况及时进行调整。

2.3.1 体积较小的溶洞

若洞内有填充物且裂隙不发育，钻穿溶洞时，如水头无太大变化，可加大泥浆比重(1.3g/cm³以上)，按正常成孔方法施工。若钻穿后孔内水头突然下降，可采用抛填片石、粘土、袋装水泥混合料等挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。

2.3.2 洞体较大的空洞或半填充溶洞

施工前应尽可能充分了解溶洞的发育情况、构造、填充物等，若遇发育明显、有裂隙穿过的空洞时，应将钢护筒埋至风化岩层，以防止覆盖土层的坍塌，并准备好片石、水泥包、粘土包等填塞物。

2.3.3 埋藏较深、地下水丰富的发育溶洞

钻孔中遇到这种溶洞可打入全程钢护筒到溶洞底层以隔绝溶洞，采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法，固结填充物，然后再钻孔施工。若洞内无填充物或填充物不满时，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆。

2.4 施工要点

2.4.1 钻进要点

冲击钻进应视岩石硬度情况确定冲程，若岩石强度低，采用小冲程；反之，则冲程可略高。对于岩溶地区地层中的大块石、漂石等，宜采用高锤猛击或高低冲程交替冲击，务必将大石块捣碎挤入孔壁，并通过粘稠的泥浆)和钻渣将孔壁石缝堵严，避免孔壁漏水，防止发生斜孔、坍孔事故。

2.4.2 确定稳定基岩的要点

岩溶地区嵌岩桩设计对基岩厚度有明确要求，这是为了避免桩基处于溶洞顶面，造成意外。为确保桩基位于稳定基岩上，“逐桩钻探”钻探深度必须大于设计桩长且进入完整岩石3～5米。在整个冲进施工过程中，必须严格管理，加强观察，尤其是在最后几米的冲进过程中，一旦发现进尺有异常，必须联系地质设计代表，探明情况方可进行下一步施工。

2.4.3 掌握桩基的施工次序

岩溶不发育区同排桩同时施工，既可以充分利用工效，同时可以使水头均匀下降，平衡压力，保障安全。但在岩溶发育区，溶洞往往具有联通性强的特点，需要注意施工次序，尽量避免相邻桩基同时施工，以免造成清孔困难，甚至串浆、坍孔。

3 岩溶地区钻孔灌注桩常见事故及处理措施

3.1 卡钻、掉钻

卡钻事故发生的主要原因是击穿溶洞顶板过猛，钻头突然进入溶洞，造成孔形不圆顺或掉入大空洞中而卡钻。

卡钻时应仔细分析原因，以免造成越卡越紧或掉钻事故，当钻头可活动时，可上下提动钻头，反复尝试，或用吊车配合钻机，同时或交替提动，有时能将锤头提出。或用小冲锤在桩孔一侧冲击，并配合高压空气或高压水冲射，使其松动后提出钻头。必要时可试用水下爆破法，震松锤头，提出钻头。

掉钻的原因主要是钢绳的老化破断，或与锤头连接不好，钻孔中应时常检查防止掉钻。

3.2 漏浆

漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞，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水压力，引起孔壁坍塌，造成泥浆严重流失。

遇到漏浆时应立即提出钻头，向孔内补浆或补水，保持住孔内浆(水)面高度，并将片石、粘土及水泥制成混合物，视漏浆程度反复抛填，每次应达到1-3 m，直到不漏浆为止。当漏浆太快，应采用集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等集中在短时间内大量填入。对于溶洞较发育地区，如抛填措施无效时，可采用全护筒跟进方法，并使其长度跟进至岩溶底部岩层。

3.3 钻孔偏斜

由于钻机钻孔时产生位移、局部下沉或倾斜，或在倾斜的岩面上钻孔、岩质软硬不均时容易造成斜孔和偏孔。

遇到钻孔偏斜时，可采取下列预防补救措施：①在入岩部位、溶洞处理部位要时刻观察钢绳在冲击过程中的摆动情况，校正钢绳与桩孔中心的偏差。②如遇探头石，可用小型钻机对探头石打眼爆破。也可用冲击锤高锤猛击，斩断探头石。③当发生孔斜时，应立即进行纠斜，对于高度小于lm的斜孔段，可在倾斜的岩面上冲击出一个台阶，再采用较大冲程冲击。对于斜孔段高度大于1m时，应填石纠斜。

3.4 塌孔

塌孔主要是由于漏浆严重，水头压力减小造成的。

常用的处理方法：及时补足泥浆，保持孔内水头高度，同时加粘土、片石混合料，采用小冲程冲孔固壁；若塌孔扩大，当小面积塌陷应及时回填粘土并用袋装粘土加固护筒后再钻进；若护筒口有较大横向位移且无法纠偏时，应拔出钢护筒，回填塌孔，重新压入护筒重新钻进。

3.5 断桩

断桩的主要原因是由于溶洞相互沟通，灌注时难以测出混凝土数量，水下混凝土流失严重，造成断桩。

预防措施有：①每次灌注前备足砂石料及水泥及相应的备用机械。②施工过程严密监测混凝土面上升速度，要保证不小于2m的埋管深度，减少对下部混凝土的扰动。

4 结语

岩溶发育地区钻孔桩施工的难点是复杂的地质条件及施工中不可预见的因素。前期勘察中应做到一桩一探，准确掌握溶洞情况尤其重要。根据不同的溶洞发育情况，选择不同的钻机和施工方案。因此拥有富有经验、熟练的操作人员以及进行严密的施工组织与管理也是施工成败的关键。

参考文献：

[1]张忠亭等.钻孔灌注桩设计与施工[J].中国建筑工业出版社.2007.2.

[2]《建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)》