喀斯特溶岩地质桩基础施工技术

一、前言  

桩基础石一种常见的可靠的基础形式，适应于各种地质条件，被广泛应用于桥梁、房屋等大型建筑中。

  在发育的岩溶地层中进行钻孔桩施工，由于地质结构复杂，不可预见因素多，施工过程中 孔、卡钻、埋钻现象不断发生，常常成为控制工期、威胁施工安全、影响工程质量的技术难题。本工法解决了岩溶地层中钻孔桩施工中的技术难题，为施工提供了良好的工艺保证，从而保证了成桩的可靠性。

二、工法特点

  １．本工法是将粘土直接加入桩孔内，借钻头冲击自行造将。

２．在冲击钻的冲击作用下，将粘土和片石挤入溶洞和岩溶裂缝中，完成护壁和成孔工作。

３护壁泥浆自稳能力强，突然漏浆也不会因补水不及时造成 孔，护壁效果好， 孔率低。

  ４．钻孔时泥浆能将土碴悬浮，一起排出孔外。

５．桩孔内的岩溶裂缝及溶洞已挤入了粘土、石块，可减少成孔后的混凝土流失量。

三、用范围

１．适用于Ø８００～１５００mm钻孔灌注桩的成孔。 ２．适用于石灰岩蜂窝状岩溶洞地层施工。

３．适用于块石堆积体上钻孔桩施工，入沿海填石地层的钻孔桩施工。 四、工艺原理

本公法在钻孔桩进入岩溶地层时，投入大量潮湿的粘土块和片石并立即补水，利用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及其裂缝中，堵住溶洞和岩溶裂缝，形成一个封闭的环形壁，完成钻孔桩成孔。

五、施工工艺 （一）工艺程序  施工准备→埋设护筒→移动钻孔、定位→护筒内投入土、片石、水→钻孔→抽碴→吸泥清碴  （二）施工设备

１．施工前应完成三通一平工作。 ２．制定桩位施工流程图。

３．根据地质资料预测施工中可能出现问题，向钻机操作人员交底 ４．备足粘图块、片石。

５．对钻机进行认真保养、维修。

６．按设计图纸正确测定桩孔位置，并设置护桩。 ７．埋设护筒

（１）根据桩量多少选用钢护筒或木护筒。  （２）木护筒一般使用５０mm 厚木板做成长２～２.５mm方形护筒，内边长比桩径大200mm，护筒埋设底部四周用混凝土封闭0.4m×0.4m后填粘土分层夯室。

（３）钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用６～１０mm厚钢板卷制焊接成圆形，直径较桩径搭5０mm，护筒长依据地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。护筒一般长为１.５～２.５mm,钢护筒的埋设过程为；第一节由人工埋设，使筒顶高出地面２００mm，焊接第二节后，在护筒顶放置打板（５０mm厚钢板制作），利用钻机提前钻头，将钢护筒冲击入土，然后冲孔，孔深达到护筒底后，再焊接第三节护筒，如此循环，直至达到需要深度。

（４）护筒埋设好后，护筒中心与设计桩位中心偏差不得超过５０mm，斜度不得达于１%。

８．确定所使用得钻机，一般都用ＣＺ-３０型冲击钻机。 （三）施工要点和注意事项 １．钻孔

（１）钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心。  （２）钻机桅杆顶应对准钻机轴线，用缆风绳挂牢拉紧。

（３）再护筒内投入土块和≯１５０mm片石并注水，用钻头把粘土冲击成

膏壮。

（４）取样测试泥浆各项指标，泥浆得性能指标应满足表１所列范围。

表１ 泥浆性能指标

顺序     测定项目    指标范围     备注 １      比重      １.１～１.４ ２      粘度      ≮１５ ３      含砂率     ≯１５% ４      胶体率     ≮７０% ５      塑性指限树   １７ ６      pＨ值      ７～９

（５）开孔时用小冲程冲击钻孔，要打得准，打得稳，间断冲击，少抽碴，使开口圆顺。

（6）加入小于15cm片石，反复冲击2～4次，挤密护筒底部周围土层。 （7）钻进至护筒底2～3后加大冲程，主绳放长量为3～5cm。

（8）密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止 不正常情况发生。

（9）根据地质柱状图，再接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。

（10）接近岩溶时主绳松绳量应为1～2cm，防止击穿岩壳时卡钻。   

（11）钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。

2．随着孔内钻碴增多，钻速下降，应进行抽碴。每钻进0.6～0.8m抽碴一次。每次抽碴后加入0.6m3粘土块，注入清水，保持孔内水位。对钻碴作取样分析，核对设计地质资料．检查证，合格者即将钻碴抽净。

3．孔深钻至设计标高后，应对孔深、孔径、孔的倾斜及孔位偏差进行实验检查，并填写检查证，合格者即将钻碴抽净。

4．灌注水下混凝土前必须清除孔内钻碴和泥浆，清孔方法采用抽碴吹风法。 六、施工机械

本工法单一工作面主要机械设备见表２．                  表２ 主要机械设备

顺号        名称   主要规模   单位   数量    备注 １   冲击钻机   cz-30型      台    １  

２   十字型钻头  １.７～２.５t    个    ２   整体浇铸 ３   电焊机    １８kvＡ交流弧焊机 台    １   

４   抽水机    zs65～50～125       台    ２   一台备用 ５   抽碴筒    活门球阀杯式    个    １   

６   千斤顶    ２５t液压式    个    ３   顶移钻机 ７   空压机    １２m3／min        台        1       孔底翻碴 七、劳动组织

一台钻机的劳力组织见表3。

          表３ 劳动组织                       每台班人数  说明                                顺序 工种 人数 早    中     晚 1 机长 1 1 负责机组工作安排和安全，指导钻机维

修检查司钻兼作记录

负责补焊钻头、钢筋笼焊接及其他

2 钻工 6 2      2      2 3 电焊工

2 1      1

     合计      9                         9人负责一台钻机，实行三班制连续作业 八、质量标准

本工法除执行设计施工图纸及有关设计文件的要求外，应执行《铁路桥涵工程质量评定验收标准》（TBJ415－87），《铁路特大桥工程质量评定验收标准》（TBJ416－87），《铁路桥涵施工规范》（TBJ203－86），《铁路混凝土及砌石工程施工规范》。 九、安全措施

1．钻机就位后机身要方木垫平,塞牢，胶轮悬空。桅杆顶端要对称拉紧。

2．岩溶地区的钻孔桩施工易发生漏浆，因此要备足粘土块和片石，出现漏浆要马上补充，保持孔内水头高于地下水位1.5m。

钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻 头。

3．钻头钢丝绳再一个捻距内断丝数超过15%时必须更换。

4．每天交接班应检查钻头、主绳、主绳与钻头连接、提梁、绳卡有无问题，发生问题时及时处理。

十、效益分析

1．衡广复线北方水中桥采用本工法施工，大大加快了修建速度，比常用的施工方法提高工效约10%。

2．此工法按1000mm桩径计算，比全部采用钢护筒法每m节约费用610元。 十一、工程实例

衡广复线里程D‖K2012+811.73m处，北乡水中桥两墩两台，共有１０００mm直 径钻孔３８根，总长９２５.３８m，最深桩孔４３.８m。根据地质钻探资料桥址地质结构复杂，上部覆盖砂粘图和卵石土，下伏基岩溶蚀严重，顶板薄，在绝对标高50m以上几乎呈蜂剿状，被称作典型的“石灰岩岩溶发育构造”，溶洞被砂粘土充填，个别溶洞无充填物。钻孔桩需穿过多层溶洞才能抵达基岩，使钻孔作业施工难度大，工艺要求高。

该桥于1984年2月28日由2台CZ－30型冲击钻机开钻。11月10日钻孔桩结

束，历时8个半月，实钻孔1028.74m。穿越溶洞112个，累计深度149.5m。处理 孔２４次、较大面积塌陷３次、卡钻２次，平均台班进尺０.５４m。钻孔合格率１００%，优良率９７%。

深圳妈弯电厂煤筒Ø１０００mm桩基，系在２０m深海填石区地层上施工，也采用本工法施工，收到了良好效果。