钻孔桩溶腔应对处置方案

钻孔桩溶腔应对处置方案

邹永泉   熊 魂

中铁十一局集团第二工程有限公司、中铁十一局集团西安建设有限公司

摘  要：对于旋挖钻遇到溶腔时的处置方法本文给出了详细的解决方案；对于冲击钻遇到溶腔造成打空锤拉断钢绳本文给出了预防措施，也对溶腔处置給出了可行性处置方案，对于溶腔和地下湍急径流结合地质，本文也给出了案例和处置办法，望通过本文对类似地质环境钻孔桩施工提供参考。

关键词：溶腔  地下  桩孔   注浆  落锤

1、工程概况

池黄铁路为武杭高铁重要组成部分，位于长江中下游南岸，在池州青阳县一带为岩溶发育地质，据设计院地勘反馈的信息，几座特大桥钻孔桩基础达到70%可能有溶腔埋藏；岩溶存在的深度不一，最浅为11.8米，最深可以超过90米，溶腔最大高度39.4米，充填物以软塑、硬塑状含砾、含碎石黏性土为主，含少量融蚀岩块，少量充填中粗砂，孔桩钻进时一般漏浆现象较明显，部分溶腔为半充填成为空洞，钻机钻进时漏浆严重，采用冲击钻成孔时会经常出现打空锤从而掉锤事故，故在施工前必须选对钻孔机械，详细研究施工图纸，对于岩溶发育的桥墩钻孔桩参照按照本方案进行预防和处置。

2、机械选择

由于桥位地质情况限制，对于施工常见的冲击钻、循环钻和旋挖钻的选配时，虽然冲击钻适应性较强，对地层含弱风化花岗岩及强风化花岗岩硬度不均和容易坍孔的砾石、岩块、探头孤石、斜岩都具有处置效果；但对于忽然穿透溶腔顶部时钻头打空的预防尚无更好办法，故建议还是选择旋挖钻为主进行此类地层施工。

3、旋挖钻施工方案

  3.1泥浆问题：由于个别桩孔含较多堆积层的碎砾石和强风化花岗岩、可溶风化岩，所以不强求采用泥浆护壁，直接采用旋挖钻钻进，无论有水还是无水均无视；对于有水桩孔直钻到底，水位无急剧变化的说明没有溶腔或溶腔内充满水，按正常钻孔方式扩孔，清孔后灌注钢筋混凝土桩基；对于中途泥浆忽然消失的，说明该处明显出现溶腔或大股地下径流，如果后面钻头提出孔外听声音仍然有较深水头，说明水面以上就是溶腔所在位置。若泥浆变化不大，但钻机司机明显感到忽然失去钻压和扭矩，说明溶腔内充满水，属于水囊；继续钻孔到设计深度后用低标号混凝土按照水下混凝土灌注方式用导管向孔内注入素混凝土，直到混凝土面在孔口肉眼可见或超过司机提供的溶腔顶部感应位置1米以上。待混凝土终凝后原位中心校准重新钻孔。

  3.2斜岩问题：钻进过程中，司机若发现钻头忽然摩擦力不均且总向一个方向偏斜，说明碰到倾斜岩层。此时需要调正钻机和钻杆垂直度，必要时移动钻机改变钻机朝向；或调整钻杆向反向适当倾斜，降低钻头压力，如此慢钻、磨钻0.5-1小时直到钻头钻杆不再跑偏，多次校正后再正常钻进穿过斜岩。

3.3硬质岩钻孔方案：旋挖钻机的输出扭矩不是越大越好，否则不但无法正常成孔，还容易损坏机械和扭断钻杆。对于硬质岩，要选对钻头和钻具；当操作司机感应到硬质岩石，要将钻头换成牙轮齿的钻头，且先采用小直径的(比如700mm)钻头进行小孔径钻孔直到设计深度，然后更换扩孔套钻进行多次分级扩孔钻进直到符合设计孔径，每级扩孔不大于50cm为宜；扩孔套钻头为倒台阶套在一起的两个圆筒形钻头，下面是小一号的钻头，上面错台20-50cm左右是大一号的钻头；小钻头在已成孔径内起到定位导向作用。整体性较好的中风化岩层，可以采用筒钻直接整体分节钻心取出岩心成孔。

4、冲击钻掉锤的预防

由于项目为降低成本，且较多短桩，全部用旋挖钻不经济，所以还是有较多的冲击钻参与施工，对于标段起点的几座中桥，每座桥桩基数量也较少，旋挖钻调动不便，且图纸显示溶腔相对较少，所以仍然选用冲击钻施工。但相对较少的溶腔不等于没有，所以仍然有很大风险碰到溶腔从而造成打空锤，钢绳被拉断，掉锤风险。

根据加强的地质断面图，钻头进尺接近溶腔位置时必须减少落锤高度，采取低垂快打模式打穿溶腔顶部的天花板，锤下放落到地板时根据收放情况确定底板位置，然后采取高落锤慢打的方式进尺，直到锤体进入岩层不发生倾斜和翻倒。

预防掉锤措施就是在锤头顶部安装保险绳，保险绳与主绳并列，可用细铁丝每隔2米与主绳简单绑扎，保险绳荷载能提起锤头即可，无需粗大钢绳和多倍保险系数，但保险系数应选1.5-2以上。保险绳顶部直接绕过护筒顶部与另一台卷扬机拴在一起，保险绳在正常打孔时保持松动状态后将卷扬机刹住但无需完全刹死，经常松动刹车使保险绳处于松动状态，也就是在理论长度上比主绳伸出长度多1米左右。若忽然遇到打空锤导致主绳崩断，则保险绳会被迅速拉紧，卷扬机也会被扯动慢慢转动直到锤头触底；由于有保险绳，锤头下坠过程中不会出现倾斜与反转，顶部始终向上。松动保险绳卷扬机，将钢绳通过定滑轮挂到主绳滑轮下，启动卷扬机提升，将锤头提出孔外维修更换主绳。

5、溶腔处置方案

本项目设计要求溶腔处置采用注浆补强方案，故有溶腔的桩孔，在打捞出钻头后，及时通知监理和地质工程师到场确认，然后采用低标号干硬混凝土将溶腔灌满，待混凝土终凝后重新钻孔。

6、地下径流和大溶腔空间处置方案

由于有溶腔还有地下径流存在，若桩基溶腔正好处于地下径流处，而地下径流流速较大时，灌入的混凝土可能很快被冲走或离析，若发生此种情况或灌入超过20方混凝土后混凝土标高无明显变化时，说明溶腔空间很大或高度很高；建议购置一部分直径60cm左右的柱状土工布袋，在袋内满混凝土后填入溶腔内，直到混凝土面开始明显升高才停止填入袋装混凝土，期间导管混凝土持续注入，直到注满。（大连某地曾经遇到类似桩孔，桩孔桩口坍塌明显，孔下传来流水声，注入的混凝土和抛填的片石很快被冲走）。待混凝土终凝强度大于3MPa以后重新钻孔与其他溶腔处置方法相同。当然也可以协商设计院变更成全护筒通过溶腔；对于溶腔下部出现较深淤泥质砾石混合体（类似泥石流）时，也需要及时确认改成钢护筒跟进通过该地层。

在混凝土灌注时，溶腔部位桩基不易成桩，浪费混凝土严重。经分析主要原因在于桩基混凝土体周边失去土模壁支撑，容易造成混凝土体坍塌流失。对于嵌岩桩，由于桩基普遍采用钢筋笼，可以在溶腔部位对应钢筋骨架外周包缠土工布或密目钢丝网，与骨架同步下入孔内，在灌注混凝土过程中，混凝土就再也不会坍塌流失了。所以这个解决方案最佳。

7、总结与体会

本文主要对于钻孔桩在岩溶发育地质区域的应对和处置方案给出了应对方法，对溶腔采用低标号混凝土填充也给出了指导性意见和建议，对于较少见到的大溶腔与湍急地下径流填充大量混凝土效果很差的应对措施，本文也给出了可行的解决办法。填充素混凝土的方法较填充片石黏土的方法在大型溶腔的处置上各有优势；对于永久性结构来说，采用素混凝土填充更加有利于结构安全。采用土工布袋装混凝土后可以减少大空间溶腔处混凝土的扩展，从而节约填充混凝土却正常成桩；也可以防止地下湍急径流对混凝土的冲刷离析，对节约填充混凝土具有很好的经济研究价值，也为本行业在岩溶发育地质情况进行钻孔桩施工提供了解决参考；当然行业内可能有更好的处置办法，需要大家共同探讨改进。