岩溶注浆处理后钻孔桩成孔施工工法.docx
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岩溶注浆处理后钻孔桩成孔施工工法
岩溶注浆处理后钻孔桩成孔施工工法
1.前言
岩溶是发育在可溶性岩石地区的景观，是水对可溶性岩石的化学作用和物理作用等，以及这些地质作用所产生的水文现象。
根据盖层的特点，武汉市岩溶主要分为覆盖型和埋藏型两种类型，区内钻探揭露及物探探测结果分析，揭露深度范围内岩溶多以垂向的溶隙、溶洞为主。
由于各地层中的溶洞以全充填和无充填为主，少量半充填。
全充填溶洞及半充填溶洞其充填物以软~可塑状粘性土为主，部分呈流塑或硬塑状；混灰岩碎块及砂粒，其承载力极低，易造成钻孔桩塌孔、漏浆、卡钻和断桩等质量问题。
为了确保钻孔桩成桩质量，在借鉴********技术要求的基础上，不断总结及优化实践中遇到的技术问题。
此工法即是在钻孔桩施工前采用钻孔注浆处理固化岩溶腔体，经总结形成，供类似工程参考。
2.工法特点
2.0.1该工法的施工机械体积小，灵活轻便，施工简便。
2.0.2施工工期短，见效快，适用范围广。
2.0.3该工法可勘探孔兼做注浆孔，避免二次钻进，降低造价。
2.0.4可根据探明的地质情况，对于不同的地质条件确定采用不同的注浆方法以及确定浆液配制方法。
在地下水流速快或含有腐蚀性元素、土的含水量大或固结体强度要求高的情况下，则可在水泥中掺入适量的外加剂。
2.0.5采用钻孔取芯、压水试验对注浆前后进行对比，可以有效确定注浆加固效果。
3.适用范围
本工法适用于底层分布岩溶揭露为垂向的溶隙、溶洞，其充填物以软~可塑状粘性土为主，部分呈流塑或硬塑状或混灰岩碎块及砂粒的岩溶地区。
4.工艺原理
按照设计要求布置孔位，先用地质钻机探明岩溶分布和填充情况，然后将注浆管下至溶洞底，再带压注入水泥浆或水泥砂浆，固结岩溶的腔体，待固结体强度达到要求后，以保证钻机正常成孔的目的。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程图
图1岩溶注浆处理后钻孔桩成孔工艺流程图
5.2施工方法及操作要点
5.2.1施工准备
1根据测量放样点位预先平整溶洞区域场地；
2钻机和30mm直径塑料管管；水泥、砂进场；
3按照施工图将区域的布孔位置测放，现场将点交于相关人员；
4下发溶洞处理技术交底，对于岩面埋深大于40m时，每桩两个超前钻孔，且兼做注浆处理。
5.2.2重要参数的选定
1水泥浆参数指标：
水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥；水灰比=0.5～1；
2水泥砂浆参数指标：
水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥；砂的细度模数为2.4～2.8，最大粒径不大于2mm；水泥砂浆配比为0.4∶1∶1（水∶水泥∶砂）；
3进场灌浆材料必须符合设计和规范要求，灌浆水泥应保持新鲜，细度要求通过80μm的方孔筛的筛余量不大于5%。
灌浆现场宜设置灌浆水泥专用水泥罐，每隔15d进行一次细度检测，有受潮结块等不合质量要求的水泥不得用于灌浆。
灌浆用水应满足拌制水下混凝土用水要求。
4灌浆现场宜设置集中制浆站，制备0.5:
1的普通纯水泥浆液，各灌浆机组应测定来浆密度，根据需要调制使用。
集中制浆站的制浆能力应满足灌浆高峰期所有灌浆机组用浆需要。
5灌浆浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。
使用普通搅拌机时，搅拌时间不少于3min；使用高速搅拌机时，搅拌时间不少于30s。
6灌浆一般使用纯水泥浆液或水泥砂浆，正常情况下不掺加任何外加剂。
当确有必要时，应通过室内试验确定外加剂的品种及掺量，报监理工程师批准、设计认可后，才能使用。
所用外加剂能溶于水者应以水溶液状态加入。
5.2.3钻机与注浆设备就位
注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置。
钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，使得钻机呈垂直，安装牢固，定位稳妥。
5.2.4钻进
钻机安装必须使立轴中心、孔口管中心、孔位中心三心一致，方位与设计一致。
钻进使用长粗径，孔深时宜使用代导器的粗径。
地表有覆土时，为防止孔口坍塌或缩孔，必要时下孔口管或采用跟管钻进。
钻孔过程中填写钻探记录，记录反应该孔在钻进过程中有无翻、漏水，土层分界，并对岩芯按回次顺序摆放整齐，同时注意保护岩芯至注浆完成。
对于孔斜超出规定要求时，应结合该部位注浆资料，和质量检查情况进行全面分析，如确定对注浆质量确存影响时，应采取补救措施。
钻孔遇坍塌掉块、空洞裂隙、漏失地层难以钻进时，确定部位查清原因，可先进行注浆处理，而后进行钻进，也可采用自上而下的注浆成孔方式。
无论是成孔之后等待灌浆，还是灌浆结束等待成孔，孔口均应封堵加盖，妥善保护。
5.2.5下注浆管
根据溶洞灌浆孔布置位置，下注浆管，灌浆管采用φ30塑料管。
注浆孔应钻至溶洞底下50cm，用于固定灌浆管。
灌浆管根据要求连接后，在管内注满清水检查密封性能。
立即将灌浆管沿钻孔下至设计标高，上端露出地面20cm左右，并加盖上闷盖。
为保证顺利下管，管中要注满清水，以重力抵消浮力。
下关后在孔壁间隙靠近地面1-2m范围内充填水泥砂浆加固。
5.2.6洗孔
钻孔结束后，应在孔内下入导管到孔底通入大流量水流从孔底向外进行冲洗，直至回清水5-10min为止。
孔底沉积物不得超过20cm。
冲洗压力为注浆压力的80%，即0.24MPa。
5.2.7浆液配置
水泥、砂应检测合格后方可进场使用，浆液拌至用水应满足拌制水下混凝土用水要求。
根据该溶洞钻孔记录数据初步推测洞体容量，依据配合比计算所需各种材料用量。
备齐材料后按照配合比在搅拌机内进行浆液配制，配制好后倒入储浆桶内储备，检测合格后方可用于灌浆施工。
5.2.8灌浆
1灌浆原则
1）对于钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m溶洞均直接采用纯水泥浆进行静压式灌浆。
2）对于钻孔揭示岩溶洞穴高度大于1m溶洞均采用灌浆一般采用间歇式静压灌浆。
第一次灌浆采用水泥砂浆，灌浆时间控制在20min，间歇6h后再灌第二次，第二次灌浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍不起压，停止灌浆，间歇6h后再灌第三次，依次类推，直到终孔为止。
必要时，可在水泥砂浆或水泥浆中适当添加速凝剂。
2浆液水灰比：
普通纯水泥浆液水灰比（重量比）采用1:
1、0.8:
1、0.5:
1等3个比级，开灌水灰比采用1:
1。
3灌浆过程中，如灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液水灰比。
4变浆标准。
满足下述条件之一时，应变浓一级水灰比灌注。
①注入量大于300L，且压力和注入率变化不大。
②灌注时间大于1h，且压力和注入率变化不大。
5当注入率大于30L/min时，视具体情况可越级变浓水灰比。
6灌浆过程中，应每隔15～30min测记一次浆液密度，浆液变换及灌浆结束时亦应测记浆液密度，测值应反映在灌浆综合成果表中。
7灌浆施工须使用灌浆自动记录仪进行记录。
灌浆自动记录仪应经有关部门鉴定和率定，能自动、准确地测记灌浆压力、注入率、浆液水灰比等灌浆参数，保证记录成果的真实性和准确性。
8灌浆管路应采用PVC管，能承受1.5倍的最大灌浆压力，并应保证浆液流动畅通。
9灌浆工程应设置集中制浆站，寒冷季节施工时应作好灌浆机房和灌浆管路的防寒保暖工作，炎热季节施工时应采取防热、防晒措施，确保浆液温度能保持在5～40°C之间。
5.2.9灌浆结束标准
1在100~800kPa压力下进浆量小于4升/分钟，延长30分钟。
分段注浆时，对基岩采用200~800kPa压力闭浆20分钟，土层采用100~300kPa压力闭浆30分钟可达到分段注浆结束标准。
2若现场灌浆达不到设计灌浆压力值最大值，现场单个溶洞注浆量达到75m3之前，应召集各方现场共同协商处理。
3当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆：
a注浆孔口压力维持在0.2~0.5MPa左右，吸浆量不大于40升/分钟，维持30分钟；b注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5MPa时；c冒浆点已出注浆范围外3~5米时；d单孔注浆量达到平均注浆量1.5~2.0倍，且进浆量明显减少时。
达不到上述结束标准时，应清孔再次注浆。
5.2.10灌浆封孔
1所有灌浆孔及其配套进行的检查孔等均应严格地进行封孔处理。
2所有灌浆孔与检查孔灌浆（或压水）结束后应紧接着进行灌浆封孔。
灌浆封孔采用"压力灌浆封孔法"：
无溶洞或高度小于1m溶洞，浆液采用水灰比为0.5:
1的浓水泥浆；高度大于1m溶洞，浆液采用配比为0.4∶1∶1（水∶水泥∶砂）的水泥砂浆。
5.2.11灌浆质量检查
1检测方法
对溶洞处理采用钻孔取芯为主、压水试验为辅的综合方法进行灌浆质量检查；
2检测标准
对洞径大于2m的溶洞必须进行质量检查，其余按溶洞处理总数的10%进行溶洞灌浆质量检查。
每个需质量检查的溶洞加固区根据溶洞发育规模，布置1～3个质量检查孔。
钻孔取芯后做抗压试验，注浆固结体28d的无侧限抗压强度≥0.15MPa。
溶洞加固处理后质量检查孔压水试验透水率应不大于10Lu，合格率应达85%以上，其余不合格孔段的透水率最大值应不超过15Lu，且不集中。
3不满足上述检查标准时，应对受检查的溶洞加固区进行灌浆补强施工，可根据现场实际情况适量增加质量检查孔。
4单元工程灌浆结束后，应在3～5d内布置灌浆质量检查孔以及对未达到设计要求的部位能及时采取相应的补充处理措施。
5质量检查孔的压水检查工作应在单元工程灌浆结束7d后进行。
6质量检查孔压水结束后应按"灌浆封孔"的要求进行压力灌浆封孔。
5.2.12补充注浆孔
对岩溶发育、注浆量大的地段，应追加适当的补充注浆孔，设3～5%的注浆验证孔，验证孔主要布置在岩溶发育等薄弱部位，验证孔同样应作为补注浆孔进行注浆。
注浆施工按照岩溶注浆技术要求进行。
5.2.13钻孔桩成孔
1由于灰岩强度较高，钻孔桩桩机可选用大功率旋挖钻或冲击钻。
2泥浆宜选用配置优质的泥浆进行护壁。
3钻进至岩溶中时，应降低钻进速度。
如出现不进尺、塌孔等问题，可采用低标号混凝土回填至岩溶顶板以上，待初凝以后重新钻进。
4钻孔桩必须进行二次清孔，清孔采用气举发循环工艺，确保桩端沉渣厚度满足设计要求。
5.3注意事项
5.3.1施工前应向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置。
采用直孔有困难时，也可采用斜孔进行岩溶注浆处理。
施工中如不慎打到管道时，应及时通知产权单位，采取相应的补救措施。
5.3.2在岩溶区施做钻孔，若发生掉钻及钻孔塌陷事件，应进行详细记录并及时报告相关单位协同处理。
5.3.3注浆施工时，采用自动流量和压力记录表，并及时对资料进行整理分析。
5.3.4当单孔注浆量超过设计水泥量不见升压时，应考虑提高浆液浓度或增加外加剂。
注浆量过大时，应上报有关单位，采取适当的工程措施进行处理。
5.3.5所有溶洞钻孔在施工完毕后严格进行封孔。
5.3.6注浆过程应加强地面观测记录，防止灌浆过程中冒浆、串浆等引起超限的地面隆起，对周边建筑物及地下管线造成不利影响。
5.3.7施工期间地面超载不得大于20kPa，严格限制地面车辆和堆载超过20kPa的限值，地面车辆限速40km/h。
6.劳动力组织
表1劳动力安排表（一套注浆设备）
工种
人员数量（人）
工种
人员数量（人）
普工
10
电工
2
地质钻机操作司机
18
混凝土工
5
钻孔桩钻机司机
3
注浆泵司泵员
3
7.材料与设备
7.1主要材料
7.1.1灌浆水泥采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，其品质必须符合GB175-2007规范的有关标准。
灌浆水泥应保持新鲜，细度要求通过80μm的方孔筛的筛余量不大于5%。
灌浆现场宜设置灌浆水泥专用库，每隔15d进行一次细度检测，有受潮结块等不合质量要求的水泥不得用于灌浆。
7.1.2灌浆用水应满足拌制水工砼用水要求。
7.1.3细骨料：
砂的细度模数为2.4～2.8，最大粒径不大于2mm，砂的质量应坚硬、清洁、干燥、无风化、无杂质、级配良好的合格砂料。
粗骨料：
应选用质地坚硬、洁净、粒形及级配良好的碎石，粒径5mm～10mm。
7.1.4灌浆一般使用纯水泥浆液或水泥砂浆，正常情况下不掺加任何外加剂。
当确有必要时，应通过室内试验确定外加剂的品种及掺量，所用外加剂能溶于水者应以水溶液状态加入。
7.2主要机具设备
7.2.1施工机械
地质钻机、拌浆机、搅拌式贮浆桶、液压注浆泵、流量压力自动记录仪、冲击钻、旋挖钻机、泥浆泵、泥浆搅拌机
7.2.2辅助设备与机具
机动小翻斗车、手推车、铁锹等生产用小型工具；水准仪、全站仪、倾斜尺、水平尺、测绳等检测工具。
8.质量控制
8.0.1施工现场通过测量复核场地平整标高，孔位放样采用控制桩引测出具体孔位的办法，保证孔位放样的偏差小于50cm。
8.0.2钻机就位后,让钻头对准孔位中心,钻杆垂直度偏差不大于1%后开钻，孔位偏差不大于0.5m，确保成孔质量。
8.0.3钻孔过程中若出现掉钻现象，若取钻不成功，且对后续施工无影响时，该钻杆可不用取出，移出钻机后该孔用水泥砂浆进行封孔，并在该孔附近另作新孔进行溶洞探查。
8.0.4当单孔灌浆量很大或灌浆压力长时间无法提升时，孔内可能出现漏浆情况。
可改用水泥化学浆灌浆封堵漏浆通道。
9.安全措施
9.0.1施工中钻机应置于平整坚实的地面上，钻机移位时应平稳并保持挺杆垂直，防止倾斜倒塌。
9.0.2施工过程中若发现场地内周边变形开裂或地下水位变化较大时，应组织全体人员立即撤离现场。
在特大溶洞处理前，对施工人员进行安全教育及塌陷应急救援演练，确保提前安全预警。
9.0.3机械设备发生故障后及时检修，禁止带故障运行，不违规操作，杜绝机械和车辆事故。
9.0.4机电设备应固定就位，不可随意搬动，电动部分应设置网罩，电箱电线应悬挂。
9.0.5注浆过程中应避免高压喷嘴接头断开或软管破裂导致浆液喷射、软管甩出引发安全事故。
10.节能环保措施
10.0.1岩溶注浆加固施工中，钻孔内溢出的浆液应回收集中处理，不得任意排放。
10.0.2施工场坪修整完毕后，应在注浆场坪四周修好临时排水设施。
10.0.3清洗施工机械和设备的废水、废油以及生活污水、废弃材料、垃圾等均应集中处理，不得直接排放，钻出的泥土及时运走。
10.0.4工程用的水泥、膨润土等粉状材料，应采用密封或袋装运输，不得散装散卸。
11.效益分析
岩溶注浆处理后钻孔桩成孔施工工法，所采用均为常用机械和材料，机械小巧、移动方便，且使用地质勘探机即可钻芯验证注浆效果，因此该施工工法可大面积推广。
岩溶注浆处理可勘探孔兼做注浆孔，避免二次钻进，降低造价。
同时将水泥浆或水泥砂浆注入岩溶腔体内，将腔体或腔体内填充物固化，改善了岩溶中钻孔桩周围土体物理力学性能，使得一定程度上提高钻孔桩在岩溶中的摩擦力，益于钻孔桩成桩质量。
岩溶注浆处理后钻孔桩成桩，相对于抛石或护筒跟进成桩的技术措施，施工简便，进而缩短工期，获得较好的经济效益。
12.应用实例
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