10岩溶地基钻孔灌注桩施工工法1.docx
《10岩溶地基钻孔灌注桩施工工法1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10岩溶地基钻孔灌注桩施工工法1.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
10岩溶地基钻孔灌注桩施工工法1
岩溶地基钻孔灌注桩施工工法
1.前言
钻孔灌注桩是桥梁、水电站和工业与民用建筑中常用的地基加固手段，施工工艺成熟，运用范围广，但是遇到特殊地质情况时，特别是在岩溶地质地区施工中，常规的施工工艺和工法将很难满足现场的需要，存在耗时耗力，成本过高，安全风险较大的弊病，我公司通过在岩溶地区钻孔灌注桩施工中积累的施工经验，形成了一套行之有效的岩溶地质钻孔灌注桩施工工法，可有效提高钻孔灌注桩的成桩效率，保证施工质量和施工安全。
2.工法特点
2.1有效克服岩溶地区的以石灰岩为主的高强度岩层和不规则岩面，导致钻孔进尺慢，导致成孔难度大的困难；
2.2有效克服岩溶地区地下溶洞，深浅不一、大小不同易造成钻机和周边建筑物突然垮塌的恶劣影响；
2.3有效减少桩基砼浇筑时突然涌水、涌砂造成断桩、塌桩的情况，保证桩基施工质量；
2.4提高成桩效率，减少钻孔处理的成本，保证桩基质量，降低施工风险。
3.使用范围
本工法适用于岩溶地区和其他复杂地质条件下的钻孔灌注桩施工。
4.工艺原理
岩溶地质钻孔桩施工工法，是根据岩溶地区地质特点，针对各类问题，综合采用支护孔壁、固化地层和应急处理等措施和手段来保证钻孔灌注正常施工的工艺，是一种主动提前处理和被动应急处理相结合的综合工艺。
5.施工工艺流程
施工工法操作要点
支护孔壁
1.岩溶发育轻微，小溶洞，漏浆量小的情况处理
钻孔桩施工时，当钻穿岩溶发育轻微的地层或小溶洞时，桩孔内会出现漏浆，但量不大并可控时，应反复投入粘土和片石，利用钻头冲击将粘土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，必要时还可掺入水泥、烧碱和锯末，增大孔壁的自稳能力。
钻孔桩开孔时应用小冲程冲击，保证位置准确，并平稳下砸，间断冲击，少抽碴，使孔口圆顺。
到达护筒底口时，应加入小于15cm片石，反复冲击2～4次，以挤密护筒底部周围土层。
钻孔过程中应密切注意观察钻机、护筒内水位变化和周围地表沉降情况，预防不正常情况发生。
施工中根据地质柱状图，在接近溶洞时应勤检查，观察钻机主绳张力和听钻头冲击岩层的响声，同时根据抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。
在接近岩溶时主绳松绳量应为1～2cm，防止击穿岩壳时卡钻。
钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水补浆，保持孔内水位高度。
2.空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞情况处理
遇空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞时可采取灌注低标号砼的方法，先采取振动锤下沉钢护筒到基岩面，然后冲击钻孔至溶洞顶板，利用冲击钻钻穿溶洞顶板后，水下灌注低标号砼，低标号砼配合比由现场试验确定。
砼灌注采取间歇灌注方法（以免砼流失太远造成浪费），直至到达溶洞顶面以上1.0m，待砼达到强度后继续钻孔，钻孔穿过低标号砼成孔。
详见图5.2.1-1：
图5.2.1-1单层溶洞处理示意图
3.充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞情况的处理
当钻孔施工遇到充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞情况时可采用护筒跟进方式冲击成孔。
对溶洞大小在10m以上或多层溶洞一般采用双护筒跟进，而对大小在4～10m的溶洞，可采用单护筒延长护筒工艺。
采用双护筒成孔时，外护筒直径应较设计桩径大20～40cm，内护筒直径应较设计桩径大10～20cm。
并根据地质资料，同一墩位按照先长后短，先难后易的原则确定各桩施工顺序。
护筒跟进应视情况与钻孔注浆工艺一起使用效果更好。
图5.2.1-2回填片石图5.2.1-3钢护筒跟进
固化地层
钻孔桩施工遇到空溶洞和多层糖葫芦串式溶洞时，可采用注浆与护筒跟进相结合的方法处理溶洞，同时，对于溶洞不大但位置较深，裂隙发育明显的溶洞，为防止其在浇桩过程中出现混凝土挤入裂隙和溶洞导致流失的情况，一般也需要提前注浆处理，主要工艺流程如图5.2.2-1：
图5.2.2-1岩溶注浆流程图
岩溶注浆施工前，应根据设计图纸和地质资料，判断是否需采取注浆措施，确定注浆孔的布置和深度、方法以及参数。
现场应进行平整，确保三通一平和临时排水畅通，并沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑。
注浆孔按设计桩位测量放样,钻机就位调试运行好。
施工时，先启动钻机，钻孔至溶洞底板深度处（无填充物溶洞，溶洞钻穿顶板即可）。
进行地质核查,确认满足注浆条件。
注浆用钻机可采用XU-600型地质钻机。
开孔采用φ108mm岩芯管开孔，钻进分层采样，钻入基岩面0.5m以下后，下φ108mm套管使其嵌入基岩；套管露出地表20～50cm，套管四周捣实封闭，并用水泥砂浆固结套管，防止浆液从套管周围串出，影响注浆效果。
待固结套管的砂浆初凝后，继续钻进，并根据取出的岩芯确定岩溶发育特征，直至确定成孔。
压浆设备可采用KBY-30/120型注浆泵。
在压浆前先进行注水试验，确定单位长度吸水量。
注浆用水可采用附近经检测合格的地下水或地表水。
水泥采用PO 42.5级普通硅酸盐水泥；采用双液注浆时，选购的水玻璃应符合国家质量要求并提前进行稀释至符合要求的浓度备用。
为防止浆液流失太远造成浪费，应采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的单位注浆量、注浆压力控制值为止。
注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高，最后封孔。
注浆完成等浆液凝固到一定强度后即可进行钻孔桩施工，详见图5.2.2-2：
图5.2.2-2岩溶注浆示意图
6.应急处理
1.斜岩处理
岩溶地区钻孔桩施工中由于钻机钻孔时产生位移、局部下沉或由于基岩面倾斜、岩石强度不一、探头石等容易造成斜孔或弯孔的情况。
因此，钻孔施工中应确保钻机稳定、牢固，必要时可铺垫石料或采用型钢加固好钻机作业平台。
钻孔中，应经常检查锤绳在冲击过程中的摆动情况，在钻进至溶洞顶0.5m左右时，要调整钻机冲程，改用小冲程钻进，做到轻击、慢打，同时要注意观察，并及时检查是否偏孔。
发现钻孔偏斜时，应及时校正钢丝绳与桩孔中心的偏差。
如遇探头石引起斜孔，可用小型钻机对探头石打眼爆破。
也可回填片石，用冲击锤打掉探头石或将钻机略移向探头石一侧，采取高锤猛击的办法，斩断探头石。
斜孔已经形成时，应立即进行修孔，对于高度小于lm的斜孔段，用小冲程修孔，在倾斜的岩面上冲击出一个台阶，再采用较大冲程冲击。
对于斜孔段高度在1m以时，可分次回填块径为10～25cm的片石至原偏孔位置以上0.5～1m左右，然后用冲击钻头上下低锤冲击，直到钻头不再偏斜。
对于仍无法纠正的偏孔，可在清孔后灌注水下钢筋砼到偏孔位置，待水下砼达到相应强度后再实施钻孔纠偏。
2.涌水涌砂的处理
岩溶地区钻孔桩施工时，在地下水丰富地区，特别是水中墩施工中，当基岩面倾斜较大或有大块孤石，钢护筒无法全断面着岩，覆盖层透水、透浆，或者基岩中溶槽、溶沟的连通作用，导致在钻进过程中，泥浆外流或孔壁砂向孔内涌流的情况，会造成钻机进尺缓慢和孔底清渣困难。
因此，在水中墩施工中，应先用振动锤尽可能将钢护筒打穿覆盖层保证全面着岩，保证桩孔内外不连通，对于无法全面着岩的桩位，可以边钻孔边用振动锤将钢护筒整体跟进的办法，直至钢护筒跟进入基岩并挤压牢固为止。
对于桩孔下存在特大型溶洞或潜存地下暗河的桩位，则不仅要采用长护筒跟进的方法，还须采用机械设备吸渣，具体做法是：
先冲孔至溶洞顶板后，停止钻孔，提出钻头，采用振动锤将比孔径大20～40cm的护筒打入孔内至溶洞顶板位置，护筒壁厚不得小于10mm。
再重新钻孔，当击穿溶洞后，泥浆面会迅速下降，但因有护筒支护，孔位不会坍塌，而泥浆面始终不能上升，即使反复补浆泥浆面仍然不能上升，泥浆无法循环，则必须采用气举泵或吸渣泵将泥浆吸出至泥浆池，使泥浆继续循环，再进行钻孔施工直至设计孔深。
3.掉钻埋钻的处理
岩溶地区钻孔桩施工中若出现钻头老化，钢丝绳断丝则极易导致掉钻事故的发生，同时，在施工中出现突遇岩溶或裂隙后护壁泥浆迅速流失也会导致塌孔埋钻的情况。
掉钻、埋钻情况的发生，将直接导致钻孔施工无法继续，若不能将钻头取出还需要报请业主及设计对桩位进行变更，处理难度大，耗用时间长，对钻孔施工影响巨大，因此，在施工中应做好日常检修，尤其是对钢丝绳和锤头，要重点来加强日常保养，发现有钢丝绳断丝、磨损或锤头、锤帽出现裂缝时要及时维修或更换。
在钻孔过程中应经常观察护壁泥浆面的情况，出现液面下降应及时提出钻头。
发生掉钻事故时，应及时清孔防止沉渣覆盖锤头，同时，应尽快下打捞钩或捞抓等专用设备及时打捞锤头，若因塌孔造成埋钻的，处理难度极大，彬江袁河特大桥工程在处理埋钻事故中，创新采用了空心锤扩孔法，在原孔位重新扩孔、清孔后再下打捞钩或捞抓等设备捞锤，取得了良好效果，具体做法如图5.2.3-1：
4.塌孔断桩的处理
在岩溶地区钻孔桩桩基浇灌砼时，由于桩身较长，混凝土方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。
通过溶洞段时，易发生孔壁坍塌混凝土流失，或片石、粘土等填塞物落入混凝土中造成断桩的情况。
主要原因是由于地下溶洞相互沟通，钻孔中反复回填次数不够，对溶洞的处理不彻底，虽然已成孔，但在灌注水下混凝土时，由于混凝土比重高，侧压力大，当混凝土面上升至一定高度后，会将护壁挤破，停灰面会迅速下降，水下混凝土流失，造成断桩。
因此，预防断桩应在钻孔遇溶洞时，认真稳妥的处理溶洞，保证填压牢固，同时，在浇灌混凝土时，应严密监测混凝土面上升速度，要保证不小于2m的埋管深度，并减少对下部混凝土的扰动。
图5.2.3-1空心锤作业示意图
7.材料与设备
机械设备配置
冲击钻机、震动锤（zd-90型）、起重机（25t）、空压机（12m3/min）、潜水泵、吸泥机、装载机、挖机、自卸式汽车。
材料配置
粘土、片石、钢护筒、混凝土、水泥、钢筋等材料。
图6.2-1现场储备材料图6.2-2现场储备钢护筒
8.质量控制
质量控制标准
岩溶地质钻孔桩的质量检验执行现行的施工技术指南和质量验收评定标准。
孔位控制：
桩位放样后，必须经过换手测量，缺桩位准确。
孔径、孔形、倾斜度控制：
通过钻机钢丝绳，用尺量对孔径、孔形、倾斜度进行检查，出现超出验收标准的偏差，及时进行修正。
地质核对：
桩基开钻前，需根据施工情况绘制施工钻孔桩柱状图，并核查设计钻孔柱状图资料。
如有不符及时反馈设计单位进行处理。
桩底沉渣控制：
满足桩底沉渣不大于5cm。
混凝土质量控制：
若为干孔，采用人工振捣时需控制浇筑层厚度；若掺水量过大，则采取水下混凝土施工工艺；浇筑完毕后对桩顶部混凝土进行养护。
横梁双排工字钢之间采用焊接连接，确保焊接牢固，焊缝大于8mm，无漏焊、无焊瘤、焊接平顺。
双排工字钢在支撑点位置必须设置加紧肋板。
双排工字钢在支撑点处采用钢筋焊接固定脚，拆除时采用氧气乙炔切除。
工程质量保证措施
成立专门的技术领导小组，负责组织落实岩溶整治方案，严格控制各道工序，确保注浆质量和注浆效果。
加强现场施工管理，施工技术部门提前对施工方案进行全面技术交底。
建立健全各种资料、原始记录，作为评价工程质量的重要依据。
根据施工程序，严把钻孔深度、注浆压力、注浆量关，每一道工序均安排专人不择，并记录好每一道工序的原始数据。
严格按设计注浆参数组织施工，特别注意注浆效果，要视岩层的情况及时调整注浆参数及改进注浆工艺。
配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，注浆一定要按程序施工，进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，由专人操作。
当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。
注浆数量必须经监理确认签字，无监理签字的视为不合格，需补钻压浆。
加强现场材料管理，严格执行进料检验制度，保证材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。
9.安全措施
建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。
施工前必须做好施工准备，调查整治范围内有无地下管线，确认后方可施工。
作好施工区域警示标志，并派专人指挥，严禁无关人员进入施工场地。
如若发现有异常情况，应立即通知相关部门。
每孔开钻时，观察地表情况，或先进行地表震动试验，再确保地表无异常时再行钻孔。
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。
钢丝绳及卡子要勤检查，勤保养，松动的卡子要及时补拧。
护筒长度不得小于2m，护筒顶面必须高出地面50cm左右，必要时护筒顶用钢管将护筒固定在地面上，防止护筒下沉，护筒四周必须用填土夯填密实。
停止施工或施工过程停顿的孔位，上面必须铺盖钢筋网片，防止人员或物体坠入孔内。
钻孔桩施工时，严禁泥浆外溢，孔位附近保持清洁，防止作业人员坠入孔内。
钻机轮胎或滚筒前后应用木楔或其他物体楔紧，防止钻机偏位、倾斜。
环保措施
桩基工程施工时应尽量减少泥浆的使用，泥浆的排放应设沉淀池，经沉淀后排放的污水应符合当地环保的标准。
桩基工程施工时应选用符合噪声排放标准要求的设备，作业时应避开休息时间以减少对周围居民的噪声影响；应尽量选用振动小德设备，以减少对周围建筑物的干扰和影响。
水泥、砂石、泥浆等材料运输时应按要求进行覆盖，避免产生扬尘；翻斗车卸料避免产生粉尘；装车严禁太满、超载，避免遗洒、损坏及污染路面等现象发生。
作业现场路面干燥时应采取洒水措施、装卸时应轻放或喷水、现场水泥、砂石临时堆放时应进行覆盖，避免产生粉尘及扬尘。
设备的废水、废油通过回收桶回收后统一处理；生活污水采用沉淀池及隔油池处理后再排放。
施工过程中产生的固体废弃物分类回收集中，运至专用弃土（碴）场,对环境造成污染的废弃物运至环保部门设置的垃圾场。
10.效益分析
本工法采用科学的决策，将各种施工方法配合作业用于岩溶地区钻孔灌注桩施工，具有良好的社会效益及经济效益：
加快施工进度，提高设备利用率，增加效益;
减少因塌孔造成的经济损失，增加施工过程的安全性;
减少抛填片石粘土的量，经济效益显著增加；
有效处里了硬岩和斜面岩，加快成桩的速度。
11.工程实例
工程概况
杭长铁路客运专线（江西段）彬江袁河特大桥工程位于江西省境内，大桥全长3012.61m，共89个桥墩，748根桩基，钻孔桩直径分别有：
1.0m、1.25m、1.5m、1.8m四类，桩长7米～75米不等，且66#～68#桥墩在彬江袁河中，枯水期最大水深约9m，属深水桥墩。
工程区域的地质条件主要为岩溶地质，经过地区，震旦、寒武、奥陶、石炭、二叠、三叠等时代地层均含有碳酸盐岩，岩溶现象发育，白垩、第三系含钙岩层亦有溶蚀现象，岩溶水十分丰富。
彬江袁特大桥岩溶地质钻孔桩施工情况
工程的重点与难点情况
彬江袁河特大桥桥墩桩基础施工区域主要分布在岩溶十分发育的地区，根据现场调查和已施工的情况，我们发现岩溶地区钻孔桩施工的主要特点有：
岩溶地区的岩石主要以可溶性石灰岩为主，一般强度很高，钻孔进尺慢，导致成孔难度大。
岩溶地区的基岩起伏大，溶槽及溶沟、溶洞分布广，局部存在斜面岩,导致钻头不能完全着岩，影响钻进成孔。
岩溶地区地下溶洞，具有埋藏深浅不一、大小不同，分布密、发育快和顶板强度低等特点，对桩基施工和稳定性影响巨大。
在岩溶地下水丰富地区，钻孔时涌水量大，给桩基施工和混凝土浇筑都带来一定难度。
岩溶洞穴或岩溶发育带多处于基岩顶部与残积层交界面附近，以基岩为持力层的桩基，其桩尖下可能存在勘探时未被发现的溶洞，若洞顶厚度不大，则对桩基的安全工作存在潜在危险。
因此，本工程钻孔桩施工的关键技术和重点、难点在于钻孔过程中如何安全合理、经济有效的处理好复杂地质对钻孔桩成孔、成桩的影响，保证成孔过程中不偏孔、不漏浆或虽漏浆但不发生塌孔，桩基施工顺利并满足承载力要求。
工程施工过程及情况
工程遇到的岩溶情况
本工程所处地区地质为典型的岩溶地质，钻孔桩施工前我们通过研究地勘资料和其他调查资料，对穿越溶洞时的施工方法进行仔细研究，根据溶洞的大小及填充物的不同而采用不同的施工措施，确保钻孔桩施工顺利进行并保证成桩质量达到规范要求的标准。
主要遇见溶洞情况的分类详见表11.2.2-1。
表11.2.2-1溶洞分类方法表
类别
溶洞特征
充填物情况
小型溶洞
单层洞高小于2m，全填充，漏水或半漏水小型溶槽、溶沟、小裂隙等
粉砂、硬塑或软塑状粘土
一般溶洞
洞高小于2m的半填充溶洞或2～5m的全填充溶洞，二层以下串珠状溶洞
粉砂、硬塑或软塑状粘土
大型溶洞
二层以上串珠状有充填溶洞；5m以上全充填溶洞。
粉砂、硬塑或软塑状粘土
特大型溶洞
大型溶洞，多层串珠状已充填或充填物差的溶洞。
溶洞的规模覆盖到相邻桩位或更大。
无填充或填充物为流朔状
针对复杂的地质条件，并结合我们在施工中总结出的工法以我们对不同大小和类型的溶洞分别采取了相应的处理工艺，主要方案如下表11.2.2-2：
表11.2.2-2溶洞处理方案选定
溶洞高度
填充情况
处理方案
2.5ｍ以下
填粘土和片石
2.5～6ｍ
全填充
填粘土块和片石
半填充或无填充
灌低标号砼、压浆
6～10ｍ
半填充或无填充
压双液浆
无填充
灌砂、压浆
10ｍ以上
全填充
填粘土块和片石
半填充或无填充
钢护筒跟进
杭长铁路客运专线（江西段）彬江袁河特大桥工程在钻孔灌注桩施工过程中，大部分桩都遇到了溶洞，部分桩遇到了多层溶洞和特大溶洞，但通过现场严密的施工组织，总结采用了上述针对性的施工方法后，有效的防范和处理了各类事故，施工得以顺利进行，桩体经超声波等方法检测后，均能满足设计和规范要求。
岩溶地基钻孔灌注桩施工工法图片资料
1、双护筒跟进
2、双护筒跟进
3、塌孔下钢护筒照片
4、正在回填的片石
5、岩溶注浆钻孔
6、岩溶注浆现场
7、回填低标号混凝土
8、混填水泥片石粘土
9、漏浆严重
10、往孔里扔袋装水泥
11、成孔过程中漏浆严重
12、回填水泥
升级会员 