清远北江三桥岩溶地质钻孔桩施工工艺探讨

摘 要：介绍了广东清远北江三桥大直径冲击钻孔灌注桩成孔施工方法，以及施工过程中如何解决裂隙、多层溶洞漏浆、堵漏及灌浆处理的问题。

关键词：岩溶地质冲击钻孔灌注桩 施工工艺 技术处理

1 工程地质概况

广东清远北江三桥共有82根嵌岩灌注桩（其中Ф2.2m桩52根，Ф2.0m桩30根）。桥位处北江自东向西流动，两岸受大堤约束，河段弯曲，河床开阔平坦，滩槽分明，河槽较宽浅。河床为粗砂、砾砂覆盖。为老第三系与泥盆系上统不整合接触地带，岩溶强烈发育，北部基岩明显可见，岩面起伏较大，高程突变；中部及北部部分基岩呈薄层状，层间裂隙发育，部分泥质充填；中部石灰岩顶面埋藏相对较浅。部分地段溶洞顶板厚度与洞跨比值小，存在切割的悬挂岩块，并且多数溶洞为半充填，部分为空洞。工程地质条件极其复杂，对桩基础的施工带来了一定困难。

2 钻机选型及钻孔方法的确定

几个方案的比较：

1）若采用深埋护筒，设备投入大，插打时间长，不经济；

2）若采用小扭矩回旋钻机不能有效地穿越卵石、漂石层；而大扭矩回旋钻机自重太大，需要大型起重设备，无法满足多工点施工的需要；

3）若采用钢丝绳冲击成孔具有设备简单,操作方便,动力消耗小,机械故障少等特点,可通过回填片石和粘土有效地处理岩面倾角大，溶洞和裂隙等问题，通过砸实挤密解决漏浆问题，更能有效防止塌孔；另外，通过成孔速度的比较，冲击钻机和正循环回旋钻机的钻孔速度相差不大，而冲击钻机转移快、安装迅速。

通过以上方案比较，我们决定采用浅埋护筒，泥浆正循环、冲击钻机成孔。我们选用的钻机主要参数如表2所示。

3 溶洞、裂隙的处理

清远北江三桥基岩为石灰岩，岩溶十分发育。最大溶洞高度达40.2米。溶洞串最多个数达5个。溶洞中既有有充填物的，也有半充填和无充填物的，如表3所示。我们主要按下述方法处理：

3.1 地质超前钻，提前注浆处理

由于设计院提供的一桩一钻地质柱状图的岩面情况和溶洞情况很不详细，于是经业主和设计方研究后，决定补充进行超前钻，对全桥78根桩进行了超前钻详勘(一般每根桩增加3个地质钻孔)，其孔位平面按正三角形布置。超前钻时由于发现了很多持力层厚度有变化，故对87%桩的桩深进行了修改。对部分漏浆的溶洞和裂隙进行了注浆加固。

1）注浆加固方法

超前钻孔过程中，每遇到漏浆溶洞或裂隙，立即进行注浆处理。并用纯水泥浆封堵，利用浆液的流动性，在压力作用下，充满空洞及裂隙。开启注浆泵进行注浆，控制注浆量；当注浆量达到设计量或顶部返浆后，上拔注浆钻杆，直至结束；注浆结束后，清洗注浆设备，防止残留浆液凝固，堵塞钻杆。

2）注浆主要技术参数

注浆压力：0.1～0.2MPa

注浆流量：8～10L/min

浆液配比(重量比)：水泥∶水=0.8(0.6)∶1

3.2 冲击钻孔过程中溶洞的处理

1）我们从实际情况考虑，制订了先易后难的总体施工原则，即把岩面情况较平、无溶洞或只有单只小溶洞的先施工成孔，等基本摸清溶洞地质施工规律掌握溶洞处理措施后，再解决那些大溶洞。

2）技术人员及钻机机组人员充分掌握地质资料情况。我们每个孔位的地质柱状图都单独列出，发给有关人员，让他们知道溶洞的位置、大小、充填情况。

3）钻至离溶洞顶部1米左右时，准备足够的小片石或狗头石（直径10～20CM）和粘土，粘土要做成泥球（15～20CM大小）。对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。

4）钻至离溶洞顶部 1米左右时,在1～1.5米范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。

5）对于空溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一量泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1:1的比例回填粘土和片石、整包水泥后冲挤压密实，只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。

6)遇到特大型空溶洞或半充填的溶洞时，先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵，防止塌孔。一般溶洞洞顶击穿后，桩孔中泥浆会很快下降，此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥按适当的比例抛入，直至孔中的泥浆停止下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当挤压，反复抛块石、粘土、水泥，直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止，最后补充满泥浆再重新成孔，溶洞较大的最好等1～2天后再重新冲孔成桩。

7）对于溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥的溶洞，进入溶洞后也应向孔内投入粘土、片石混合物（比例1:1），冲砸固壁。

8）钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况，以便判断是否歪钻。若歪钻应按1:1的比例回填粘土和片石至弯孔处0.5米以上，重新冲砸。

3.3 裂隙漏浆的处理

裂隙对钻孔桩施工造成的主要危害是漏浆。由于护筒埋深浅（最初入土深度3米左右，处于中砂地层中），漏浆极易引起孔壁坍塌。

主要处理措施为：

1）入岩前，准备充足的水源和一至二台水泵。

2）准备足够的粘土，并将粘土做成泥球，直径15～20CM。

3）准备一定数量的小片石或狗头石，直径10～20CM。

4）密切注意护筒内泥浆面的变化情况，当泥浆面迅速下降时，证明在漏浆，首先要赶快补水，然后将泥球往下投，如此即可将漏浆堵住，之后，将粘土和片石按大约1:1的比例往下投约2米，再重新开钻，这样砸碎的片石和大颗粒土可将裂隙填充一定的距离（阻碍裂隙宽度变化），即可钻进一定深度而不漏浆。当再次漏浆时，仍按上述方法处理，即可逐步钻至设计孔底标高。

3.4 坍孔

从清远北江三桥引桥施工的情况来看，最初由于护筒埋置偏浅,地质超前钻（漏浆溶洞或裂隙压浆处理）没有跟上,发生一系列坍孔现象。后采取预钻孔，安装内护筒（一般长度为6m）的办法后，在正常情况下（保持泥浆浓度和泥浆面高度），采用冲击钻很少发生坍孔。主要是遇到空溶洞或裂隙漏浆而补水不及时，就有可能塌孔。因此保持泥浆浓度和泥浆面高度是防止塌孔的主要措施。塌孔发生后，我们是采用加深护筒，然后回填重新冲砸的方法处理。