强岩溶钻孔桩施工总结解放桥.docx
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强岩溶钻孔桩施工总结解放桥
桂林市解放桥重建工程
强岩溶发育区钻孔桩施工技术总结
2000年10月28日
一、工程概况及桥位地质条件
解放桥全长283.6m,桥宽45m，跨径布置为41.54+61+72+61+41.54m，全桥共5跨。
中间三跨板式连拱跨越漓江，两侧岸跨以半穿式拱与地面道路连接。
A0、A5为桥台，φ1.0m钻孔桩各自15根,P1、P4为岸上墩，P2、P3为水中墩，P1、P2、P3、P4墩φ1.5m钻孔桩各18根，推力基础位于两侧岸跨，全桥钻孔桩共102根。
钻孔桩施工是全桥施工的重点和难点，也是工期的控制要素。
桥位处覆盖层厚度一般为25m左右，最深可达40m，岩层中浅层水平岩溶发育，工程施工地质条件极为复杂。
土层自上而下分为：
素填土、粉细砂、圆砾、含粉质粘土卵石层、含卵石粉质粘土层、粘土、中粗砂、石灰岩，按设计要求桩基持力层均为石灰岩。
根据钻探资料场地岩土层可划分为如下几种成因类型地层：
A.人工填土（Qml），主要由填土和块石等，又可划分为素填土和杂填土；
B.第四系全新统冲击层（Q4al），主要由粉细砂、卵石层、圆砾、中粗砂等组成；
C.中上更新统冲洪积层（Q
）,主要由含粉质粘土卵石层、含卵石粉质粘土层、粉质粘土、中粗砂等组成；
D.基岩为上泥盆统融县组（D3r）灰岩，灰色～浅灰色，质硬性脆。
较破碎岩抗压强度平均值为47.3Mpa，完整灰岩为67.1Mpa。
桂林地区不仅是“山水甲天下”的旅游区，也是中外驰名的岩溶发育区。
岩溶即喀斯特（Karst），它是可溶性岩层（石灰岩、石膏、岩盐等）在受到地下岩溶水的容蚀作用时而形成的。
其化学变化过程为：
H2O+CO2+CaCO3=Ca（HCO3）2。
本场地岩溶不良地质属覆盖型岩溶，岩溶发育主要在可溶性较强的上泥盆统融县组纯碳酸盐灰岩层之中。
本地区地壳升降运动、节理、裂隙和层面等结构面以及地下水的迳流等控制着本地区岩溶的发育。
桂林--阳朔地区的岩性条件、构造条件、岩溶化地层分布及水运动条件，都对岩溶发育有利，这就使得本地区成为世界上最典型的岩溶发育区。
岩面起伏变化大，岩溶极为发育，表面的岩溶形态主要有容沟、溶槽、鹰觜岩、石芽和陡坎等，灰岩中溶洞、溶隙极为发育，其形态有开口、封闭及串珠状。
溶洞、溶隙中多有充填物，局部为半充填空洞。
解放桥地质条件复杂，溶沟、溶槽、溶洞强发育，地质勘察研究院针对施工图纸桩位布置进行逐桩钻探，基本查明了桥址范围地层岩性、地质构造、不良地质现象及工程地质特征，并建议桩尖持力层可采用较破碎岩体层（10-2）和较完整岩体层（10-3），钻孔桩按柱承桩设计。
根据钻探资料将各墩台岩溶发育情况统计如下：
序号
项目
A0台
P1墩
P2墩
P3墩
P4墩
A5台
1
灰岩顶板标高（m）
109.86～139.08
120.83～133.95
112.38～135.24
107.12～134.18
115.71～138.79
127.30～139.18
2
相对高差（m）
29.22
23.12
22.86
27.06
23.08
11.88
3
溶洞数量（个）
14
46
58
15
9
14
4
溶洞高度（m）
0.4～6.94
0.3～12.2
0.4～13.0
0.3～10.2
0.3～11.9
0.3～15.3
5
钻孔遇洞率
53.3％
100％
88.9％
44.4％
50.0％
60.0％
6
钻孔线岩溶率
10～35.2％
3～50.2％
11～54.5％
1.1～38％
8～44.6％
2.5～42％
7
最低溶洞底
板标高（m）
106.12
102.31
84.79
80.56
114.93
110.39
8
岩溶发育情况
强岩溶发育区
强岩溶发育区
强岩溶发育区
强岩溶发育区
强岩溶发育区
强岩溶发育区
在岩溶地区修建桥梁基础，实际上是对岩溶地质的处理问题，由于人们对地下岩溶状况认识的局限性和工程地质条件的复杂性，在基础的设计和施工方面均存在一定的特殊性和难度。
二、主要施工方法及措施
㈠钢护筒使用范围及制造
考虑到解放桥地质条件的复杂性和施工方案的可行性，施工中允许使用大量的钢护筒，确保在强岩溶发育区的地层中成孔。
A.桥台钢护筒使用情况：
⑴较浅桩，钻进过程中未见漏浆，仅采用φ1300孔口护筒；
⑵在钻进过程中有严重漏浆现象，孔口护筒接高，护筒必须跟进；
⑶在钻进过程中有严重漏浆和塌孔现象，φ1300护筒入土15m后，在护筒内套φ1100护筒，护筒跟至岩面。
最终护筒与钢筋砼结合在一起，作为永久结构支撑在岩石上。
B.P1、P4墩钻孔桩钢护筒的规格有：
φ1800、φ1700、φ1600、φ1550，原则同上，第一层护筒入土深度达15~20m后，便套进第二层小护筒，直至孔壁稳定不需要跟进为止。
C.P2、P3墩钻孔桩存在桩长较长、溶洞数量较多、施工环境较差等不利因素。
水中墩钻孔桩使用的钢护筒规格有：
φ1900、φ1800、φ1700、φ1600（或φ1550），原则同前。
D.钢护筒制造
⑴φ1.0m钻孔桩采用φ1300、φ1100两种规格钢护筒，底节钢护筒采用δ=12mm钢板卷制，最下端加焊两道高300mm的10mm厚加固环；一般护筒采用δ=10mm钢板卷制，护筒顶口加焊一道高300mm的10mm厚加劲箍。
⑵φ1.5m钻孔桩采用φ1900、φ1800、φ1700、φ1600（或φ1550）多种规格的钢护筒，护筒底节采用δ=14mm钢板卷制，最下端加焊两道高300mm的14mm厚加固环；一般护筒采用δ=12mm钢板卷制，护筒顶口加焊一道高300mm的10mm厚加劲箍。
⑶最后一层钢护筒一般需要穿过溶洞和岩石，最多的一根护筒要穿过8层溶洞。
因此，钢护筒的加工质量和自身的强度、刚度直接影响到钻孔桩施工进度。
护筒规格和数量多，转运护筒、接护筒、插打护筒、切割护筒工作量非常大，工序繁琐、耗时长，真正钻孔的时间反而显得短了。
㈡桥台及岸上墩钻孔桩施工
施工方法
1.清理和平整场地，埋设孔口护筒，护筒单长为3.6m。
2.开挖泥浆池和沉渣池，布置泥浆循环系统，冲吸反循环钻机就位。
3.钻机钻进，未见漏浆现象，顺利穿过覆盖层和溶洞到达孔底设计标高，清孔、下放钢筋笼、灌注水下砼，使其形成略大于设计桩径的钢筋混凝土灌注桩。
4.在钻孔桩成孔的过程中，在覆盖层中发生严重漏浆和塌孔现象的，则需及时接高孔口护筒、利用DZ-120震动打桩机插打护筒至第一层岩面；如果在溶洞中发生严重塌孔，则应及时套进小一号钢护筒，并插打至溶洞底板，然后再钻进、检孔、清孔、下放钢筋笼，这类孔施工不宜久拖，应尽早灌注水下砼成桩。
5.在跟进护筒时，由于岩面的实际标高与地质柱状图上所示标高出入较大，如果一味地猛打，护筒容易触岩严重变形，因此护筒应谨慎跟进，护筒底口至少高出岩面50～100cm。
6.在大护筒中套进小一号的护筒后，必须更换小一号的钻头，钻头直径不得大于（D-100）mm，D为护筒内径。
7.使用砂石泵或空吸吸泥机清孔，同时应向钢护筒内补充泥浆，不得一味补水，否则会塌孔。
如果多次清孔清不干净，可以在底节钢筋笼上焊一节不小于设计桩径的短护筒，随同钢筋笼一起下至桩底，然后再继续清孔、灌注水下砼。
㈢水中墩钻孔桩施工
施工方法
1.在平台上、下弦安装导向框，利用DZ-150震动打桩机将Φ1900或Φ1800开孔钢护筒插打至河床面以下4～7m。
2.ZSD2000型动力头旋转钻机就位，边钻护筒边跟进。
钻头上的出渣管口需焊两根钢筋，阻止粒径≥15cm的卵石在排渣时进入钻杆，以防堵塞钻杆。
3.旋转钻机钻进困难时，必须及时换上冲击钻机。
遇到倾斜岩面时，回填粘土、小块片石以及适量的水泥，回填土应高出护筒底口1～2m，钻机反复冲砸，直至护筒底口与岩面之间孔壁形成“硬壳”，再继续向下钻进。
4.覆盖层小于20m时，钢护筒一直插打到第一层岩面；覆盖层大于20m时，钢护筒在覆盖层中套入第二层护筒。
在岩层中钻进时要视钻孔桩穿过溶洞的数量来确定套进护筒的层数和规格。
5.
钻头的直径应与护筒直径相适应：
Φ1900、Φ1800的护筒采用Φ1670的钻头；Φ1700的护筒采用Φ1580的钻头；Φ1600、Φ1550的护筒采用Φ1460的钻头。
6.当冲击钻机全断面进岩，进尺困难且需钻进3m以上者，仍可改用ZSD2000型动力头旋转钻机带泥浆钻进。
7.冲击钻机成孔采用泥浆钻进，使用取渣筒或空吸反循环排渣。
钻进中必须采用正循环或不循环，排渣及清孔时才可以使用反循环，并且严格控制使用时间，确保成孔过程中不塌孔。
8.终孔后，由潜水员下水切割周转部分护筒。
清孔后便开始下放钢筋笼，下插Φ300导管，灌注C30水下砼。
P2、P3墩在同一基础中采用同一材料、多种桩径、不等长度的钢筋砼钻孔灌注桩。
孔底标高在施工中根据所遇实际岩面标高和渣样情况，在保证成桩质量和有利成孔的前提下，征得设计院的同意后有所增减。
㈣施工小结
在每根钻孔桩开工之前，生产技术部已根据设计图纸和地质勘察研究院提供的钻孔桩地质资料，绘出每根桩的施工方案，明确使用什么钻机、在什么标高套入小护筒、每层护筒规格和数量，避免现场凭感觉盲目施工。
在钻进过程中，还需注意观察钻孔情况，随时掌握泥浆指标、岩面倾斜情况、溶洞顶板位置和厚度、钻头磨损情况等，根据实际情况及时调整施工方案，确保成孔质量，预防塌孔、斜钻、掉钻等事故的发生。
生产技术部还成立钻孔桩技术攻关小组，经常研究施工中的棘手问题，集思广益，查找原因，寻求对策，攻克强岩溶发育区钻孔桩施工中特殊难题，并总结和推广了一批成功的经验。
施工方案、工艺要随着钻孔桩施工的深入而不断地补充和完善。
一开始我们认为旋转钻机施工快些，确定了钻机选型以旋转钻机为主、冲击钻机为辅的原则，在施工中旋转钻机遇到三大难题：
⑴旋转钻机清水钻进，由于桂林地区的卵石层胶结很差，只要钻出护筒40cm便塌孔，危及施工平台的安全；⑵桥位处卵石层粒径偏大，粒径≥20cm的卵石颇多，反循环排渣时经常堵钻杆，每天有一半多数时间在拆装钻杆，费事费力无进尺；⑶所遇岩面无一不是倾斜岩面，孔内最大岩面高差达6m，一半是坚硬的岩石，一半是松散的流塑状含粉质粘土卵石层或含卵石粉质粘土层，遇到这样的岩面旋转钻机就严重跳钻、斜钻，最慢的一天只能钻进4cm。
2000年2月下旬将钻机选型原则上改为以冲击钻机为主、旋转钻机为辅。
旋转钻机只保留2台，另引进14台冲击钻机进场，3月份便取得了钻填21根桩的最好成绩。
施工中应当注意：
①常规的钻孔桩泥浆护壁工艺在桥台和岸上墩少数几根桩可以用，但是泥浆指标必须控制得很好。
②一旦发现严重漏浆、塌孔现象，护筒必须及时跟进、超前插打。
③卡钻、掉钻、斜钻事故频繁，发生后必须及时处理，科学处理，不得野蛮施工，否则会造成断桩、补桩的严重后果。
④无论是冲击钻机还是旋转钻机在岩溶地区都应带泥浆钻进，解放桥清水钻进无一根桩成功终孔的事例。
⑤合理安排冲击钻机和旋转钻机，各取所长，交替使用，可以加快施工进度、缩短钻孔桩施工工期。
⑥要继承和发展我处在喀斯特地区的桥梁施工经验，又要充分利用现有先进的机械设备的优势，借鉴国内外的成功经验，制定和编写喀斯特强岩溶发育区的钻孔桩施工方案和工艺。
三、施工中常出现的问题和处理办法
解放桥地质条件复杂，地下许多情况难以预料，施工中故障时有发生，虽然排除了不少故障，但是研究和寻求对策时花费了不少时间和精力。
施工中常出现的故障有：
⑴塌孔
在钻填初期，经常出现塌孔现象。
在钻进过程中要注意观察钻机钻杆或钢丝绳的异常情况，有问题应先提高钻头，然后再用测量绳测量孔深，如果有塌孔现象：
轻微塌孔，则需向孔内投放粘土，保持孔内泥浆比重大于1.3，并保持孔内水头；严重塌孔，则需及时跟进护筒，回填数米深粘土、小块片石和适量水泥，重新钻进。
⑵斜钻
由于解放桥所遇岩面全部为倾斜岩面，而且钻孔队伍只重视进度，忽视工艺要求，常有斜钻现象。
造成后果是钻孔桩垂直度超标，下放钢筋笼困难。
解决的办法：
①护筒插打至岩面以上1m，回填粘土和少量小块片石，高于护筒底口1~2m，然后使用冲击钻机反复冲砸，护好护筒底口至岩面的这段孔壁，砸平倾斜岩面。
②如发现斜钻情况时已终孔，则要在需处理的那段回填粘土和少量小块片石，钻机重新对中，调整钢丝绳位置，重新钻孔，直至孔底设计标高。
⑶钢护筒严重变形引起的卡钻
卡钻的直接原因是钢护筒局部内径等于或小于钻头的外径，预防和处理的办法有：
①减少钢护筒的制造误差，保证使用的钢护筒孔圆管直；②有轻微卡钻现象的局部位置抛填一定数量的片石后重新钻进，将变形的部位挤回；③卡钻现象严重的，则需潜水员潜到水下，将变形的那一圈钢护筒割成数块，清理出护筒。
⑷掉钻
掉钻的情况有以下几种：
a、旋转钻机因扭矩过大，钻杆被剪断引起掉钻；
b、旋转钻机异径接头上、下法兰盘上的螺栓因疲劳损坏，以致全部被剪断而引起的掉钻；
c、冲击钻机因塌孔埋钻后提钻头时用力过猛，钢丝绳破断，引起的掉钻；
d、冲击钻机冲程过大，钻头穿过薄的岩洞顶板时掉人溶洞，斜着甩出护筒。
前三种情况在清除钻头上的土层后，又潜水员下水拴好钢丝绳，用千斤顶将钻头拉出。
第四种情况则要将护筒拔出少许，再栓钢丝绳拉出钻头。
⑸地表塌陷
在桥台和岸上墩表现不明显，但是水中墩一开始旋转钻机清水钻进的时候，由于孔底经常塌孔，钻杆出渣容易未引起注意，排渣时间过长，总有渣排出但不见孔底标高下降。
这些碴来自护筒外壁滑落下去的卵石、圆砾，河床有明显下降，导至平台片石笼基础有10~20cm的下沉量，危机四伏。
这要注意三点：
１．总有排碴但孔底标高不见下降时，应停机跟进护筒；２．取碴时稍稍提起钻头，确保出碴管口保持在护筒底口上方；３．不能人为破坏溶洞中的天然填充物的平衡状态。
克服以上三点，方能确保水上施工平台的安全。
四、几点粗浅的认识和思考
通过解放桥在强岩溶发育区钻孔桩的施工，有以下几点粗浅的思考和认识：
⒈关于钻机选型
在钻孔桩的施工过程中钻机是最主要的机械设备，选什么类型的钻机，将会决定采取什么样的施工方法，钻机选得好钻孔进度问题就会迎刃而解。
本项工程中表现较为突出的12型冲吸反循环钻机，该钻机自重轻、结构简单、操作方便，钻机本身造价不高，并自配砂石泵，正反循环排碴、清孔均比空吸反循环简单方便，不需要专门的大功率压风机和配备一定数量的风管路、风包、高压阀等，省钱省事。
该钻机可以实现无人操作，大大减少一台钻机所需配备的人数，４人就可以操纵一台钻机。
该机冲程小、频率高，在溶洞范围内很少象普通砸机频繁卡钻、掉钻，适用地层也很广泛，钻机选型时冲吸反循环钻机应当予以考虑。
⒉关于钢护筒的应用问题：
如果不大量使用钢护筒护壁成孔，解放桥在７个月时间内是不能够完成102根钻孔桩。
钢护筒在本桥钻孔桩施工中起了至关重要的作用。
孔壁卵石层渗透性强、漏浆严重。
如果没有钢护筒，漏浆严重孔灌注的水下砼水泥净浆也会渗漏不少，将会严重影响钻孔桩的质量。
有了钢护筒护壁，就没有成不了孔的问题，只需尽快钻出护筒的土层，施工会变得简单、可靠。
同时钢管桩成为砼灌注桩永久结构的一部分，施工中一般护筒都嵌在岩上，事实上提高了钻孔桩竖向承载力。
常规的泥浆护壁钻孔方法不能照搬到解放桥来，覆盖层和溶洞中的流塑层仅靠泥浆护壁是护不住的，即使暂时护住了，清孔时孔底也难以清干净，满足不了10cm沉渣厚度的要求。
采取钢护筒跟进的措施，保证了桩周围的土层不受破坏，正常钻进容易成孔，在强溶发育地区不多见比护筒跟进更奏效的办法。
⒊关于地质钻探资料的问题
地质钻探资料是确定钻孔桩施工的根本依据。
但是由于桩的地质钻探孔仅钻桩位上的一个点，它所得的结论只能代表那一点的情况，而不是整个桩内的土层分布情况。
而整个地质剖面图中所勾绘出岩面走向情况、溶洞的位置和连通情况基本源于钻探资料和地质勘察经验，内容不尽准确。
施工中不能迷信地质柱状图和地质剖面图，要多分析已钻孔的实际情况，参考地质资料摸索着施工，适当时候还可在桩之间加钻钻探小孔，更多的准确了解岩面走向、倾斜情况，这些都有利于强岩溶发育区的钻孔桩施工。
⒋关于现场技术工人后备力量的问题：
公司里的技术工人人数并不少，但是能精通钻机操作的技术工人很少，远不如协力队伍的实力。
长此以往我们不但会失去在桥梁施工中钻孔桩这块市场，而且会出现自己职工不会开机施工钻孔桩的尴尬局面。
我们处购置的两台ZSD2000全液压动力头旋转钻机大多数时间停机，不是钻机不够先进，而是人的素质不够高，人的素质的提高跟不上机械设备的发展。
能够维修全液压动力头钻机的技术工人基本上没有，因此培养和锻炼一批有实力的现场技术工人后备力量势在必行。
5．关于全面组织施工，提高施工进度的问题：
在岩溶地区进行钻孔桩施工是个不断摸索、不断完善的过程。
我们针对前面施工中存在的塌孔、斜钻、掉钻及卡钻等问题，总结了一套对付岩溶地区行之有效的措施，既节省了资金，又使我们于10月9日前灌注完成最后一根钻孔桩，实现了由基础施工向上部施工的转化，而且钻孔桩合格率100%，优良率90%，给业主、监理及桂林市民一个满意的答卷。
同时为按期、优质地完成解放桥的施工奠定了良好的基础。
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